全套管全回转施工法及运用研究

全套管全回转施工法及运用研究

摘要：本文将围绕全套管全回转主要组成设备以及全套管全回转施工法的运用路径进行分析讨论，从而严格把控施工质量，合理选择取土方式，保证钻进效率满足实际需求。

关键词：全套管全回转施工法；钻孔工艺；砼灌注

引言：全回转全套管施工法是利用全套管全回转钻机的回转，使钢套管与土层间的摩阻力大大减小，边加转边压入，同时利用冲抓斗、或旋挖取土，直至套管下到桩端持力层为止。挖掘完毕后，立即测量孔深确认持力层，满足要求后进行清孔，安装钢筋笼，最后浇灌混凝土成桩完成。该方法不仅可以保证绿色环保，减少混凝土充盈系数，还能提高成桩质量，避免塌孔现象的产生。为了确保全套管全回转施工法得到合理运用，首先要对其主要组成设备进行深入了解。

一、全套管全回转主要组成设备

（一）工作装置

全套管全回转钻机主要工作装置主要有以下几种：楔形夹紧设备，能够实现套管的固定，确保套管具有高水平的垂直精度，当套管的拉拔阻力提升时，夹紧力也会随之提升；马达减速器，该设备可以提供充足的扭矩，为套管提供极高的回转力，以此适应结构复杂的地层，实现障碍物的清除；液压垂直设备，能够第一时间调整套管角度，保证钻孔垂直度满足施工需求；口径纠正装置，其作用在于变更设备口径；辅助夹紧设备，能更好的保证套管垂直度，同时在大深度挖掘时弥补配套起重机起吊能力不足的问题。

（二）配套设备

一是液压动力站，包括：发动机，为机械设备提供高强度扭矩；操控系统，利用微电脑进行压入力的大小调节，控制转速与扭矩，强化装置工作性能；瞬间增强系统，当遇到障碍物时，可以强化起拔力，提高清障效率；刀头载荷系统，

借助计算机的自动控制程序，提高切削效率，保护刀头。二是其他配套设备，比如：套管，包括：首节套管，上端具有连接销孔，便于后期连接使用，下端设有刃脚，有利于钻进工作的开展；标准节套管，其上、下两侧都设有连接销孔，便于后期拆卸；冲抓斗，其作用在于结合吊机吊钩完成冲挖作业；旋挖钻，用于岩层与硬土层取土；履带吊，用于吊放套管与钢筋笼。

（三）使用范围

全套管全回转施工法主要针对高回填地层、岩溶地层、地下水丰富的砂层、卵砾石地层、沿海地区软基或硬岩地区、填海地层、沿海滩涂以及高铁、地铁、建筑物周边等特殊地层和复杂环境进行全套管成孔灌注桩施工。

二、全套管全回转施工法及运用路径分析

全套管全回转施工法的优势在于：施工过程中无需泥浆循环，能够保证作业面整洁，且施工过程不会产生高分贝噪音，也不会出现高频振动，具有极高的环保性，且成桩质量较高；施工过程中采用了套管进行超前支护，对周围地层基本无扰动，可满足周围建筑物对沉降控制的要求；钻进过程中可以更直观地判断岩土特性，以此准确观测施工状况；成孔垂直度与成孔效率极高，能够避免塌孔现象的形成；成孔充盈系数极低；成桩效率高，岩溶区施工无需对溶洞进行预处理，不需反复回填处理可实现快速成桩。

本文将以全套管全回转施工法运用在临近既有结构物同时存在溶洞桩基工程作为研究对象，本工程共有118根桥梁桩基，施工时根据不同地层及周围建筑物采用了不同的成桩方式，主要有冲击钻、旋挖钻，而在临近自来水、污水、高速等结构物存在超过3米高溶腔时采用全回转全套管施工方法。其工艺流程依次为施工准备、布置钻机、套管下放、钻进、孔深测量、吊放钢筋笼、灌注砼、成桩、钻机移位。以下将根据项目实际情况对全回转全套管施工中重要的工序进行深入分析。

1.

桩位地质及周边情况

距离高速桩基最小约为10m，自来水管管径2.4m、埋深3-5m、最小净距

1.8m，污水管管径2m、埋深10-11m、最小距离

2.9m。

桥位处于岩溶发育区，存在串珠状溶洞及特大溶腔，桩位最大溶洞总高度23.4m，单个溶腔高度最大21.8m。

1.

施工方法选用原则

旋挖钻、冲击钻；没有溶洞或溶洞高度小于3m同时护筒跟进能穿过上部砂层。

全回转全套管；护筒跟进无法穿过上部砂层同时周围存在重要管线结构物；溶洞高度大于3m或管线下方存在无填充溶洞。

1.

全回转全套管主要施工工序

（1）钻孔

首先对钻机平台采取硬化处理，提高其稳定性，之后放置钻机并进行对中调整，全回转全套管钻孔工艺是利用钢套管360度旋转加压切入地层，抓斗或旋挖钻机钻取套管内的钻渣，形成整体式套管护壁成孔。全回转钻机安装完成，钢套管每一次跟进长度视地层情况，使用抓斗或旋挖钻机钻取套管内的钻渣，过程中始终保持套管超前开挖面1.5m-2m。钢套管外露1.5-2m便于跟进套管的连接，每节套管连接后检查垂直度，必要时进行纠偏，持续钻至设计孔底标高。夹紧套管时，应用在起重机将套管吊起悬空的状态下抓紧。套管前端插入辅助夹盘之前，先用主夹盘抓住套管，收缩推力油缸落下套管，以防止钻头与辅助夹盘的碰撞事故。套管在插入初期，应利用套管自重压入，禁止强行压入套管。用自重压入套管，首先将发动机设置在高速状态，回转速度设置为中等程度，高速时速度调整盘为6，低速时速度调整盘为10。将液压动力站的“压入调整盘”向左旋转到底，液压回路打开，保持压拔按钮在“压入”的状态，此时因为不向推力油缸供油，套管凭借自重持续下降，在此状态下，套管可以持续下降到推力油缸的最大行程。

插入初期不要过度使套管上下动作，应积极配合自重进行下压，在挖掘初期反复上下动作将使地基松动。容易造成钻机下方地基坍塌，从而威胁到驳岸及岸坡的稳定。只有当自重进行压入速度变慢时，方可逐步增加压入力。施工过程中作业人员定期对钻机和钢套管垂直度及中心偏差进行复测，保证垂直度偏差不大于1%，中心偏差小于5mm的要求。

（2）安装钢筋笼

1）钢筋笼骨架在钢筋加工场内分节制作并运送至现场。

2）钢筋骨架的存放、运输与现场吊装钢筋骨架临时存放在高于30cm的胎架上，及时覆盖；钢筋骨架临时存放的场地必须保证平整、干燥，以免受潮或沾上泥土。每组骨架的各节段要排好次序，挂上标志牌,便于使用时按顺序装车运出。

3）吊放钢筋笼入孔时应对准孔径，保持垂直，轻放、慢放入孔，入孔后应徐徐下放，不宜左右旋转，严禁摆动碰撞孔壁。若遇阻碍应停止下放，查明原因进行处理。严禁高提猛落和强制下放。第一节骨架放到最后一节加劲筋位置时，穿进工字钢，将钢筋骨架临时支撑在孔口工字钢上，再起吊第二节骨架与第一节骨架连接，连接采用套筒连接。对接时上、下主筋位置对正，保持钢筋笼上下轴线一致。接头挤压完成后，骨架吊高，抽出支撑工字钢后，下放骨架。如此循环，使骨架下至设计标高。

4）骨架最上端的定位，必须由测定的孔口标高来计算定位筋的长度，反复核对无误后再焊接定位于孔中心上，完成钢筋笼的安装。承台底10cm以上桩身钢筋应采取措施隔离桩头砼，采用珍珠棉管，凿除桩头砼后可保持桩身钢筋的清洁。

5）声测管的布置及数量必须满足设计要求，与钢筋笼一起吊放。声测管要求全封闭（下口封闭、上端加盖），管内注入清水并无其他异物，水下砼施工时严禁漏浆进管内。声测管与钢筋笼一起分段连接（采用套管丝扣连接），连接处应光滑过渡，管口高出设计桩顶30cm，底部为设计桩底。每个声测管高度保持一致。

（3）砼灌注

1）采用导管法进行水下砼的灌注。导管用直径300mm的钢管，壁厚3mm，每节长2.0或2.5m,配1～2节长0.5m和1～1.5m短管，由管端粗丝扣连接，接头处用橡胶圈密封防水。导管使用前，应进行接长密闭试验。下导管时应防止碰撞钢筋笼，导管支撑架用型钢制作，支撑架支垫在钻孔平台上，用于支撑悬吊导管。砼灌注期间使用钻架吊放拆卸导管。

2）水下砼施工采用罐车运输砼、直卸至漏斗中。砼进入漏斗时的坍落度控制在18～22cm之间，并有很好的的和易性。砼初凝时间应保证灌注工作在首批砼初凝以前的时间完成。特别注意在不采用内护筒的情况下，混凝土初凝固时间需控制在10-15小时。

3）水下灌注时先灌入的首批砼，其数量必须经过计算，使其有一定的冲击能量,能把泥浆从导管中排出,并保证把导管下口埋入砼的深度不少于1m。

4）在砼灌注过程中，要防止砼拌和物从漏斗溢出或从漏斗处掉入孔底，使泥浆内含有水泥而变稠凝固，致使测深不准。同时应设专人注意观察导管内砼下降和井孔水位上升，及时测量复核孔内砼面高度及导管埋入砼的深度，做好详细的砼施工灌注记录，正确指挥导管的提升和拆除。探测时必须仔细，同时以灌入的砼数量校对，防止错误。

5）施工中导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升。如导管法兰盘卡住钢筋管架，可转动导管，使其脱开钢筋骨架后，移到钻孔中心。当导管提升到接头露出孔口以上一定高度，可拆除1节或2节导管（视每节导管长度和工作平台距孔口高度而定）。拆除导管动作要快，拆装一次时间一般不宜超过15min。要防止橡胶垫和工具掉入孔中，要注意安全。已拆下的导管要立即清洗干净，堆放整齐。当砼浇筑面接近设计高程时，应用取样盒等容器直接取样确定砼的顶面位置，保证砼顶面浇筑到桩顶设计高程以上1.0m左右。

4、全回转施工特点

（1）钢套管起到了护壁作用，避免施工过程中出现塌孔等安全隐患，能够有效的确保工程质量及施工安全。

（2）在高速、地铁、建筑物周边等特殊复杂环境下施工，通过套管回转对土体、岩石等进行切削、同时采用液压动力垂直将套管压入，施工过程不产生振动现象，做到对周围地层、环境无扰动。

（3）针对不同的地质情况、特殊工况要求，可以通过采用专用刀头、调整刀头安装密度、安装方式、钻机回转速度、压入速度满足施工工况要求，保证施工安全以及周边环境的安全。

（4）全套管全回转钻机具有良好的垂直度调节性能及钻速、压入压力与扭矩的调整、自动控制性能，可以根据地质情况及周边环境调整施工工艺参数。

（5）施工时可直观地判别土质、岩石特征，便于及时调整施工工艺参数。

（6）成桩质量高，垂直度偏差小，使用套管成孔，孔壁不会坍落，避免了泥浆污染钢筋和进入混凝土的可能性，同时避免了桩身混凝土与土体间形成残存泥浆隔离膜（泥皮）的弊病。清孔彻底，孔底残渣少，提高了桩的承载力。

结论：综上所述，通过全回转全套管在本项目应用，该方法具有成桩垂直度高、无塌孔、入岩效率高、可穿过孤石与灰岩等、充盈系数小、操作安全可靠、环保效果好；施工质量远高于其它方法，该工艺能较好地解决在岩溶地区泥浆护壁不适用、斜岩面的处理及垂直度较难控制、溶洞中的卡钻掉钻等事故频发等问题；防止了因塌孔、砂层因空腔溶洞存在导致出现土体流失、地面塌陷等事故；施工效率高，在文明施工、成本控制上具有突出优性，解决了岩溶地区成孔的难题，提供了一种创新的施工工艺。确保施工项目按期完成，充分发挥全套管全回转施工法安全性高、适用范围广、风险小、节能环保等优势。

参考文献：

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