旋挖钻与全套管跟进工艺在桥梁工程桩基施工中的应用

杨裕尧

（昌九城际铁路股份有限公司，南昌330000）

1 引言

目前，桥梁桩基础常用的形式主要包括钻孔灌注桩、地下连续墙、扩大基础等，工艺众多且复杂，加之工程质量、进度以及造价等方面的要求，开展对桥梁桩基础施工技术的研究尤为重要。范保鑫等[1]研究了旋挖孔灌注桩施工中存在的问题，进而针对这些问题提出了一些解决措施；刘世宣等[2]提出了一套在复杂地质条件下采用多层钢护筒跟进的方法，解决了在复杂地质条件下旋挖钻机施工慢且易塌孔的难题；陈青[3]结合项目实例对旋挖钻施工工艺和施工要点进行了讨论。然而，目前对于旋挖钻+全套管跟进工艺的研究依然较少，因此，本文依托工程实例对旋挖钻+全套管跟进施工工艺进行介绍，并对照传统工艺对该技术的优势与不足之处进行探索，以期可为旋挖钻+全套管跟进工艺在桥梁工程桩基施工中的后续应用与研究提供参考与借鉴。

2 工程概况

龙南特大桥位于江西省赣州市龙南县境内，附近多为农田、水塘、灌溉渠道。周围居民较多，属县城周边，交通便利，小里程赣州桥台位于小山丘上，坡度较缓，植被覆盖面积较小。大里程深圳侨台位于半山腰处，坡度较缓，山头植被覆盖较为茂密。

龙南特大桥于DK103+952.77 ～DK103+997处，跨越G105国道，国道与线路大里程夹角为123.4 °。3号、4号桥墩位于主道的绿化带内；2号桥墩紧邻辅道与里仁隧道出口施工便道；5号桥墩紧邻辅道与拌和站出入口，上部采用18m+24m+14m刚构进行跨越。

3 旋挖钻+全套管跟进施工工艺

3.1 施工工法

结合本工程实际地质情况和溶洞发育的情况，采用旋挖钻钻孔，全回转全套管钻机跟进套管，履带吊配合运输设备的施工方法。

3.2 施工工艺流程

旋挖钻+全套管跟进施工工艺流程为：桩心定位—履带吊就位—全套管全回转钻机就位和调整—全套管全回转钻机进行成孔施工—旋挖钻取土—连接钢套管—接长钢套筒—利用旋挖钻机取土—终孔的验收和清孔—钢筋笼吊入及安装—下放导管—进行二次清孔—水下混凝土灌注—拔套管—清理场地。

3.3“旋挖钻+全套管跟进”施工方案（临时套管）

3.3.1 桩心定位

测量人员对桩心进行精确定位，并埋设好护桩，旋挖机组在下设护筒前应再次复核定位。

3.3.2 钻机就位

在桩机就位之前，先要检查桩机是否有良好的性能状态，保证桩机正常工作并且桩位附近平整，控制定位板的中心与桩位的标注点重合。在定位板上安放全回转钻机，对钻机进行水平调整。

3.3.3 钻进成孔

安放带刀头的底节钢护筒，使用全回转钻机的夹紧装置抱紧钢护筒，进行旋转切割并下压，上部空间足够时连接钢套管，使用旋挖钻进行取土，始终保持套管内留有2～3m的渣土进行反压，直至钢套管进入设计桩基标高范围，冲抓完成后成孔。

按设计要求确定的参数进行成孔施工，安排专职记录员记录成孔过程的各种参数，如钻进深度、地质特征、机械设备是否损坏、有无障碍物等情况。记录必须保证认真、及时、准确、清晰。

为钻机配备电子控制系统，用以显示和调整钻机钻进时的垂直度，通过人工观察和电子控制2个措施确保钢套管的垂直度，进而确保成孔的垂直度。

在钻孔过程中根据地质条件的实际情况合理控制进尺速度。

3.3.4 清孔

达到地勘及设计图纸要求的嵌岩深度后，对成孔进行质量检查，达到要求深度后，用清孔钻进行清孔后终孔；下钢筋笼前，再次检查孔底沉渣厚度（柱桩的沉渣厚度应小于50mm），如果不能满足要求，需要重新清孔。

3.3.5 拔套管

混凝土浇筑过程中，混凝土每超过护筒底6～7m拔护筒1节，并密切注意混凝土面下降情况，拔筒时，用于控制浇混凝土导管底部应始终保持在混凝土面以下2m的位置，以确保浇筑质量。

3.3.6 桩混凝土浇灌（采用水下灌注混凝土工艺）

水下灌注混凝土基本原理为采用导管灌注法，即将封闭的连接钢管当作水下混凝土的输送通道，控制管的下部埋入混凝土在2～6m深度处，使桩孔内的水或泥浆与从下而上连续不断灌入的混凝土隔离并逐步形成桩身，孔底的沉渣以及污水浮出混凝土表面。

3.3.7“旋挖钻+全套管跟进”工艺（永久套管）

水下灌注混凝土施工流程：

1）沉放钢筋笼；

2）导管安放：缓慢地将导管沉到距离孔底300～500mm处；

3）在漏斗底部放置封口板或者球塞，封口板用细钢丝绳引出；

4）灌入首批混凝土，加满整个料斗；

5）向上拔出封口板或球塞，初灌混凝土，随即将混凝土连续向孔斗内浇灌以保证导管埋入在混凝土面2m以下；

6）连续灌注混凝土，上提导管，要始终将导管的下口埋在混凝土面下2m以上，严禁提出混凝土面；

7）混凝土灌注完毕，拔出最后1节导管前，确认混凝土面无明显下降后，可将导管拔出。

流程对比分析：

永久套管与临时套管工艺对比，前6步一样，不同点在于永久套管工艺混凝土灌注过程中只需控制导管埋深，不需要拔出钢护筒。

原因是：（1）旋挖钻+全套管工艺不需要泥浆护壁，灌注混凝土在通过流塑地层时，拔出钢护筒易发生缩径、塌孔现象，严重影响成桩质量；（2）岩溶地区桩基地下情况复杂，拔出钢护筒后，在混凝土压力下，容易挤压开四周不稳定土层，扩大溶洞体积，造成混凝土面快速下降，甚至下降到低于导管底部，造成断桩。

所以，对于桩长超过60m的深桩，或补勘溶洞高度超过15m的大型岩溶地区的桩基，为保证施工效率、成桩质量及施工安全，永久套管工艺不可或缺。

4 旋挖钻+全套管跟进与冲击钻施工对比分析

4.1 工艺对比分析

为达到工艺对比的直观性、准确性与全面性，决定选取与3号墩的8号、7号、6号、4号桩基（桩长相近）地质情况相似的5号、6号墩所有桩基进行对比。其施工流程与旋挖钻+全套管跟进施工流程大体一致。

4.2 进度对比

进度对比是旋挖钻+全套管跟进工艺与冲击钻在开始钻进到灌桩结束所用时间，选用3号墩的8号、7号、6号、4号桩基与5号、6号墩的所有桩基进行成桩天数对比。

4.2.1 首桩对比

采用旋挖钻+全套管跟进工艺施工3号墩的8号桩基，桩长47.5 m，从开钻到灌桩结束共计5 d；采用冲击钻工艺施工的5号墩4号桩基，桩长36.5 m，从开钻到灌桩结束共计10 d，6号墩的1号桩基桩长49.5 m，开钻到灌桩结束共计19 d。

4.2.2 完成所有桩成桩天数对比

3号墩的8号、7号、6号、4号桩基成桩天数总和为14 d，平均每根桩成桩天数为3.5 d，估算3号墩12根桩基成桩天数总和为42 d；5号墩6根桩成桩天数总和为72 d，平均每根12 d；6号墩8根桩基成桩天数总和为171 d，平均每根21.4 d。

对比可知，旋挖钻+全套管跟进工艺大大节省了钻孔时间，能更加高效地完成岩溶地区的桩基施工。

4.3 工序对比

工序对比是比较桩基施工过程中3个主要的环节：钻孔时间、下放钢筋笼时间、灌注混凝土时间。

4.3.1 钻孔时间

3号墩的8号、7号、6号、4号桩基平均钻孔时间为58.7 h，最短钻孔时间33.3 h；5号墩桩基平均每根钻孔时间为228 h，最短钻孔时间120 h；6号墩桩基平均每根钻孔时间为345 h，最短钻孔时间为96 h。

4.3.2 下放钢筋笼时间

下放钢筋笼时间主要取决于钢筋笼的长度、焊接接头数及焊工人数。3号墩6号桩基桩长46.5 m，钢筋笼下放时间是5.17 h，6号墩2号桩基桩长4 8m，钢筋笼下放时间是5.1 7 h。分析得出桩长接近的钢筋笼下放时间基本一致。

4.3.3 灌注混凝土时间

3号墩灌桩时间最长的桩基为8号桩，用了6.5 h；5号墩灌桩时间最长的桩基为1号桩，用了3.5 h；6号墩灌桩时间最长的桩基为1号桩，用了4.25 h。平均灌注时间：3号墩为5.22 h；5号墩为2.68 h；6号墩为2.33 h。

旋挖钻+全套管跟进工艺灌桩时间长的主要原因是随着灌注过程中混凝土面的上升，旋挖钻+全套管跟进工艺不仅要拆除导管，临时套管也要相应提起，若不能及时提起套管，套管埋深过深容易造成全回转机及履带吊无法拔出套管。根据现场记录，1节3.5 m套管拔起到拆卸运送至地面需要10～15min。而5号、6号墩桩基灌注混凝土过程中只要控制导管埋深，若采用永久套管，可很大程度上减少旋挖钻+全套管跟进工艺的灌桩时间。

综上工序对比，钻孔时间占整个工序时间的95%，旋挖钻+全套管跟进工艺虽然灌注混凝土时间相比传统工艺要长，但钻孔时间大大减少，整个成桩时间也相应大幅度减少。若将临时套管改进成永久套管，时间还将进一步减少，成桩质量也能进一步提高。

4.4 工效对比

3号墩的8号、7号、6号、4号桩基与5号墩、6号墩所有桩基的地质情况基本一致，均只有粉质黏土、粗圆砾土、溶洞、灰岩4种地层。故在工效对比中比较钻进各个地层的时效。

4.4.1 粉质黏土

3号墩桩基钻进粉质黏土层最快的是4号桩基，速度为5.85 m/h，平均速度是3.45 m/h；6号墩桩基钻进最快的是5号桩基，速度为2.73 m/h，平均速度是1.80 m/h；5号墩桩基钻进最快的是4号桩基，速度为1.69 m/h，平均速度是1.38 m/h。相比后，旋挖钻+全套管工艺更加效率。

4.4.2 粗圆砾土

3号墩桩基在钻进粗圆砾土层时最快的是4号桩基，速度为4.15 m/h，平均速度为3.53 m/h；6号墩桩基钻进最快的是1号桩基，速度为1.51 m/h，平均速度为1.35 m/h；5号墩桩基钻进最快的是4号桩基，速度为1.82 m/h，平均速度为1.04 m/h。

4.4.3 灰岩（溶洞）

3号墩桩基在钻进灰岩（溶洞）时，最快的是7号桩基，速度为1.18 m/h，平均速度为0.91 m/h；6号墩桩基钻进最快的是8号桩基，速度为0.32 m/h，平均速度为0.16 m/h；5号墩桩基钻进最快的是1号桩基，速度为0.42 m/h，平均速度为0.27 m/h。

经4个地层的钻进工效对比，可以很清楚地看到旋挖钻+全套管跟进工艺的工效远远超过传统工艺的工效。正是因为有如此高的工效，极大程度上缩短了钻进时间，从而在短时间内达到预期产值的结果。

4.5 费用分析

龙南特大桥3号墩8号、7号、6号、4号桩基均为直径1m的钻孔桩，清单单价为1 533元/m，经费用分析后，旋挖钻+全套管跟进工艺测算单价约5 364元/m（不含永久护筒）。通过对比可知，在相同条件下，旋挖钻+全套管跟进的施工成本远低于冲击钻。

4.6 总结

通过3号墩8号、7号、6号、4号桩基的旋挖钻+全套管跟进工艺试桩，确定了旋挖钻+全套管工艺的可行性；对比传统冲击钻工艺，旋挖钻+全套管跟进工艺极大地提高了施工作业的效率，有效缩短了工期，效果十分显著；也找出了旋挖钻+全套管跟进工艺施工的不足之处，灌注混凝土时间过长。为进一步提高旋挖钻+全套管跟进工艺的效率，除了加快钻进速度之外，减少灌注混凝土时间尤为重要。

5 结语

通过对施工过程中遇到的问题和困难不断反思并吸取其经验教训，确定了该工艺在此项目中的可行性，总结了施工措施以及旋挖钻+全套管跟进工艺对比传统工艺（冲击钻）的优势和不足之处。本文中龙南特大桥3号墩试桩所采取的施工工艺以及试桩过程中发现的问题可以为同类型的桥梁桩基施工提供参考。