浅谈大直径全套筒全回转钻机灌注桩施工工艺

杨全保，缪 敏（安徽远信工程项目管理有限公司， 安徽 合肥 230008）

1 项目概况

由舒城县重点工程处负责实施建设的舒城县人民医院新东区扩建项目（以下简称“本项目”）首次使用了全套筒全回转钻机施工技术进行大直径桩基施工。本项目位于华山路与桃溪东路交叉口，原县医院东侧，总占地面积约85 173.76 m2，设计总建筑面积约211 413.17 m2，其中地上建筑面积约141 795.27 m2，地下人防、地下车库等配套工程建筑面积约69 617.90 m2，包括内科病房楼、外科病房楼、食堂及科教楼、门诊医技楼、附属用房、天桥及室外景观道排配套工程等主要建筑。项目工期1 100日历天，总投资约10亿元。项目由中安华力建设集团有限公司中标建设，安徽远信工程项目管理有限公司实施监理，是舒城县目前单体造价最高、工程桩径最大的建设项目。

本项目的工程桩设计为钢套筒护壁干作业机械旋挖成孔灌注桩，拟采用钢护筒护壁干作业旋挖机成孔。本项目共有工程桩165根，成孔灌注桩直径分别为1 400 mm、1 600 mm、1 800 mm和2 000 mm，混凝土采用C30（建议试桩混凝土标号用C35），有效桩长不得小于30 m，入岩深度≥1 m（详情如表1所示）。桩端持力层为第⑨层中风化泥质砂岩，场内地下水丰富，地质条件差，地质结构复杂且为端承桩。场地地形、地貌拟建场的地质情况如下。

①层杂填土（Qml）：灰褐色，以黏性土为主，表层含大量植物根茎，局部含砾石和生活垃圾；场区普遍分布，厚0.50 m～6.00 m，层底标高12.46 m～20.09 m，层底埋深0.50 m～6.00 m。

②层粉质黏土（Q4al＋pl）：黄褐色，硬塑，含少许氧化铁、高岭土及铁锰结核，断面光滑且有油脂光泽，无摇振反应，干强度高，韧性高；厚0.50 m～2.50 m，层底标高15.54 m～18.33 m，层底埋深2.00 m～6.50 m。

③层黏土（Q4al＋pl）：黄褐色，硬塑，含少许氧化铁、高岭土及铁锰结核，断面光滑且有油脂光泽，无摇振反应，干强度高，韧性高；厚1.00 m～5.50 m，层底标高12.26 m～16.76 m，层底埋深1.80 m～8.50 m。

④层黏土（Q3al＋pl）：褐黄色，硬塑～坚硬，含少许氧化铁、高岭土及铁锰结核，断面光滑且有油脂光泽，无摇振反应，干强度高，韧性高；厚1.40 m～6.00 m，层底标高9.02 m～12.00 m，层底埋深1.50 m～12.00 m。

⑤层粉细砂夹砾石（Q3al＋pl）：灰黄、褐黄色，中密～密实，含石英、云母等矿物质，砾石含量约为20%，粒径约1 cm～2 cm，砾石磨圆度一般；厚1.10 m～3.30 m，层底标高6.92 m～10.30 m，层底埋深1.20 m～14.40 m。

⑥层中粗砂夹砾石（Q3al＋pl）：灰黄、褐黄色，中密～密实，含石英、云母等矿物质，砾石含量约为40%，粒径约2 cm～4 cm，砾石磨圆度不等；厚2.60 m～6.80 m，层底标高2.05 m～3.99 m，层底埋深2.60 m～19.10 m。

⑦层粉质黏土夹砂、砾石（Q3al＋pl）：灰黄、黄色，密实，含少量云母片，中粗砂含量约为30%，砾石含量约为20%，粒径约2 cm～4 cm，磨圆度不等。厚7.30 m～16.30 m，层底标高－12.98 m～－4.64 m，层底埋深15.00 m～34.90 m。

⑧层强风化泥质砂岩（Q3al＋pl）：棕红色，局部风化成土状，原岩风化呈砂土状，偶见碎岩屑，含长石、云母，浸水易散，手可捏碎、泥质胶结，胶结较差，钻进进尺快；厚1.10 m～3.20 m，层底标高－15.88 m～－12.54 m，层底埋深31.80 m～38.10 m。

⑨层中风化泥质砂岩（Q3al＋pl）：棕红色，碎屑结构，节理裂隙较发育，泥质胶结，岩芯多呈长柱状，主要矿物成分为石英、长石等，敲击易碎，遇水易软化崩解，为极软岩，岩体完整程度为较破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。该层未穿透。

楼 号 桩 型 地面标高/m设计＋0/m设计桩长/m根 数小计/根承载力特征值/（kN·m-2） 持力层科教楼直径1 400 mm 约14.0 19.6 ≥30 13 38 12 000 入⑨层中风化泥质砂岩≥1.0 m直径1 600 mm 约14.0 19.6 ≥30 17 16 000 入⑨层中风化泥质砂岩≥1.0 m直径1 800 mm 约14.0 19.6 ≥30 4 18 500 入⑨层中风化泥质砂岩≥1.0 m直径2 000 mm 约14.0 19.6 ≥30 4 23 400 入⑨层中风化泥质砂岩≥1.0 m内科病房直径1 400 mm 约14.0 19.6 约30～32 10 63 7 000/12 000 入⑨层中风化泥质砂岩≥1.0 m直径1 600 mm 约14.0 19.6 约30～32 22 8 700/16 000 入⑨层中风化泥质砂岩≥1.0 m直径1 800 mm 约14.0 19.6 约30～32 22 18 500 入⑨层中风化泥质砂岩≥1.0 m直径2 000 mm 约14.0 19.6 约30～32 9 21 000 入⑨层中风化泥质砂岩≥1.0 m外科医院直径1 400 mm 约14.0 19.6 约30～32 10 64 7 000/12 000 入⑨层中风化泥质砂岩≥1.0 m直径1 600 mm 约14.0 19.6 约30～32 23 8 700/16 000 入⑨层中风化泥质砂岩≥1.0 m直径1 800 mm 约14.0 19.6 约30～32 22 18 500 入⑨层中风化泥质砂岩≥1.0 m直径2 000 mm 约14.0 19.6 约30～32 9 21 000 入⑨层中风化泥质砂岩≥1.0 m合 计 — — — — —165 — —

在桩基施工初期，安徽远信工程项目管理有限公司舒城县医院新东区扩建项目监理团队经研判并充分论证后认为，传统的旋挖桩机无法保证成桩的质量，因桩径较大易造成护筒无法跟进，易产生塌孔，离析、夹渣等质量隐患。在安徽远信工程项目管理有限公司研发团队的大力指导下，经过充分的市场调研，中安华力建设集团有限公司选择了技术最优、施工最快、质量最保险的全套筒全回转钻机进行施工。

2 全套筒全回转钻机简介

全套筒全回转钻机是集全液压动力和传动、机电液联合控制于一体、可以驱动套筒做360°回转的新型钻机，压入套筒和挖掘同时进行，具有新型、高效、环保的钻进技术，近年来在城市地铁、深基坑围护咬合桩、高铁、道桥等项目中广泛应用。该工艺适用于卵、石多，地下水丰富，结构复杂的地质地貌。

2.1 机械配置

主要设备及构件如下。（1）全回转钻机：成孔。（2）钢套筒：护壁。（3）动力站：提供全回转主机动力。（4）反力叉：提供反力，防止全回转转动中使主机移位。（5）操作室：操作平台，人员操作场所。

辅助设备如下。（1）旋挖钻机或冲抓：取土，入岩，清孔。（2）顶管机：拔管，使全回转形成流水作业。（3）履带机：吊运主机、动力站、反力叉等，给反力叉提供支撑，吊放钢筋笼、混凝土导管，进行冲抓取土等。（4）挖掘机：平整场地，清运渣土等。

2.2 工艺原理

全套筒全回转钻机利用自身回转装置的回转使钢套筒与土层间的摩阻力大大减少这一特点，边回转边压入，同时利用冲抓斗、冲击锤挖掘取土或旋挖钻取土，直至套筒下到桩端持力层为止。挖掘完毕后立即进行挖掘深度的测定，并确定桩端持力层，然后清除虚土。成孔后将钢筋笼放入，接着将导筒竖立在钻孔中心，最后灌注混凝土成桩。

2.3 工艺合理性

本项目地质勘查报告显示为粉质黏土夹砂、砾石层，如采用泥浆护壁施工工艺，可能会受施工场地限制或导致泥浆横流污染环境；如采用冲孔施工工艺会造成噪声污染；经过对多种施工工艺的比较与筛选，最终选定了最先进的全回转全套筒施工工艺。

2.4 工艺流程

（1）施工准备。开始施工前，需要使用机械对施工场地进行平整，同时，由于钻机设备较大且辅助设备、材料较多，进行施工准备工作时需考虑地基强度因素及钢筋笼吊装、渣土转运、桩基混凝土灌注等多项工作所需要的施工通道和作业平面。

（2）测量定位。专业测量人员按照图纸设计坐标、高程等数据使用GPS或全站仪进行定位放样，放样完毕后，沿桩中心拉十字线并做好护桩标记。

（3）移机就位。吊放全回转地盘，地盘中心要和桩中心点重合，再吊放安装主机和其他配件。

（4）调整水平及垂直度。调整机器水平并保证四个支撑油缸均匀受力，在回转钻进的过程中，在X、Y两个方向调整套筒垂直度。

（5）钻进取土及清底。钻进过程中，利用吊机沿套筒内壁释放冲抓斗至孔底实现冲抓取土，或利用旋挖钻机进行取土。

（6）桩基钢筋笼采用滚轮机械进行机械化加工制作，制作好后悬挂混凝土保护层垫块，完成自检后报请监理部验收。

（7）测量孔深，与设计图纸进行比对，达到深度后取出孔底岩样，与勘察设计要求岩样进行比对，看是否达到持力层，检测沉渣厚度，最后进行清孔（分两次清孔：一次为终孔后清孔，一次为混凝土浇筑前清孔）。

（8）将制作好的钢筋笼吊入套筒内，并调整好位置和垂直度，最后按要求临时固定牢固。

（9）在两段钢筋笼接头处进行钢筋焊接，缠绕螺旋箍筋并且与钢筋笼主筋点焊牢固，并检查焊接质量。钢筋笼焊接时的注意事项如下：较短的桩基钢筋笼适合整体制作，应一次性吊装成功，对孔深较大的桩基来说，应该现场焊接的钢筋笼，其分段长度不应少于15 m，以降低现场焊接工作量；一定要使用钢筋笼滚焊机制作钢筋笼，以确保钢筋笼的钢筋间距和平直度；分段制作的钢筋笼，在主筋搭接焊时，钢筋应进行预弯，在同一截面的钢筋接头不应超过主筋总数的50%，两个接头的间距不小于500 mm，主筋焊接采用单面焊，焊接长度为10d；箍筋采用双面焊，焊接长度为5d，接头焊接只可以上下迭接，不能径向搭接，螺旋箍筋和主筋的链接采用点焊方式；在运输中应对钢筋笼进行加固和固定，以确保钢筋笼不变形；钢筋笼就位以后，应控制下孔速度，以防止受撞变形。

（10）安装导管，浇筑混凝土，混凝土浇筑到一定高度后，提升导管并拔出一段套筒，多次循环直至混凝土灌注完成。水下混凝土灌注施工控制要点如下：采用Φ250 mm导管，其长度由孔深确定，导管下口应距孔底不小于1 m且不宜大于3 m，确保有足够的冲击能量能够把桩底沉渣尽可能地冲开，这是控制桩底沉渣、减少工后沉降的重要环节；灌注开始后，应紧凑连续地进行，严禁中途停工；在灌注过程中，应防止混凝土拌和物从漏斗顶溢出或从漏斗外掉入孔底，使泥浆内含有水泥而变稠凝结，致使测探不准确，应注意观察管内混凝土下降及孔内水位升降情况，及时测量孔内混凝土面高度，正确指挥导管的提升和拆除；导管的埋置深度应控制在2 m～6 m之间。同时应经常测探孔内混凝土面的位置，及时调整导管埋深；为确保桩顶质量，在桩顶设计标高上应加灌50 cm以上；钢筋笼安装完毕后，进行混凝土浇筑，混凝土浇筑到一定高度后，起拔套管，拔套管使用全回转主机进行起拔；混凝土浇筑施工时的应急情形和技术措施。

（11）桩基混凝土塌落度检查及按照要求试块留置。每根桩制作试块一组，试块上编上桩号及日期，到龄期后进行检测。

3 工艺优点

全套筒全回转钻机施工具有以下优点：

（1）适用于特殊场地和复杂地质的桩施工，无噪声、无振动，安全性能高；

（2）不使用泥浆，作业面干净，能够避免泥浆进入混凝土中，成桩质量高，沉渣较少；

（3）施工时能够很直观地判别地层及岩层特性；

（4）钻进速度快，一般土层钻进速度可达14 m/h左右，工作效率高；

（5）钻进深度大，深度可达80 m～120 m；

（6）成孔垂直度便于掌握，垂直度可精确到1/500；

（7）不易塌孔，成孔质量高，清孔干净；

（8）成孔直径标准，充盈系数小，与其他成孔方法相比，可节约大量混凝土用量。

4 取得成效

使用全套筒全回转钻机施工工艺，降低了泥浆使用率，从而达到了绿色、环保、节材的效果；该施工工艺减少了塌孔的影响，从而加快了施工进度，也减少了清理塌孔的费用，节约了工程造价；该工艺使用液压原理，能够减少噪声污染，为周边居民生活提供良好的环境；该工艺为全套筒施工，确保了桩身施工的质量和完整性；该工艺受施工环境影响较小，可以在阴雨天进行作业，保证了施工工期。

综上所述，舒城县人民医院新东区扩建项目采用全套筒全回转钻机施工技术，极大节约了工程材料成本，加快了桩基的施工速度，有力保证了成桩的质量，为舒城县工程建设领域进行了创新，也为后续创优创杯奠定了坚实基础。