旋挖钻全护筒护壁施工技术在流砂层中的应用

 旋挖钻全护筒护壁施工技术在流砂层中的应用

张涛

天津港盛龙投资发展有限公司

摘要：流砂层是钻孔灌注桩成孔过程中常见的一种不良地质工况，文章根据青岛市双元路拓宽项目桩基施工的具体实例，介绍了旋挖钻全护筒护壁施工技术。该工程采用直径1000mm、长度约14m左右的钢护筒，在液压振动锤作用下，一次性将护筒打入含流砂的复杂地层，旋挖钻机取土成孔，成功地解决了钻孔桩穿越流沙层的难题。

关键词：旋挖钻机；全护筒；砂层；钻孔灌注桩

钻孔灌注桩穿越流沙层施工一直是困扰建设者的难题之一，流沙层在水头压力下多为接近于流体状态。由于流沙层稳定性差，施工过程中对其产生扰动后，易向低压区发生流动而发生潜蚀、塌孔，孔壁上缘也不断地迅速扩大，造成扩孔、塌孔等。同时，孔径、孔底沉渣厚度等也均无法保证，还有可能造成埋钻等严重后果。

1 工程概况

青岛市双元路拓宽项目位于青岛市城阳区，该工程为道路拓宽涉及的输水暗渠保护工程，大沽河输水暗渠全长50多公里，担负着青岛市近50％的原水输送任务，是青岛市重要基础设施之一。根据输水暗渠竣工图纸资料显示，暗渠建设于1977年，结构形式为单孔浆砌石盖板涵结构，建设年代久远，结构安全性能较低，本次保护采用钻孔灌注桩+条形盖梁+盖板形式的“保护桥”结构。

该工程桩基数量共计480根，桩长为8m和11m两种，桩顶标高距现状地面约2.8m，孔深即为11m和14m。该地区地层特点多变，主要为：地表以下0～3m为杂填土及粉质黏土，3～6m为软塑到流塑深褐色淤泥，含大量的细砂，6～10m为粉质黏土，10～18m为粉细砂。 

2 施工方案优选分析

根据地勘资料及现场试桩探挖情况，施工前对常用的泥浆护壁施工工艺和全护筒护壁施工工艺进行了优缺点分析对比。旋挖钻泥浆护壁成孔工艺特点是泥浆需求量大，泥浆箱倒运频繁，而且成孔质量不佳，经常出现坍孔情况，施工效率较低。而旋挖钻机全护筒施工工艺能有效提高成孔质量和成孔效率，保证工期，并且不需泥浆护壁，节能环保。因而该工程选用了全护筒护壁施工工艺。两种施工工艺具体优缺点对比见表1。

表1 两种成孔工艺优缺点对比表

3 全护筒成孔工艺的应用现状

全护筒护壁成孔工艺是一种比较重要的桩基施工方法，优点显著、可靠性高，该工艺目前在跨海大桥的建设中应用较多。比如：沙特延布海岸线开发工程项目，采用直径1000mm、长度30m左右的钢护筒，在液压振动锤驱动下，一次性埋设到位；杭州湾跨海大桥南航道桥，最大桩径为2.8 m、最大桩长为120.2 m，采用全护筒护壁，钢护筒利用2台ICEV360振动锤下沉，然后成孔；灌河大桥，最大桩径为2.5m，最大桩长达到了114m，利用旋挖及配合钢护筒施工，施工中利用护筒自重下沉至桩底标高；泽蒙—博尔察大桥及其连接线项目，钻孔灌注桩深度约35m，采用全护筒护壁施工工艺成孔。跨海大桥建设过程中，由于桩长过大，拆除困难大多数都被遗留在地下，但如果桩基数量较多时，由此增加的用钢量将较大，会造成材料和经济的较大浪费。除利用液压振动锤驱动下一次性埋设到位的全护筒灌注桩施工技术外，全护筒跟进钻孔灌注桩成孔工艺也较成熟，但由于所用的全护筒钻机价格昂贵，使用、维修成本较高，应用实例较少。

4 全护筒钻孔桩施工工艺在工程中的应用

该工程桩间距纵向为5m、横向间距10m，孔深分为11m和14m两种。11m孔深为186根，配4个12m长钢护筒；14m孔深为294根，配5个15m长钢护筒。横断面图见图2所示。经过刚度计算，考虑周转次数及借鉴同类工程经验，该工程护筒采用厚度12mm的标准钢板卷制而成。首先，根据护筒的需求长度进行钢板下料，卷制成型校圆后接长。要求对接口处采用坡口焊接，采用单面焊双面成型工艺，焊缝需饱满；钢管同心保证垂直度。其次，钢护筒上口在打拔机的强力震动作用下容易发生变形，下口在护筒振动切割土体或遇到石块时也易发生变形，所以在护筒上下口补焊40cm环形钢板作为包边，包边钢板紧贴护筒外壁，环形焊缝饱满密实。

4.1 施工工艺流程

施工过程中9根桩作为一个施工周期（共9个护筒），一次性放样，打拔机逐个打入，旋挖钻机紧跟逐个成孔，下放钢筋笼后干孔导管法灌注混凝土，依次拔出护筒后进入下一道工作循环。工艺流程为：

（1）测量定位。采用全站仪定出桩位和标高，在中心桩四周画出十字架埋设四个护桩，以便恢复中心桩及在钻孔过程中随时检查孔位是否偏移。

（2）钻机就位引孔。为保证桩位准确及减小下护筒时的摩擦力，先采用钻挖钻机进行桩位引孔，深度为3～5m见砂层为宜。引孔时需及时对桩位进行校核。

（3）打设护筒。护筒采用专用打拔机震动下沉，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，逐步提高振动锤的频率。护筒下沉过程中，每下沉5m，采用水平尺测量护筒的垂直度，复核桩位护桩到护筒的距离，以保证护筒垂直度和桩位偏差控制在容许范围内，护筒埋设后符合设计要求。

（4）钻孔。护筒下沉完成后，验收护筒偏差，合格后旋挖钻机就位钻孔。钻机按照“骑行”方式进行单排连续钻孔，旋挖钻机底盘为伸缩式自动整平装置，并在操作室内有仪表准确显示电子读数。

（5）终孔测量。当钻进达到设计要求深度后，提起钻杆，利用测绳结合钻机数显值测量孔深，并在浇注混凝土前测量孔底沉渣厚度。

（6）桩身混凝土的顶面标高控制。需考虑后续拔除护筒造成的标高损失，结合桩头超灌的要求，达到相应标高后停止浇注。

（7）拔除导管及护筒。混凝土浇筑完成后拔出导管，钢护筒利用打拔机将护筒震动拔出。拔护筒时，严格控制提升速度，谨防提升速度过快导致护筒破坏孔壁。护筒拔除过程中同时为混凝土震动密实的过程，匀速缓慢拔出有助于混凝土的密实性。

4.2 施工过程中常见的问题及措施

（1）护筒加工质量控制。护筒加工前需按需求对其进行计算分析，确定钢板材质及厚度，确保护筒刚度满足要求，避免震动下沉过程中变形。

（2）护筒竖直度控制。护筒震动下沉过程中竖直度是关键控制点，若竖直度误差超限，后续旋挖钻机将无法正常钻孔取土。护筒下沉过程中应及时复核竖直度，打拔机液压夹需沿护筒上口周边均衡作业，严禁从同一位置长时间震动下沉。

（3）孔内坚硬层处理。出现护筒不能一次性打入到位的情况时，可采用适合短护筒临时护壁，利用旋挖钻机取出护筒内的土体并用螺旋钻将孔内坚硬层搅松动，然后将短护筒拔出，将全程护筒打入，继续钻孔。

5结束语

全护筒护壁成孔施工工艺可实现护筒一次性埋设到位，适用地层广，孔底沉渣可控，成孔质量有保证，不塌孔，同时钻机作业也比较安全。此外，可以避免泥浆护壁带来的环境污染及用水问题。该工艺成功在青岛市双元路拓宽项目输水暗渠保护工程得到应用，成功解决了流沙层成孔的难题，大幅缩短了工期，质量、环保效益显著，同时取得了良好的经济效益和社会效益，可为后续同类项目施工提供借鉴。

参考文献：

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[2]吴纪超. 薄壁护筒在解决软土地区钻孔灌注桩施工问题中的应用[J]. 工程技术研究,2021（19）:104-105.

[3]安绍灿,司医普.旋挖钻机全护筒跟进技术研究[J].住宅与房地产.2019(34):56-57.