全套管钻孔法施工技术

尼加提·沙塔尔

(新疆维吾尔自治区交通建设工程招标投标中心)

1 全套管钻机适用范围

全套管钻机适用于各类土质、风化岩层、卵石层及砂土层中采用相应的钻挖技术，完成钻孔桩成孔，但在孤石、泥岩层或软岩层成孔时，成孔效率将明显降低。当地下水位下有厚细砂层(厚度5 m以上)时，由于摇动作业使砂层压密，将造成压进或抽拔套管困难，故应避免在有厚砂层的地层中使用。

2 工艺流程图

全套管钻孔法施工工艺流程图。

全套管钻孔法施工工艺流程图

3 工艺原理介绍

3.1 工艺原理

全套管钻孔法是利用钻机装有液压驱动的抱管、晃管、压入(或拔出)机械，成孔过程中将套管边晃边压，压入土中，同时利用重锤式冲抓斗在钢套管中挖掘取土或砂石，直至钢套管下沉至设计深度，成孔后灌注混凝土的同时，逐节将钢套管拔出并拆除。

3.2 工艺特点

(1)施工无噪音、无振动，钻孔过程中不使用泥浆护壁，避免了泥浆的加工、储存、运输、施工现场洁净清爽，有利于文明施工。

(2)钻孔过程中采用全套管跟进，落锤式冲抓斗挖掘，成桩作业速度快，孔壁不会坍塌，成孔质量高。

(3)钻孔过程中不使用泥浆护壁，避免泥浆污染钢筋和进入混凝土的可能，钢筋周围不会附粘一层泥浆，有利于提高混凝土对钢筋的握裹力，成桩质量高。

(4)成孔速度快，挖掘深度大，成孔垂直度容易控制，垂直度偏差小，可以控制到3‰。

(5)成孔直径标准，扩孔率小，与其他成孔方法比较，节约混凝土，清孔彻底，孔底残渣少，提高了桩的承载力。

(6)套管钻机为自行式，现场移动方便。(7)可做斜度15°以内的斜桩。

4 钻孔前的施工准备

(1)熟悉桩基工程施工图纸，编制桩基施工组织设计或施工方案。

(2)进行施工现场调查，弄清施工场地和邻近区域内的地下管线、地下构筑物等的调查资料。

(3)进行场地平整，对局部松软、淤泥进行换填夯实处理，保证钻机位置处平整、夯实，避免在钻进过程中钻机产生机械倾斜，致使成孔偏心;清除杂物，清除施工范围内的电线、电缆、地下水管及其他障碍物;雨季施工应做好排水措施。

(4)场地平整后进行桩位放样，桩位采用全站仪测设，桩位放出后钉好十字护桩，做好测量校核工作。

5 施工步骤

施工步骤如图所示：

(1)钻机就位后应将钻机水准仪校正找平，成孔机具中心必须与桩中心一致。

(2)压入第一、二节套管必须竖直，这是决定桩孔垂直度的关键。在套管压入过程中，应用经纬仪不断校核垂直度。当套管发生倾斜时应拔出来重新埋设。

(3)根据地质情况，确定套管刃尖与挖掘底面的关系。

全套管钻孔法施工步骤图

6 设备安装与走行

(1)安装要点

①将前车架吊放在一平整坚实的平地上，用专用长高压胶管把前支腿与后车架上的油管连接起来。②主机慢慢地向前车架靠拢，垫块可先用螺栓固定在前车架上，用支腿液压缸调整前车架的高度，对齐前后车架的螺栓孔后，将它们连接起来。③用前支腿液压缸与引拔提升液压缸调整夹卡的高度，使摇动大臂与摇动液压缸相连。④平着吊起立柱，用卡瓦将立柱液压缸与立柱连在一起。立柱顶部落在车后的托架上。⑤用立柱液压缸将立柱顶起竖直，安装斜撑杆。⑥下套管时，斜撑处于后倾斜状态，挖掘时，斜撑处在竖直位置，连接抓斗钢丝绳套，吊起抓斗后便可进行挖掘。

(2)走行

全套管钻机在施工场内短距离走行时可依靠走行装置驱动履带，钻机自行移机就位。MT-150型套管钻机每小时可行走700 m左右。

7 钻孔施工

(1)不同地质地层的开挖方法

①软土地层作业(标贯值N小于5)。对于软弱土层(标贯值N小于5)，应使套管超前下沉，可超出孔内开挖面1.0～1.5 m，使落锤抓斗仅在套管内挖掘取土，这样可以很好地控制孔壁质量及开挖方向。若由于地下水压力使砂粒从孔底向上隆起，可向孔中投入比重较大的黏土以阻止砂土的上翻。②普通土层作业(标贯值N小于6～12)。对于一般土层(标贯值N小于6～12)，开挖时应使套管超前下沉0.3 m左右，这是全套管钻机最标准的开挖的方法。③坚实砂地层作业。对于坚实砂地层，由于在这种地层中套管的下沉式非常困难的，应使用落锤抓斗超前下挖0.2～0.3 m，尤其是对于地下水位以下的坚实砂层，钻进中应将超前挖掘量控制在最小量。④碎石地层作业。对于碎石地层，由于地层中存在碎石，应使用落锤抓斗超前下挖0.3～0.5 m，否则套管下压过程中可能出现套管倾斜，不易控制套管的垂直度。⑤坚硬土层作业。对于坚硬土层，应先利用“十字冲击锤”将硬土层击碎，再利用落锤抓斗将土块挖出孔外。此时也采用抓斗超前下挖的方法，而且超挖深度相对较大，但不宜超过十字锤本身的高度，否则会影响孔壁质量。

(2)钻孔开挖中的操作注意事项

①钻机脚下地基须平整、稳固，一般铺设厚钢板或枕木，以满足地基应力的要求。②开孔下压套管，起始钻进速度宜慢，并反复校正套管，对其垂直度取决开挖后的5～6 m深，否则再深就难以校正。③在掘进过程中应随时检查钻机的水平情况并及时调整。在调整时应特别注意前支腿的操作要求，即抱管装置必须抱紧套管后，才能收前支腿，并在前支腿落实后才能松抱管器，以免造成机身突然向前方倾斜及引起机身的平面移动。④一般情况下，开挖过程中途不允许间断，必须连续开挖。如果由于某一不可避免的原因必须中断开挖时，应继续摇动套管，防止套管外侧土壤因重塑固结而将套管夹紧，给后续施工带来困难。⑤如地下水位以下有超厚的细砂层，特别是层厚超过5 m时，若采用抓斗施工困难的，宜采用高压射水吸泥下沉并辅以套管驱压。⑥如地下有承压水存在时，在承压水段开挖时不能超挖，严格保证孔内水头，特别是在承压水又处于砂层中更应特别注意，否则可能出现孔底涌砂现象。⑦套管起吊时，应使用专用工具吊装，避免损坏套管螺纹。⑧抽拔套管困难或不能拔出的原因、措施和对策见表1。

表1 抽拔套管困难或不能拔出的原因、措施和对策

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［1］高冬光.公路桥涵设计手册［M］.人民交通出版社，2000.

［2］王慧东.桥梁墩台与基础工程［M］.中国铁道出版社，2005.［3］公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2008)［S］.

［4］陈骥.钢结构稳定理论与设计［M］.科学出版社.

［5］公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007)［S］.

［6］公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)［S］.