全套管钻孔法在桥梁钻孔灌注桩施工中的应用

■冉百荣

（中铁一局集团有限公司厦门分公司，厦门 361008）

1 工程概况

厦门市仙岳路与成功大道立交改造提升工程B 标段，项目起点位于仙岳路与台湾街交叉口附近，起点桩号ZK3+728.844，终点位于金尚路高架桥上，终点桩号为ZK5+661.95（左线），全长约2km。其中桥梁工程有主线新建混凝土现浇箱梁6 联，钢箱梁4 联，钻孔桩97 根，匝道桥有2 联混凝土现浇箱梁，3 联拼宽桥，钻孔桩35 根，桥梁钻孔桩共计132 根，直径有2.0m、1.8m、1.5m、1.2m。

本项目合同工期270 天，其中匝道桥梁要求3 个月内完工通车，35 根钻孔桩要求1 个月内完成，匝道桥梁通车后，将主线车辆改道匝道绕行，开始施工主线剩余4 联现浇箱梁。

2 方案比选

本项目工期比较紧，从地勘图上反映出地质情况复杂，孤石较多，同时根据本单位以前在仙岳路地段施工经验，钻孔桩能否顺利施工是保证工期的关键因素。

由于设计为嵌岩桩，以往通常采用冲击钻成孔法，但冲击钻遇到孤石时进度缓慢，尤其是遇到斜面岩和探头石，需要多次回填大量片石和粘土，钻进速度会更慢，一根40m 长的桩有时需要两个月左右，对工期影响很大，再加上冲击钻钻到岩层时震动大，对周边距离较近的建筑物干扰较大。而全套管回转钻机是一种集全液压动力和传动、机电液压联合控制于一体的新型钻机，施工噪音小、无振动，遇到孤石时，用安装在套管前端的钻头一边回转切削，一边用落锤砸碎，然后用冲抓斗抓出，工效较高，且适应任何地层，但它与冲击钻成孔法相比，费用较高。

经综合考虑两种施工方法的优缺点，决定在孤石地段及距离周边建筑物较近的地段采用全套管钻孔法，其它地段采用冲击钻成孔法。

3 施工方法

全套管钻孔法主要用套管钻机锤式抓斗进行钻孔施工，抓斗在初始状态时，抓斗瓣呈打开状态。当套管压入土中，卷扬筒突然放松，抓斗以落锤(自由落体)方式向套管内冲入切土。收缩钢丝绳，提升抓斗,继续卷扬收缩，抓斗被提出套管。松开卷扬筒，动滑轮靠自重下滑，带动专用钢丝绳向下。专用钢丝绳上凸缘滑过下棘爪斜面，使抓斗松开弃土，如此循环成孔。然后插入钢筋笼，灌注混凝土而制成桩。

图1 全套管钻机工作原理流程示意图

全套管钻孔桩施工过程中必须对施工人员进行技术交底，将技术标准、施工方法、工艺要求、技术措施和必要的操作规程、注意事项及安全、质量要求对施工人员进行交底并讲解清楚。

4 施工操作要点

全套管法施工最关键的三道工序分别是∶（1）挖掘推进、连接套管—成孔；（2）吊放钢筋笼；（3）灌注混凝土、提升导管—成桩。下面就各道工序施工要点分别进行介绍。

4.1 成孔方法

钻机水平就位后，将第一节套管立于桩位处，在自重力、夹持机构回转力及夹持机构压力的复合作用下，将第一节套管沉入土中；然后在上边连接第二节套管。利用落锤抓斗将套管内的土体抓出孔外，卸在地面上，用装载机装入翻斗车运出场外，随着套管的下沉，不断连接套管，直至钻到孔底标高。需要注意的是，第一、二节套管的垂直度对整个桩孔垂直度起着决定性的作用，应严格加以控制。

(1)对于软弱土层，应使套管超前下沉，可超出孔内开挖面l～1.5m。使落锤抓斗仅在套管内挖土，这样便于控制孔壁质量及开挖方向。

(2)对于一般土层，开挖时应使套管超前下沉30cm左右，这是最标准的开挖方法。详见图2。

图2 全套管钻在软土层 （左）和一般土层 （右）中的掘进方法

(3)对于硬砂土层及大卵石层，应使落锤抓斗超前下挖30cm 左右，因为在这种土层中套管的下沉是非常困难的，尤其是对于地下水位以下的硬砂层，如不采取超前开挖的措施，即使利用夹持压力勉强将套管压入土层中，而在后面提升套管时会比较困难。

(4)对于特坚硬土层及风化岩层，应先用安装在套管前端的钻头回转切削，将套管压入风化岩层，然后用“十字冲击锤”将岩层击碎，再利用落锤抓斗将碎块抓出孔外。详见图3。

图3 全套管钻在卵石层 （左）和风化岩层 （右）中的掘进方法

4.2 钢筋笼吊放工艺

钢筋笼吊装工艺操作要点主要有：

(1)为防止暴筋，同时也为了保证钢筋笼中心与孔中心的重合，应在主筋外侧焊定位块；

(2)检查并记录钢筋笼的安装高度与相应的套管长度，这一数据可用于判断钢筋笼是否与套管一起被提上来；

(3)值得注意的是，套管灌注桩施工过程中，钢筋笼容易出现的最严重的问题是钢筋笼在浇注砼、提升套管时产生“上拱”现象，这类事故一旦出现，处理起来是相当困难的，有时甚至会造成整个桩的报废。防止钢筋笼上拱的技术措施有：

①使用前检查套管的尺寸，套管提出孔后及时用水清洗干净；

②沿钢筋笼长度方向每2m 增加一道加强箍筋，增加钢筋笼的抗变形能力；

③在钢筋笼下端焊一个钢筋网片（Φl6＠150），并在网片上固定两块厚约10cm 的砼块，由导管注入的砼积压在砼块上，用砼自重防止钢筋笼的上浮；

④用反复夹紧与放松的办法让套管摇动，用在相同方向转动套管l～2 次的办法消除套管与钢筋笼之间可能出现的摩阻力；

⑤灌注砼之前，让套管上下移动4～5cm，检查钢筋笼是否与套管卡在了一起；

⑥混凝土灌注前先将套管从孔底拔起1～1.5m，然后立即混凝土灌注。

4.3 混凝土灌注工艺

一般均采用导管法灌注混凝土，灌注时需注意以下几点：

（1）导管由孔顶向下插入时，必须用滑阀（或密封球）将下口封住，否则孔内的泥渣有可能进入桩身砼中，影响砼质量；

图4 采用导管法浇筑混凝土的顺序

（2）随着砼的灌入，慢慢提升导管，但应保证导管下端埋入砼内的深度不小于2m，砼浇筑到标高后将套管全部拨出；

（3）实际浇筑高度应比设计桩顶标高高出1.0m，这部分砼中渗进了被顶上来的泥渣，基坑开挖后再予以凿除。详见图4。

5 实施效果评价

5.1 工效对比

在本工程项目中，冲击钻钻机在没有孤石的情况下，需要至少10 天左右才能完成1 根35m 长的钻孔桩，有孤石的情况下进度会更慢。而全套管回旋钻机工效较高，完成相同类型的钻孔桩只需要3 天左右，且不受孤石影响，工期比较有保证。对比而言，全套管钻孔法工效大幅提升。

5.2 环保方面

施工中噪音小、无振动，钻孔过程中不使用泥浆护壁，避免了泥浆的加工、储存及运输，施工现场洁净清爽，有利于文明施工。

5.3 质量方面

钻孔过程中采用全套管跟进，采用落锤式冲抓斗挖掘，成桩作业速度快，孔壁不会坍塌，垂直度容易控制，成孔质量高。钻孔过程中不使用泥浆护壁，避免了泥浆污染钢筋和进入混凝土的可能，钢筋周围不会附粘一层泥浆，提高了混凝土对钢筋的握裹力，成桩质量高。

5.4 经济方面

成孔直径标准，扩孔率小，与其他成孔方法比较，节约混凝土，但钻孔费用相比冲击钻成孔法较高。

6 结束语

综上所述，全套管钻孔法施工具有噪音小、无振动，不使用泥浆护壁，成孔速度快，成桩质量高，与冲击钻成孔法相比费用较高等特点，在地质复杂、工期紧、环保要求高、防止震动影响既有建筑物等各种既定条件下，建议采用全套管钻孔法施工，将会取得良好的经济效益和社会效益。

[1]JTG/T F50-2011,公路桥涵施工技术规范[S].

[2]JGG4-80，工业与民用建筑灌注桩基础设计与施工规范[S].