全护筒旋挖灌注桩施工技术的应用

李士海，王艳梅，赵 慷

（1．北京振冲工程股份有限公司，北京 100102；2．中国地质装备总公司，北京 100102）

旋挖钻机因其具有装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活、施工效率高、环保等特点，配合适宜的钻具及护壁措施，基本上适用于任何地质条件。全护筒施工工艺在钻孔灌注桩施工技术中扮演着重要的角色，一些特殊的地层、部位必须选择使用这种工艺。针对沙特延布海岸线开发一期、二期－桩基工程，在采用常规的旋挖成孔工艺或静态泥浆护壁工艺很难顺利完成成孔的施工的情况下，为了更好地发挥旋挖钻机的优点，采用液压振动锤一次性埋设全长护筒旋挖工艺，取得了良好的效果。

1 工程概况

沙特延布海岸线开发工程一、二期项目位于沙特阿拉伯西海岸第二大港口城市延布，本项目主要建设旅游用人工岛、人工海岸、沙滩景观以及港池疏浚、海岸吹填造陆、边坡维护、海桥梁等。其中桥梁、短海墙、挡土墙下的基础以及长海墙下的部分基础为灌注桩施工。灌注桩数量共1100根，桩径为1m，设计桩长为20m和23m，从施工作业面计算的空桩长度为7m左右，即孔深为27m和29m。

施工区域内地层变化较大，主要地层情况为：0～15m，软塑到流塑深褐色淤泥，含大量的细砂；15～18m，很松散，灰色，不良级配的卵石夹杂砂、淤泥和贝壳；18～25m，非常密实，灰褐色，不良级配的砂，含有粉土及砾石；25m～36m，密实到非常密实，乳白色，粉质砂砾，部分区域出现珊瑚礁。场区处于红海沿岸，桩位距海岸线15m左右，水位1．5m左右，施工过程受潮水变化影响较大。

2 主要设备和机具

全护筒旋挖灌注桩成孔过程中，主要需要以下设备和器具：SR220旋挖钻机、螺旋转头和双开门桶钻、100t履带吊、ICE815振动锤，浇注用泵车，护筒（直焊缝钢管外径1000mm、壁厚12．7mm）以及一些辅助工具等。

3 施工方法

3．1 工艺原理

该工艺的基本原理是先对施放好的桩位开孔1～1．5m（钻深不宜超过地下初见水位，以防坍孔），再利用吊车携带的液压振动锤及全长护筒，在液压振动锤振动下埋设护筒，埋设过程中并以水平尺测定护筒的垂直度；护筒在高频液压振动锤的振动下一次性埋设到设计标高。根据地层选用不同旋挖钻具作业至设计桩低标高，最后放入钢筋笼，进行混凝土浇筑。浇注混凝土完成后，立即用振动锤起拔护筒2m左右，按照本现场施工经验进行第二次补浇混凝土以保证在护筒起拔过程中混凝土的下降面最终标高符合设计标高，最后用振动锤在振动状态下起拔护筒。

3．2 工艺流程

全护筒旋挖灌注桩施工工艺流程如图1所示。

图1 全护筒旋挖灌注桩施工工艺流程图

3．3 全护筒制作准备

全护筒灌注桩施工工艺采用外径40吋、厚度12．7mm的标准钢管作为本工程的临时钢护筒。一般情况下为方便运输和加工，标准钢管的长度为12m，为达到本工程全护筒的工程需要，在施工前需对钢管进行现场加工，

首先，根据施工区域内桩的设计长度，护筒需要对接到达桩的深度。要求对接口处采用坡口焊接，焊缝饱满；钢管同心保证垂直度；为保证刚度，在接口处外加4块长40cm、宽20cm钢板进行加固。

其次，为保证上口在液压振动锤液压夹的强力作用下不产生变形和下口在护筒振动埋设过程中不产生变形，在护筒上下口都采用加强措施，即在口部采用40cm长度的包边。要求包边钢板紧贴在护筒周围。

3．4 施工工序

（1）测量定位。先对桩位放线定位，定出桩位后，插钎标识；

（2）吊车就位。下护筒前，将桩位在一定距离处，垂直引出2个控制桩点，以便于下护筒时进行桩位校准。为保证初始的垂直度，需钻机提前开孔。吊车携带振冲锤及护筒，使振动锤和护筒处于悬垂的状态下，平稳放到开好的孔的孔口，测量2个控制桩点到护筒最小距离，控制护筒圆心和桩位一致；

（3）下护筒。就位后，首先启动液压振动锤的低频档，随着护筒贯入深度的加大和贯入地层难度的需要，逐步增加振动锤的频率。护筒下沉过程中，上部15m范围内每隔5m，停振动锤一次，采用水平尺测量护筒的垂直度，测量桩位控制点到护筒的最小距离，以保证垂直度和桩位偏差。保证护筒埋设后符合设计要求；

（4）钻孔。护筒埋设完成，经验收护筒口中心符合桩位偏差要求后，旋挖钻机就位钻孔。钻杆钻进过程中，保持钻杆匀速转动，保证取土斗底部土体不被挤压破坏，顺利进入斗体中，泥层采用短螺旋直接取土，砂卵石层采用筒钻钻取，尽量减少护筒内的虚浮的土粒及松散状态的砂、卵石，有助于缩短清孔效率。钻出的泥土用铲车及时清理出施工区域；钻进过程中，应当注入清水以平衡护筒内外的水压力和便于取土。

（5）终孔测量。当钻进达到设计要求深度后，用密封较好双开门桶型钻头清孔，后提起钻杆，测量孔深，并在浇注前测量孔底沉渣厚度；

（6）下钢筋笼。用吊车起吊并下放钢筋笼；

（7）下导管。用吊车下导管，导管的长度需满足浇注要求；

（8）浇注。利用混泥土泵车进行混凝土浇注；

（9）测量桩身混凝土的顶面标高，达到要求后停止浇注，拔出导管；

（10）钻机移位至下一个桩位，进行开孔钻进；

（11）一次性拔出刚浇注完混凝土试桩孔内的护筒，移位到下一个桩位。在护筒起拔过程中，根据需要可用泵车补充混凝土，以保证设计桩顶标高。

4 关键点控制及常见问题的处理

4．1 桩位控制

桩位控制分两步，分别是桩位坐标点控制和护筒控制。桩位坐标点放样偏移量误差允许2cm，护筒偏移量误差即成桩偏移量误差，应符合设计图纸要求的桩位偏移量。

（1）桩位坐标点：测量员按设计桩位坐标进行放线，确定桩位坐标点打入钢钎做为标记。

（2）护筒控制：护筒埋设过程中，在检验护筒垂直度的同时检验护筒外径到引出控制点的距离，如检测超出现偏差，在振动锤的振动的情况下，上拔护筒直至符合桩位控制偏差要求，再低频下沉；如经过上下几次仍不能超出桩位偏差，则再上提至符合偏差时的高度，在护筒外侧一侧填大石块，抵抗护筒埋设过程中的跑偏现象。护筒打设完毕后，测量员对护筒中心坐标边进行定位，检查护筒中心点与设计桩位坐标点的偏移量是否符合设计要求。

4．2 垂直度控制

由于该工程使用的护筒长度较长，护筒垂直度的控制显得尤为重要，护筒的垂直度直接关系到成桩质量和成孔钻进的顺利进展。在打设护筒时，按照以下步骤控制护筒的垂直度，以保证护筒打入在垂直度规范规定允许范围内。

（1）在原桩位垂直方向上引设2点，计算出各点据护筒外壁的距离，在打设护筒过程中，随时校核护筒外壁到控制点的距离，如果发生变化，及时通知吊车手，停止下沉，起拔调整至符合要求。

（2）用水平尺或者地质罗盘测量护筒的垂直度，测量频率为15m以内，每5m测量一次，以后为10m测量一次。

（3）在护筒下沉过程，在开始的10m范围内，吊车吊钩处于拉紧状态，使护筒处于悬垂状态缓慢下沉。

4．3 护筒埋设困难的问题

采取全护筒护壁施工工艺，施工场地地层复杂，尤其卵砾石层和珊瑚礁层埋藏深度不定，可追寻的规律性较小，受地层地质条件的影响较大，该工程施工的难点就在于护筒的埋设。根据此种情况，制定以下保证措施：

（1）护筒能一次性打入到位，钻机直接正常钻进。

（2）护筒不能一次性打入到位，护筒在地面上露置，且露置的高度不大于4．5m，此高度钻机也能工作，只是每次上下钻具时费时较长，成孔难度和时间增加。当钻进到护筒底端时，采用二次下沉护筒至设计标高。

（3）护筒不能一次性埋设到位，护筒在地面上露置，且露置的高度大于4．5m（旋挖钻机钻头的最大提升高度），并且下端地层容易塌孔。需要用短护筒接力，短护筒接力的方式是，首先用合适长度的短护筒打入，护筒打入后钻机挖取出护筒内的土体及用螺旋钻将护筒下端附件的硬层搅松动，但不取出，然后将短护筒拔出，将钻孔所需要的全程护筒打入，钻机就能正常钻孔。

（4）护筒不能一次性埋设到位，护筒在地面上露置，且露置的高度大于4．5m，并且下端地层为珊瑚礁地层，采用护筒埋设到珊瑚礁地层内为止。

4．4 护筒起拔困难的问题

本工程的护筒埋设深度较深，护筒起拔不及时或者其它原因，则将造成护筒浪费，对于护筒起拔的问题根据不同区域采用以下措施：

（1）造孔到设计深度剩余2～3m的位置时，利用吊车振动锤上下活动护筒，活动幅度不超过1m，活动次数3～4次，此时从吊车数据显示的起拔力基本等于液压振动锤和护筒的值。

（2）起拔护筒的时间一般在浇注完成后0．5～1h，特殊情况下，不超过初凝时间。起拔钢护筒初期要用振动锤振动起拔，所用吊具、索具必须安全可靠，禁止超负荷运转。起拔要缓慢，吊机提升力要适中，不可以将振动锤减震弹簧完全压缩，避免损坏振动锤和钢护筒。起拔全过程要求吊机天轮－振动锤－钢护筒轴线成一直线。当吊机可以直接拔起钢护筒时，可以停止振动锤直接用吊机起拔。

5 结束语

结合本项目的工程实践，对于全护筒灌注桩施工技术总结出以下几点：

5．1 采用液压振动锤

本工程采用液压振动锤对于该工程是较好的方案：

（1）该高频液压振动锤功率高，机械稳定性好，高频振动利于护筒埋设。

（2）吊车配合振动锤，在设备有足够能力的前提下，不受空间限制，可以高空自由松放护筒，一次性埋设护筒，提前拼接好护筒，对于同样深度的桩，不需要每根都拼接。

（3）液压振动锤功率大、频率高，并且可以变频，针对不同地层采用不同的频率。

5．2 一次性埋设护筒

本工程采用全护筒一次性埋设护筒，提高了施工功效，避免了由于施工过程中连接护筒所需的时间，避免了起拔过程中连接不牢固可能下节脱落的现象。

5．3 全护筒工艺的优点

（1）适用地层广。

（2）孔底沉渣有保证，可控。

（3）成孔质量有保证，不塌孔，减少孔中事故，同时也是对钻机的保护。

（4）可以不使用淡水和膨润土，施工用水取用海水，且就地取用、方便。

（5）节省泥浆系统，不受泥浆供应体系的限制。（6）弃渣、弃浆量减小。

（7）现场的文明施工得到提高。

（8）环保方面不再受泥浆污染的影响。

5．4 全护筒工艺的缺点

（1）安装、起拔难度加大，对于珊瑚礁出现早的埋藏浅地层，护筒埋设可能不到位。

（2）设备性能要求高。

（3）护筒长度太长，起拔安装及吊车行走安全隐患大。

（4）一次性投入护筒，投入成本大。

［1］ 高纪兵，何平，等．苏通大桥北索塔墩大直径超长钢护筒施沉工艺［J］．施工技术，2005增刊．

［2］ 王爱民，郝勇，等．旋挖钻机长（全）护筒护设方法的探讨［J］．岩土工程界，2005（03）．

［3］ 曾卫兵，詹天宇，张宏同．全护筒灌注桩的施工［J］．筑路机械与施工机械化，2001（3）．