全套管回旋鉆機(jī)在地下清障和工程樁施工中的應(yīng)用

上海智富建設(shè)工程有限公司 上海 200336

1 工程概況

上海同濟(jì)二附中高中部改擴(kuò)建工程包括新建教學(xué)樓、綜合樓、實(shí)驗(yàn)樓及地下車庫(kù)?；庸こ躺婕捌渲械膶?shí)驗(yàn)樓和地下車庫(kù)，實(shí)驗(yàn)樓地上6層，帶1層地下室，與地下車庫(kù)相連，地下室總建筑面積約3 516 m2。

基坑圍護(hù)采用三軸攪拌樁止水、SMW工法樁結(jié)合1 道支撐的圍護(hù)形式。

施工難題是基坑內(nèi)有一面積約1 300 m2、埋深約6 m的坑道式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)人防地下室，將影響42 根工程樁及10 根立柱樁施工。

現(xiàn)場(chǎng)自然地面標(biāo)高為-0.500 m，原坑道式人防地下室拱頂標(biāo)高-2.300 m，底板底標(biāo)高-6.400 m（圖1）。

2 基坑障礙物清理方案的選擇

由于本工程西側(cè)緊靠居民住宅小區(qū)，東鄰7號(hào)軌交線，故若采用放坡、開(kāi)挖、破碎、回填，再進(jìn)行鉆孔灌注樁施工的方法會(huì)對(duì)周邊道路管線及建筑物影響較大，此方案不可行。

為此，另選擇以下兩方案進(jìn)行施工。

方案A[1]：地下室基坑圍護(hù)+原人防周邊圍護(hù)+支撐，大開(kāi)挖拆除老人防后再并回填土進(jìn)行鉆孔灌注樁施工。

圖1 原人防地下室在基坑中的位置

方案B：采用全套管回旋鉆機(jī)清障，清障完成后直接插入護(hù)筒進(jìn)行鉆孔灌注樁施工。

經(jīng)過(guò)綜合比較，方案B明顯具有速度快、機(jī)械使用少、不擾民、不對(duì)周邊建筑物及地下設(shè)施產(chǎn)生影響等優(yōu)點(diǎn)，最后決定本工程選用全套管回旋鉆機(jī)清障方案。

3 施工方法

3.1 全套管回旋鉆機(jī)施工原理及特點(diǎn)[2-4]

3.1.1 全套管回旋鉆機(jī)清樁原理

利用全回旋鉆機(jī)設(shè)備產(chǎn)生的下壓和扭矩，驅(qū)動(dòng)鋼套管轉(zhuǎn)動(dòng)，利用管口的高強(qiáng)刀頭對(duì)土體及鋼筋混凝土等障礙物的切削作用，將套管鉆入地下插入錐形三角錘，旋轉(zhuǎn)套管，使樁體在強(qiáng)力扭矩下折斷，然后再采用強(qiáng)力蜈蚣鉗去除套管內(nèi)的舊樁體或障礙物，直至原土層。最后拔除套管插入護(hù)筒進(jìn)行鉆孔灌注樁施工。在整個(gè)施工過(guò)程中套管鉆進(jìn)與插入護(hù)筒是關(guān)鍵。

3.1.2 施工工法及設(shè)備特點(diǎn)

該工法最大的特點(diǎn)是可將套管鉆入有高強(qiáng)度障礙物的土層，利用套管的護(hù)壁作用，在套管內(nèi)進(jìn)行拔樁，施工安全，工效高，對(duì)周圍環(huán)境影響極小。然后再進(jìn)行鉆孔灌注樁施工，一機(jī)兩用。

RT-150H全套設(shè)備均為日本引進(jìn)，具有以下特點(diǎn)：（a）超級(jí)強(qiáng)大的功率和緊急脫離機(jī)構(gòu)。

（b）為牢靠的將強(qiáng)大功率傳遞給套管而設(shè)置了性能良好的楔型機(jī)構(gòu)。

（c）為有效利用強(qiáng)大功率而設(shè)計(jì)了鉆頭負(fù)荷自行控制等機(jī)構(gòu)。

（d）為保證垂直精度，設(shè)置了自動(dòng)水平調(diào)整機(jī)構(gòu)。

（e）為去除鋼筋混凝土基礎(chǔ)、鋼管等地下障礙物而設(shè)計(jì)了套管內(nèi)部挖掘裝置、多頭鉆機(jī)等。

（f）機(jī)型具有相當(dāng)強(qiáng)的扭矩及拔樁力，并配備了大功率發(fā)動(dòng)機(jī)，從而能充裕的施工運(yùn)行。

（g）為了施工方便，該設(shè)備用電或柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電均可以，而且不影響其施工效果。

3.2 全套管回旋鉆機(jī)工作情況

3.2.1 全回旋動(dòng)力裝置

全回旋動(dòng)力裝置主要是為套管360o回轉(zhuǎn)以及刀頭切削障礙物提供動(dòng)力，包括上下抱箍夾緊系統(tǒng)和一套豎向升降系統(tǒng)。

3.2.2 套管、接管

全回旋套管鉆機(jī)套管動(dòng)力裝置采用楔型夾緊機(jī)構(gòu)將回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)支承環(huán)與套筒固定，楔型夾緊機(jī)構(gòu)與套筒的咬合與松開(kāi)由夾緊油缸控制，當(dāng)夾緊油缸向上提升時(shí)，楔型塊跟著上升，夾緊機(jī)構(gòu)松開(kāi)；當(dāng)夾緊油缸向下收縮，楔型塊也隨之下降，從而牢靠地將套管和回轉(zhuǎn)支承裝置咬合。套筒回轉(zhuǎn)由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，回轉(zhuǎn)時(shí)，液壓馬達(dá)的動(dòng)力由主動(dòng)小齒輪經(jīng)惰輪傳遞至回轉(zhuǎn)支承外圈的環(huán)形齒輪帶動(dòng)回轉(zhuǎn)支承在套管周圍回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)支承旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭矩通過(guò)楔型夾緊裝置傳遞到套筒上，帶動(dòng)套筒進(jìn)行回轉(zhuǎn)。

夾緊油缸位于鉆機(jī)的固定部分，由于不與套管一起回轉(zhuǎn)，從而使液壓管可以始終處于接續(xù)狀態(tài)，回轉(zhuǎn)時(shí)無(wú)需將夾緊裝置與液壓管分離，可以大大提高鉆進(jìn)的效率。

套管有兩方面功能：一方面將頂部驅(qū)動(dòng)設(shè)備提供的扭矩和壓入力傳遞給刀頭，同時(shí)在鉆進(jìn)的過(guò)程中還起到支護(hù)孔壁，防止孔壁坍塌的作用。套管為厚度35 mm的鋼質(zhì)桶式結(jié)構(gòu)，根據(jù)需要鉆進(jìn)的深度情況分長(zhǎng)度不同的若干節(jié)，一般為6 m/節(jié)，其余為特殊規(guī)格。在管口布置硬質(zhì)鎢合金鋼刀頭。

鋼套管的選用： 本次選用鋼套管Φ1 000 mm ，鋼套管總長(zhǎng)度為9 m/組套。其中6 m/1節(jié)，3 m/1節(jié)。并配備500 kN吊車配合清障和拔樁。

接管方法：在第1節(jié)鋼管的作用完成后，接第2節(jié)鋼管，先清潔鋼接管口，涂抹黃油，在管口環(huán)繞二周Φ8 mm粗的麻線，（作用于止水防滲漏），再沿管口四周包扎塑料薄膜1 層，采用吊車吊起套管按定位銷位置上下對(duì)接，然后擰緊內(nèi)六角螺栓。

3.2.3 全回旋套管鉆機(jī)施工場(chǎng)地要求

如施工部位場(chǎng)地松軟，需作簡(jiǎn)易處理，或下鋪石子或小塊狀硬渣土（厚100 cm），在被清障部位四周挖除地表層面，然后采用硬塊（不大于150 mm的石塊）鋪墊1 m厚左右，并分層壓實(shí)，以保證頂升動(dòng)力裝置的作業(yè)條件，因?yàn)樘坠茼斏龝r(shí)的反作用力對(duì)地基的要求有一定的影響。

（a）在鋪設(shè)的硬層上再鋪墊走道板，走道板鋪設(shè)面積須大于頂升動(dòng)力裝置機(jī)型四周1 m以上。套管的頂升動(dòng)力裝置質(zhì)量33 t左右?？梢暻闆r適當(dāng)增加配重。

（b）施工現(xiàn)場(chǎng)需滿足500 kN吊車的行走、進(jìn)出場(chǎng)條件和土方運(yùn)輸車、泥漿運(yùn)輸車的行走、進(jìn)出場(chǎng)條件。以及各種設(shè)備附件（套管、取漿取水桶、錐形三角錘）的堆放、拔除后的障礙物處理（分離取鋼筋的場(chǎng)地）和堆放。

3.2.4 清障方法

全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)拔樁方法（圖2）： 利用全回旋套管頂升動(dòng)力裝置等組合設(shè)備，該設(shè)備能夠驅(qū)動(dòng)鋼套管作圓周回轉(zhuǎn)以將鋼套管壓入和拔除，設(shè)備在作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的下壓力和扭矩，驅(qū)動(dòng)鋼管轉(zhuǎn)動(dòng)，利用管口的高強(qiáng)度硬質(zhì)鎢合金鋼刀頭對(duì)土體、巖層及鋼筋混凝土等障礙物的切削作用，將套管鉆入地下至障礙物底，在鋼套管逐步鉆入的同時(shí)，插入錐形三角錘使樁體在套管的強(qiáng)力扭矩作用下，使鋼套管內(nèi)障礙物折斷和將鋼筋強(qiáng)行扭斷，再用抓斗（俗稱強(qiáng)力蜈蚣鉗）將切削的碎物抓除，在廢物拔除后的混凝土底部位以下應(yīng)適當(dāng)作加深挖除1～2 m，以保證施工質(zhì)量和杜絕可能產(chǎn)生的施工隱患（后患）。

3.2.5 鉆孔灌注樁施工

在確定障礙物被完全清除后，套管拔除，即進(jìn)行鉆孔灌注樁施工，此時(shí)采用鋼套管做護(hù)筒。

4 清障效果

根據(jù)施工方案，本工程通過(guò)周密布署，精心施工，獲得了理想的清障效果。

（a）使用全站儀放點(diǎn)及鉆機(jī)垂直度的控制保證了工程樁施工的垂直度和位置準(zhǔn)確性，工程樁施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

（b）采用清障+工程樁施工與基坑圍護(hù)同步施工后，清障15 d工期處于進(jìn)度計(jì)劃非關(guān)鍵線路上，沒(méi)有影響工程進(jìn)度。

圖2 清障原理

（c）在采用全套管回旋鉆機(jī)清障完成后，經(jīng)查勘，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)周邊道路、管線及建筑物發(fā)生裂縫。

（d）清障、工程樁及立柱樁施工進(jìn)度和質(zhì)量達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，避免了二次土方回填、開(kāi)挖，節(jié)約了工程成本，縮短了施工工期。

5 結(jié)語(yǔ)

全套管回旋鉆機(jī)清障方案在本工程中的成功應(yīng)用，證明全套管回旋鉆機(jī)清障施工技術(shù)能夠有效清除建筑物地下障礙，尤其適用于中心城區(qū)和周圍建筑物密集區(qū)。具有低噪聲、速度快、無(wú)振動(dòng)、不受場(chǎng)地限制、不對(duì)周邊建筑物及地下設(shè)施產(chǎn)生影響、安全性能高等特點(diǎn)。