建筑技术丨旋挖成孔双护筒工艺在临海抛石区灌注桩施工中的应用

1 工程概况

某滨海电厂要在既有码头增加固定式起重机，码头为重力式空心方块结构，起重机下部结构采用桩基墩台形式，墩台为正方形，边长19 m，顶面高程与现有码头面齐平，标高为6.850 m，墩台厚2.8 m，墩台底设200 mm厚素混凝土垫层，墩台下方设置19根 1 400 mm灌注桩，桩位布置平面如图1所示。

图1 桩位平面布置示意

2 地质情况

灌注桩施工区域位于码头胸墙后方抛石区，自上而下依次为填石层、含砂粉质粘土、全风化砂岩、强风化砂岩，其中填石层厚度20.8~25.7 m不等，块石直径大多为20~80 cm，大一些的在100 cm以上。桩顶标高为4.15 m，桩底标高为–60.000 m，单桩总长64.15 m，码头前沿海底标高–6.120 m。

3 施工中遇到的典型问题

考虑到桩基施工区域内抛石层厚度大、块石粒径大等因素，一开始桩基成孔采用了传统的冲击成孔加钢护筒跟进护壁的方案，但在施工过程中发现因钢护筒不能实时跟进护壁，在冲孔过程中多次出现因泥浆漏失导致塌孔，冲孔作业无法进行，严重影响了施工进度。

为此对成孔方案进行了优化，改为旋挖成孔加钢护筒跟进护壁的方案，顺利完成第一根桩的施工，但在进行第二根桩的旋挖成孔穿越抛石层时，在用振动锤振沉护筒过程中遇到大块石，护筒无法跟进，还造成护筒底部卷边，旋挖机只能继续在没有护筒的保护下继续钻进，在钻进到9 m深时塌孔导致钻头被埋，施工再次中断。

4 解决方案

考虑到邻海抛石区大直径灌注桩采用传统冲击成孔双护筒施工技术虽然可部分解决护筒下沉困难和漏浆导致的塌孔问题，但由于仍然存在护筒不能实时跟进护壁的问题，存在塌孔的风险，且施工效率偏低（以桩长56 m为例，其中抛石层厚度15 m，单桩施工用时为22工日）。

为此，针对项目特点探索性提出了旋挖成孔双护筒工艺穿越抛石层，即在旋挖成孔穿越抛石层的过程中，在工程桩永久护筒外再增加一道临时护筒，临时护筒下部带齿类似于筒式环形取芯钻斗，但长度可以根据抛石层的厚度随成孔进度进行接长，这样在钻进的过程中临时护筒同时起到了切削块石和实时跟进护壁的双重作用，彻底解决了传统护筒在成孔过程中无法实时跟进导致的漏浆和塌孔问题。

临时护筒及护筒带齿的底部如图2所示。

图2 临时护筒及护筒带齿的底部

5 施工方案及工效

5.1 施工工艺

旋挖成孔双护筒穿越抛石层施工工艺流程如图3所示。

图3 旋挖成孔双护筒穿越抛石层施工工艺流程

5.2 施工准备

5.2.1 护筒制作

本工程临时护筒和永久护筒均委托工厂外部加工。临时护筒直径1.6 m，壁厚30 mm，临时护筒受旋挖机自身提升高度限制，分段制作，单节长度为3 m。永久护筒直径1.42 m，壁厚8 mm，根据现场吊装、运输机械及施工半径，确定永久护筒单节长度为6 m。永久护筒为本工程灌注桩桩体一部分，永久保留，临时护筒则在钻孔穿越抛石层后拔出重复使用。

5.2.2 设备配备

现场桩基成孔施工使用的主要设备见表1，包括最大钻深100 m的旋挖钻机、55 t履带式起重机、振动锤、挖掘机以及电焊机。

表1 成孔施工使用的主要设备

5.3 施工方法

5.3.1 测放桩位

根据测量控制网通过全站仪测放桩位，并在桩周外侧设4个定位标识，以便在下沉护筒及钻孔过程中随时校正桩位。

5.3.2 安装临时护筒并钻进

旋挖钻机就位后，安装底部带齿的第一节临时护筒慢速钻进，待钻进到一定的深度后更换短螺旋钻头将岩芯破碎，再用斗式钻头将护筒内钻渣清理出来，随着钻进深度的增加及时对临时护筒进行接长（两节临时护筒采用对接后用销钉销牢），直至临时护筒穿越抛石层，最终将护筒内钻渣全部清理出来。

5.3.3 下放永久护筒

临时护筒完全穿越抛石层后就可以下放永久护筒，永久护筒单节长6m，两节间采用焊接接长，如图4所示。

图4 永久护筒焊接

永久护筒在临时护筒内部下放，永久护筒就位后先完成测量校核，然后用履带式起重机配合振动锤进行沉放，沉放过程中严格控制护筒垂直度，防止跑偏，直至穿越抛石层。

5.3.4 拔出临时护筒

永久护筒沉放到位后，就可用旋挖钻机逐节拔出临时护筒，拆解后用履带式起重机将临时护筒吊离桩位。

5.3.5 旋挖成孔

穿越抛石层后，就可参考传统的旋挖成孔工艺，在钻进过程中及时跟进永久护筒，直至到达不透水层，可较好地将海水隔离，同时起到护壁和防止漏浆的作用。

钻孔过程中要根据地质情况控制进尺速度，由硬地层钻到软地层时，可适当加快钻进速度；当软地层变为硬地层时，则要减速慢进，直至钻至设计标高后，更换捞渣钻斗，将沉渣全部清理出来后即完成成孔作业。

5.4 成桩工效

采用旋挖成孔双护筒工艺后，未出现塌孔和漏浆导致施工中断的情况，成桩效率大幅提高，单桩成桩施工用时约5个工日（桩长64.15 m，其中抛石层平均厚度约20 m，成桩速度约每工日12.83 m），成桩速度大约是传统冲击成孔双护筒工艺（桩长56 m，其中抛石层厚度15 m，单桩成桩施工用时为22工日，成桩速度约每工日2.55 m）的5倍。

6 结束语

旋挖成孔双护筒施工工艺较好地解决了邻海抛石区灌注柱成孔施工中遇到的护筒不能实时跟进所导致的漏浆和塌孔问题，与传统的冲击成孔双护筒施工工艺相比，成桩效率大幅提升，可为类似项目的施工提供借鉴和参考。