常 炜 袁名旺

(中交二公局三公司，陕西 西安 710016)

0 引言

随着为满足人民日益增长的美好生活需要，各大城市的公共交通工程建设日新月异，地铁交通在各大城市发挥不可替代的作用，随着交通建设行业逐渐由“工程质量”向“品质工程”追求，对地铁建设的要求越来越苛严，围护桩作为地铁车站的基础措施工程，其施工快慢与施工质量对车站整体进度影响很大，同时还影响车站基坑开挖的安全。地铁车站围护桩的施工进度与质量越来越被关注。地铁车站围护桩施工进度问题，泥浆处理问题以及桩基施工效率问题日益成了亟待解决的问题。

1 盐田港车站工程概况

1.1 盐田港车站概况

深圳市城市轨道交通8号线工程盐田港站位于深圳市盐田区，车站为岛式车站。车站采用双层单柱双跨箱型结构，局部为双层双柱三跨结构。车站长约309 m。车站的基坑支护方案采取“长短相间(一长一短)灌注桩+内支撑”的支护形式，基坑深度为16.5 m～17.5 m，围护桩采用φ1 000@1 200钻孔灌注桩，桩间φ600旋喷桩止水。

车站原始地貌为海冲积平原，地表已被填挖成深盐路，地势较平坦，地面高程一般在3.76 m～4.51 m之间。站内分布有人工素填土、填碎石、填块石、卵石、粉质粘土、全风化凝灰岩、砂土状强风化凝灰岩、块状强风化凝灰岩、中等风化凝灰岩和微风化凝灰岩等，基岩风化程度不均，且岩面起伏大，地面以下5 m～13 m入岩，其中微风化地层单轴抗压强度为70 MPa～120 MPa，根据强度分类属于坚硬岩。施工前期采用冲击锤+旋挖钻施工，由于周边建筑多、地质复杂、基岩岩面高、强度高，施工效率慢、成孔周期长、成孔垂直度差、安全风险性高。为了解决冲击钻与旋挖钻施工的系列问题，项目引进了SWSD全套筒跟进式螺旋钻机。采用旋挖钻+SWSD全套筒跟进式螺旋钻机施工。SWSD全套筒跟进式螺旋钻机成孔周期短，保证潜孔锤头垂直，成孔质量好、精度高、安全风险性低、凿岩效果好，特别是强度高的硬岩施工功效高。

1.2 SWSD多功能钻机介绍

SWSD双动力头螺旋潜孔锤钻机主要由履带行走系统、柴油动力供应系统、液压动力传动系统、空压机组、供风管路、桩架、套管螺旋钻具及套管潜孔锤组成。

SWSD双动力头螺旋潜孔锤钻机有两个动力头，两个动力头可以分别向上和向下运动，分别驱动内侧钻杆、潜孔垂和外侧套筒逆向旋转钻孔；两个动力头全部液压驱动，动力头动力性能优异，功率大、扭矩大；螺旋钻杆和潜孔锤头与外侧套管组合成复合式钻具，在土层钻进时由外侧套管护壁，潜孔锤在液压动力驱动下进行钻进，在空气压力作用下渣土沿螺旋钻杆连续排出。螺旋整体刚性大，潜孔锤带风压钻进钻削能力大。钻机采用微电脑控制系统，液压驱动，成孔精度高，施工速度快，外套管与潜孔锤配置高压风，SWSD双动力头螺旋潜孔锤在合适长度的套管与风压下工作，能在各种土层、卵石层、漂石层及坚硬岩层等地质条件下快速高效钻孔成桩。

2 SWSD施工方法

2.1 工艺流程

施工场地准备→钻机进场验收→安全技术准备→测量放样→钻机就位→冲孔及排渣→终孔标高检查→清孔检查孔底沉渣→钢筋笼加工→钢筋笼安装→安装导管→灌注水下混凝土→拔出套筒→桩基检测。

2.2 施工准备

现场准备：地铁施工场地狭小，安全文明施工要求高，在施工前项目对围护桩施工场地布置、交通疏解进行周密策划，施工前地质雷达扫描、挖探等方式查明地下管线，对施工范围内的地下、地面以及空中的各种暗埋以及架空电力线缆、通讯线路、燃气、污水、雨水等各种障碍物进行清理，以免施工过程中触碰损伤影响居民生产生活。

机械准备：在施工前进场SWSD双动力头螺旋潜孔锤钻机及附属空压机组，现场拼装钻机、检查并试运，对机械施工前进行验收，取得监理施工许可。SWSD双动力头螺旋潜孔锤体积大、机械设备配套设备多，在施工前提前购置容易损坏的零配件，以备不时之需，以免影响钻机正常施工。

安全技术准备：为了保证围护桩施工过程中施工安全与质量，快速推进工程进度，在施工前组织现场管理人员学习施工图纸、技术规范，对施工操作人员进行安全技术交底，做到应知应会，熟悉施工工艺流程、了解现场安全管理要点、掌握机械设备操作要领，经考核合格后持证上岗。

测量放样：项目在施工前对平面控制网高程控制网进行联测，测量成果上报监理工程师批复。测量人员对围护桩坐标、高程进行复核无误后开始放样，放样误差控制在规范允许范围内，在桩位打木桩，在木桩上打圆钉定出围护桩桩位。放出桩位后，工人采用4根1.5 m的短钢筋以骑马桩的形式作为护桩，打入地面以下至少0.5 m，用水泥混凝土或砂浆将护桩固定，防止任何扰动。

2.3 施工方法

套管制作与安装。在施工前施工技术人员要全面掌握围护桩位置的地质情况，根据地质图查出围护桩硬岩顶面高程，计算套筒的长度，确保套筒长度不小于土层及软岩厚度，确保套筒嵌入岩层20 cm～30 cm。套管采用1 cm厚钢板卷制而成，直径较桩基直径大5 cm左右，长度保证嵌岩深度不小于20 cm控制，在套管底部均匀焊引脚以利于套筒切入岩层中，在套管上部焊接套管卡块以及吊装穿钢丝绳的卡孔。在钻机就位前将套管安装在套管动力头下端。在动力头位置挂连接钢丝绳，用卡口穿过套管顶部将套管通过钢丝绳与套筒动力头连接，启动套管动力头向上提升，将套管立于地面，缓慢向下移动套管动力头，将钢套管顶部的卡块对准套管动力头下端的套管插座接口并插入，针旋转套管动力头钢套管卡块卡入套管插座的卡槽内，完成套管安装。

钻机就位。启动钻机行使系统，将钻机挪到围护桩位置，通过微电脑控制系统将套管中心与所放桩位中心处于同一垂线上，通过护桩复核无误后启动套管动力头向下移动，利用钻机微电脑控制钻机钻架的垂直度，以保证桩基的垂直度。

冲孔排渣。钻机就位后，首先带管钻进，当套管进入岩层后潜孔锤在岩层中钻进成孔。先启动钻杆动力头，钻杆动力头带动钻杆顺时针方向旋转，带动潜孔锤做顺时针方向旋转；同时启动空压机，向潜孔锤提供不小于2.5 MPa的高压空气，潜孔锤向地层钻进。与此同时启动套管动力头向逆时针方向旋转，钢套管切入土层直至进入硬岩与潜孔锤同步跟进成孔，当套管切入硬岩20 cm～30 cm时关闭套管动力头，钻杆动力头继续驱动潜孔锤在岩层中冲击切削岩层，高压空气沿螺旋钻杆将渣土带出，完成桩基钻进。注意在土层内控制钻杆动力头缓慢冲击，进入土层一定深度后方可匀速推进，进入岩层后再加大冲击力。当渣土输送不畅时可以提起钻杆进行排渣。钻进过程中需要保证钻头齿轮与岩棉密贴，有利于传递冲击器的冲击功，提高钻孔效率。压力控制在90 kg/cm左右；不能过大也不能过小，过小影响冲孔效率，过大损坏钻头。同时潜孔锤钻进时转速与冲击器的冲击频率和岩石相匹配。钻进过程中空压机提供的风量，既要满足冲击器的要求风量，保证冲击器正常工作；同时还要保证风力能将孔底渣土和岩屑吹出地表。开孔时采用小风量，然后逐渐慢慢增加风量并密切注意地表变化，防止因风量过大造成塌孔，同时关注排渣情况避免因风力过小造成排渣困难。一般情况可采取以下公式粗略计算所需风量：

Q=47×K1K2(D2～d2)V。

式中：Q——钻进时所需空气量，m3/min；

K1——孔深修正系数，1～1.1；

K2——孔内涌水系数，1～1.5；

D——钻孔直径，mm；

d——钻杆外径，mm；

V——环状间隙气流上返速度，15 m/s～25 m/s。

终孔与清孔。冲孔达到设计标高后再加深5 cm～10 cm到达终孔标高，技术人员检测符合终孔条件后开始清孔。采用高压空气将孔底沉渣沿螺旋钻杆吹出，停钻吹3 min～5 min可以达到沉渣厚度小于5 cm的要求，经检测达不到清渣效果时需要重新清理，同时加大气压与清理时间，达到清孔效果为止。

钢筋笼的制作与安装。由于本地铁车站围护桩桩长在22 m以内，钢筋笼在钢筋加工厂集中加工整体吊装。钢筋笼需要进行对中后再固定牢靠，以免影响桩基侵入主体结构。

水下混凝土灌注。钢筋笼安装后，安装导管，导管距离孔底30 cm～40 cm。灌注水下混凝土满足首灌混凝土的量使导管埋深不小于1 m，灌注过程中不允许中断，拆除导管控制导管埋置深度在2 m～6 m的要求。

吊拔套管。在桩基灌注完成后在1 h内开始用振锤边振动边吊拔套管，吊拔速度小于0.5 m/min。

3 结语

SWSD双动力头螺旋潜孔锤钻机在地铁车站围护桩施工中体现了快速、高效、高质、无泥浆的优点。在施工过程中也发现该钻机的局限性，钻机本身塔架高，钻机底盘宽度大，打开支腿占地较大，施工需要搭载四台以上空压机组方能运行，同时桩基直径也受到一定的制约。对于类似地质条件的围护桩有一定的借鉴价值。