全套管全回转施工法在岩溶深桩工程中的应用

摘要：岩溶桩基施工因地质情况复杂、不可控因素多，在工程建设中常常成为重点控制工程，处理得不好就会严重影响工程进度。九景衢铁路跨彭湖高速公路特大桥岩溶深桩采用全套管全回转施工法施工，确保了工期和质量。文章介绍了全套管全回转施工法设备组成、工艺流程、工艺要点，总结了全套管全回转施工法的优势。

关键词：全套管全回转施工法；岩溶深桩工程；工艺流程；施工要点；工程建设 文献标识码：A

中图分类号：TU473 文章编号：1009-2374（2016）12-0110-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.12.051

1 概述

全套管全回转施工法在国外名为贝诺特（Benote）工法，实质上就是冲抓斗跟管钻进法，是目前世界上钻孔灌注桩施工工法中最为先进的一种，起源于20世纪50年代的法国。我国内地于20世纪70年代开始引进此类施工法，但因多种原因在工程中应用不多。九景衢铁路跨彭湖高速公路特大桥桩基前期采用了旋挖钻和冲击钻施工，后期在剩余的10根施工难度最大的岩溶深桩施工中采用了全套管全回转施工法，确保了工期和质量。

2 工程概况

跨彭湖高速公路特大桥为九景衢铁路建设关键控制工程，桥长1336.485m，共有41个墩台、349根桩基，均为岩溶桩基。该桥桩基前期采用了旋挖钻和冲击钻施工，为了确保工期，剩余的10根施工难度最大的岩溶深桩中采用了全套管全回转施工。这10根桩桩径为1.25m，孔深为60～94.5m，表层为淤泥质粉砂黏土及粉质黏土，下伏基岩为寒武系白云质灰岩，桩身范围内溶洞强发育，最大发育孔深为82.30m，单个最大溶洞高19.9m，溶洞为无充填及半充填状态。

3 全套管全回转设备组成

全套管全回转设备主要由全套管全回转钻机工作装置和液压动力站以及其他配套设备组成。

3.1 工作装置

3.1.1 楔形夹紧装置：用于夹紧套管，并使用套管保持高的垂直精度，套管的拉拔阻力越大，夹紧力也就越大。

3.1.2 马达减速机：提供足够的扭矩，传递给套管强大的回转力，可适应复杂的地层及切削障碍物。

3.1.3 液压垂直装置：可随时纠正套管角度，确保钻孔的垂直度。

3.1.4 口径变更装置：使得设备适用于多种口径的变更要求。

3.1.5 辅助夹紧装置：可在挖掘深度大时弥补配套起重机起吊能力不足的问题，也可更好地确保套管的垂直度。

3.2 液压动力站

3.2.1 发动机：使得机器获得强大的扭矩去工作。

3.2.2 操控系统：设有微电脑操作平台，可调节压入力、转速和扭矩，确保机器工作时处于最佳状态。

3.2.3 瞬间增强系统：在碰到障碍物时，可瞬间加大起拔力和扭矩，以排除障碍物。

3.2.4 刀头载荷自动控制系统：通过电脑的自动刀头载荷，在切削硬岩时能够提高切削效率，并保护刀头。

3.2.5 应急系统：在动力站上又设置控制系统的主要功能，出现故障时可使用应急系统完成施工作业。

3.3 其他配套设备

3.3.1 套管：分首节套管和标准节套管。首节套管上端有连接销孔，便于同标准节连接，下端设有刃脚，方便钻进；标准节套管上、下端均设有连接销孔，便于接长和拆卸。

3.3.2 冲抓斗：冲抓斗是主要的套管内部冲挖装置，依靠吊机的大小吊钩配合来完成冲挖作业。

3.3.3 十字冲锤：用于击碎硬土和岩层。

3.3.4 履带吊：用于吊放冲抓头、十字冲击锤、套管、钢护筒、钢筋笼等。

4 工艺流程

全套管全回转施工法工艺流程：施工准备→钻机平台加固→钻机就位→安装首节套管→带管钻进及冲抓出土→接管钻进至设计标高→测量孔深→清孔→吊放钢护筒（如有5m以上大型溶洞空腔时）→吊放钢筋笼→安装砼导管→灌注砼→边灌边拔套管→测量导管埋深→提升导管→成桩→拔出套管→钻机移位。

5 主要工序施工工艺要点

整个施工过程中最关键的是钻孔、钢筋笼制作安装、灌注砼三道工序。

5.l 钻孔工艺要点

5.1.1 成孔步骤：先对钻机平台进行硬化加固，再安放钻机；对中调平后安放首节套，利用楔形夹紧装置夹紧套管；在压力、回转力及和套管自重力的共同作用下，逐渐将首节套管沉入土中；利用冲抓斗在套管内反复冲抓出土；连接第二节套管，继续冲抓出土；不断下沉和接长套管，直到钻至设计孔底标高。

5.1.2 挖掘方式：根据岩土类别和溶洞情况，分别采用不同的挖掘方式。一般土层（6≤N≤30），开挖时套管超前下沉3Ocm左右，这是常规的挖掘方式；上层淤泥质粉砂黏土和粉质黏土等软弱土层（N<5），为便于控制开挖方向及孔壁质量，应采取套管超前下沉方式，使套管超前下沉l～1.5m，使冲抓斗仅在套管范围内挖土；溶洞顶板和基岩等特坚硬土层（N>30），应采取超前下挖的方法，使冲抓斗超前下挖30cm左右，先利用十字冲锤将硬土和岩层击碎，再利用冲抓斗将土石抓出孔外。超挖深度不要超過十字冲锤本身的高度，否则会影响孔壁质量。

5.1.3 为防止套管被外侧土压力构紧，挖掘中途一般不允许间断，因特殊情况必须中断挖掘时，应持续转动套管。

5.1.4 挖掘过程中应详细记录岩土类别、溶洞位置与大小、溶洞填充情况等，以便选择冲抓方式、控制导管埋深、确定钢护筒放置位置等。

5.1.5 施工过程中加强套管垂直度观测，并利用液压垂直装置随时纠正套管角度。在安装和下沉首节套管时一定要调整好垂直度，这对整个桩孔垂直度起着决定性的作用，只要首节套管成垂直状态，以后的挖掘方法及套管连接方法又适当，后续套管自然成垂直状态。

5.1.6 5m以上大溶洞空腔顶面以下部分需加设钢护筒，钻孔时套管直径在桩径基础上加大10～20cm，以便在套管内安放钢护筒；钢护筒直径应在桩径基础上加大5～10cm，以保证钢筋笼顺利安放。

5.2 钢筋笼制作安装工艺要点

钢盘笼制作安装过程中最重要的是防止砼灌注过程中发生浮笼。浮笼处理是相当困难的，有时甚至会造成整个桩的报废。

5.2.1 长度大于8m的钢筋笼，应分节制作安装。分节制作要确保顺直，钢筋笼对接时不得发生弯曲，如果出现弯曲会增加钢筋笼与套管之间的阻力，导致在提升套管时钢盘笼被一同提起。

5.2.2 钢筋笼定位筋要做成圆弧形，不得做成尖棱状，否则可能会插入到套管的连接销孔内，影响套管转动和提升，并造成钢筋笼上浮。

5.2.3 彻底清孔后才能吊放钢筋笼，否刚钻渣被翻上来以后与钢筋裹在一起，会将钢筋笼托起。

5.2.4 为防止钢盘笼与套管卡在一起，套管使用前应检查并清除套管壁附着物，套管提出孔后应及时用水清理干净，防止砼结块。

5.2.5 为防止粗骨料卡在套管与钢筋笼之间，使钢筋笼跟着套管提升，应严格控制钢筋笼制作和安装质量，确保主筋外边与套管或钢护筒内壁之间的间隙大于砼粗骨料最大粒径的两倍。

5.2.6 在钢筋笼下端加焊铺底钢筋网，并预先固定一定重量的砼块，导管灌的砼后积压在砼块上，可达到利用砼自重防止钢筋笼上浮的作用。

5.3 砼灌注工藝要点

采用导管法灌注岩深深桩砼，施工时应注意以下六点：

5.3.1 要保证砼生产质量，塌落度控制在180～220mm，含气量大于2.0%，入模温度控制在20℃～30℃，砼缓凝时间设计需延长至12～16小时，并具有良好的和易性；要保证砼运输量与运输时间，根据砼集中拌和站与施工现场的运输距离，综合考虑灌注速度与运输时间，合理配置砼运输车台数，保证砼连续灌注，并在砼灌注过程中设置专人进行交通疏导。

5.3.2 导管拼好并试压后，利用履带吊吊放。导管位置居于孔中央，轴线顺直，逐节联接，稳步沉放，直至孔底0.3～0.5m处。导管下放过程中要防止卡挂钢筋骨架和碰撞孔壁。在浇筑砼前，还应进行导管升降试验。

5.3.3 首盘砼灌注高度不小于1m且不大于3m，首盘砼用量应大于3.5m3，导管埋深控制在1～3m。随着砼的灌入，慢慢提升导管，同时要确保导管埋入砼的深度与灌注速度。砼灌注过程应连续、流畅，尽量缩短拆除导管的停滞时间，在一般情况下导管埋深控制在2～6m，在溶洞地段为防止因砼溜坍后导管露出砼面，应适当加大埋深，控制在4～8m。导管埋置过深，会增加导管浮力，容易引起导管上浮。

5.3.4 如果灌注过程中导管被拔出了砼顶面，不可马上再插入砼中，而应将导管全部拔出孔外，重新设置滑阀，按照首盘砼灌注方式重新进行灌注。

5.3.5 提升和拆卸套管过程中，应保证套管埋入砼内1～2m，砼浇筑到设计标高以上1.0m后再将套管全部拨出。

5.3.6 在遇到5m以上较大溶洞空腔时，为节省砼用量，可在溶洞空腔顶面以下部分套管内放入钢护筒，然后再下导管灌注砼，施工完毕后将钢护筒留在孔内。灌注砼

过程中应不停地转动套管，以防止套管被构紧，难以提升。

6 全套管全回转施工法的优势

（1）不使用泥浆，作业面干净，无噪音，无振动，环保性好，成桩质量高；（2）钻进时可以很直观地判别岩土特性，观测溶洞发育情况；（3）钻进速度快，对于一般土层，可达14m/小时左右；（4）钻进深度大，最深可达120m以上；（5）成孔垂直度高，可精确到1/500；（6）成孔效率高，不会产生塌孔现象；（7）成孔直径标准，充盈系数小，可节约大量的砼用量；（8）清孔彻底，速度快，孔底钻渣可清至2.5cm左右。

7 结语

采用全套管全回转钻机施工岩溶深桩，挖掘速度快，钻进深度大，成桩质量高，平均每7天就能成一根桩（一般冲击钻施工需2～3个月才能成桩），后期采用声波透射法检测桩基质量，均达到Ⅰ类桩标准，确保了施工工期和质量，充分说明全套管全回转施工法处理岩溶深桩有着明显的优势。

参考文献

[1] 刘根芳.全套管钻孔灌注桩施工工法（GF/206022-96）[S].

作者简介：杜晓轩（1973-），男，四川阆中人，供职于中铁二十四局集团南昌铁路工程有限公司，公路工程一级建造师，IPMP国际项目经理，研究方向：铁道工程、公路工程、海外工程。

（责任编辑：小 燕）