高水位碎石层双动力全护筒跟进钻孔桩施工技术

武永珍

（中铁三局集团第五工程有限公司，山西 晋中 030600）

1 工程概况

济南市轨道交通R3 线一期土建工程孟家庄站，为地下双层岛式车站，车站主体呈南北走向，全长300.9m，车站底板埋深约17.69m，顶板覆土约2.63～3.93m，地处高水位碎石层地区，紧邻孟家水库最高水位高出基坑底部约7m，施工地形十分复杂。施工中，创新性采用内插式预制混凝土方桩新型复合基坑围护结构，是目前国内首次在地铁基坑围护结构中采用装配式施工工艺，目前尚无可供直接借鉴和参考的工程案例，其施工工艺仍处于探索完善阶段，是全线的重点控制性工程。

2 施工特点

1）针对内插式预制混凝土方桩新型复合基坑围护施工精度高，高水位碎石土层钻孔桩施工过程中，塌孔严重、钻孔垂直度难以控制等施工难点，研究应用了全液压驱动双动力头螺旋钻孔机，采用长螺旋钻进同时全护筒跟进的施工方法，外侧动力头和内侧动力头可进行同轴逆向旋转，确保扭转反力自平衡，同时外侧动力头和内侧动力头可以上下分离，通过内侧动力头旋转驱动螺旋钻杆钻孔，外侧动力头逆向旋转驱动钢护筒同步跟进，达到护壁的目的，避免钻孔坍塌。

2）钻孔过程可实现水平微调、垂直自动调整，确保在高水位碎石土地层条件下高效率成孔，钻进效率约0.9m/min。

3）针对下部岩层螺旋钻杆转进困难的问题，在螺旋钻杆底部安装大直径气动潜孔锤，对下部岩层进行冲击破碎，利用螺旋钻杆使碎石土运输到低地面，直到转进至设计孔底标高。

4）采用全螺旋钻进同时全护筒跟进的施工方法，施工成孔不需进行造浆护壁，不对周边土体产生污染，环保效益显著。

5）待混凝土灌注1h 后利用外侧动力头将护筒垂直拔出，可循环使用。

3 施工工艺原理

全液压驱动双动力头螺旋钻孔机如图1 所示，高水位碎石层钻孔桩全护筒同步跟进施工工艺流程如图2 所示。

1.事件起因的多样性。由于我国社会经济发展进入新阶段，就业结构性矛盾突出，养老、医疗、住房、教育、收入分配、食品药品安全等不尽人意的问题依然多如牛毛，生产安全重特大事故也时有发生。从网络、新闻媒体报道和一些学者对群体性事件的分析来看，近几年我国行政执法行为引起的群体性公共事件，大部分与群众切身利益密切相关，主要集中于城市和农村的征地强拆问题，征地补偿和拆迁后的政府安置问题，环境污染项目引发环境保护问题，农民政治参与渠道堵塞问题，公民利益表达渠道堵塞问题，社会治安问题以及民族、宗教间的信仰问题及利益矛盾激化问题等等。

图1 全液压驱动双动力头螺旋钻孔机

图2 施工工艺流程图

1）全液压驱动双动力头螺旋钻孔机工作时内侧动力头与外侧动力头同轴逆向旋转，扭转产生的反作用力自身可以达到平衡。当内侧动力头旋转驱动螺旋钻杆钻孔，外侧动力头逆向旋转驱动钢护筒同步跟进，达到护壁的目的，避免钻孔坍塌，同时可及时对孔桩垂直度进行纠偏，实现了钻孔过程水平微调、垂直自动调整，成孔精度高、速度快，适用于素填土、杂填土、粘性土、砂土等一般地层，且适和砂卵砾石层，碎石土等复杂地层。

2）内、外动力头控制方式为独立控制，单独驱动任一动力头，钻机可以像普通的旋挖钻机、长螺旋钻机一样进行施工。

3）当钻杆钻至岩层时，在螺旋钻杆底部安装大直径气动潜孔锤，对下部岩层进行冲击破碎，利用螺旋钻杆使碎石土运输到低地面，直到转进至设计孔底标高。

4 操作要点

4.1 测量放线定桩位

1）施工前，对施工现场地面进行整平，对现场设置的水准点进行保护，防止点位发生破坏，确保测量精度。

2）根据设计桩位图图纸，对围护桩进行编号，利用全站仪精确测量放线出对应桩位。

4.2 螺旋钻机就位调平

全液压驱动双动力头螺旋钻孔机就位后，检查钻杆垂直度，需从2 个相互垂直方向进行检查。深度显示清零，回转角度显示清零。

4.3 双动力头螺旋钻进成孔

1）内侧动头驱动螺旋钻杆，外侧动力头驱动钢护筒，钢护筒和螺旋钻杆同步进行逆向钻进（图3）。

图3 钢护筒和螺旋钻杆同部钻进

2）利用钢护筒顶部边缘专用“卡具”（图4）与外侧动力头进行牢固连接，确保外侧动力头旋转驱动钢护筒时，护筒能够顺利同步跟进及拔出，防止出现“打滑”现象。

图4 护筒上边缘焊接安装“卡具”

3）钻进时，孔内渣土沿着钻杆上的螺旋叶片排出，钢护筒上留有排渣孔，使用小挖机配合渣土清理（图5）。

图5 小挖机配合渣土清理

4）当钻杆钻至岩层时，关闭外动力头，钢护筒停止跟进，在螺旋钻杆底部安装大直径气动潜孔锤（图6），对下部岩层进行冲击破碎，利用螺旋钻杆使碎石土运输到低地面，直到转进至设计孔底标高。

图6 安装大尺寸气动潜孔锤

4.4 清孔、注入混凝土成孔

1）钻进达到设计深度后，原位旋转内侧动力头清除孔底沉渣，沉渣厚度小于50mm 并满足设计要求后停止，然后边提钻，边注浆，混凝土的泵送速度与螺旋钻杆提升速度相匹配。

2）泵送混凝土根据每根桩基的设计需用量，提前按照设计配合比进行拌制。

4.5 提出护筒

成桩1h 后利用下动力头将护筒垂直拔出，拔出时护筒不得转动。

5 施工注意事项

1）护筒采用8mm 厚钢板内径∅1 100mm，确保护筒加工质量。

2）钻进时，及时依据内侧动力头压力显示数值，对内侧卷扬放绳速度进行调整。

3）长螺旋钻进同时全护筒跟进过程中，内侧动力头压力宜低于24MPa。

6 技术应用效果

1）内插式预制混凝土方桩新型复合围护桩采用全液压驱动双动力头螺旋钻孔机全螺旋钻进，同时全护筒跟进的成孔方法，有效避免塌孔，钻进效率约0.9m/min。

2）采用长螺旋钻进同时全护筒跟进的施工方法，减少了采用泥浆护壁制浆池的临时占地约100m2和后期水泥浆的处理费用，杜绝了水泥浆对周围环境的污染，符合国家所倡导的“工程建设节约环保，减污降耗”的社会要求。

3）待混凝土灌注1h 后利用外侧动力头将护筒垂直拔出，可循环使用。

7 结语

全液压驱动双动力头螺旋钻孔机采用全螺旋钻进同时全护筒跟进的施工方法，是一种高效、绿色、环保的新型施工技术，适用于素填土、杂填土、粘性土、砂土等一般地层，且适和砂卵砾石层，碎石土等复杂地层钻孔桩施工，对同类型施工具有切实的指导意义，推广应用前景广阔。