马来西亚吉隆坡MRT二期全套管全回转钻机咬合桩施工

蔡磊

中铁东方国际集团有限公司北京100000

摘要：马来西亚MRT二期工程southportal车站周边交通情况复杂、场地条件受限、地质条件多变，项目深基坑围护结构采用了钻孔咬合桩形式，运用全套管全回转钻机工艺进行施工，旋挖钻+全回转和冲抓+全回转的两种方式进行咬合桩施工，有效加快了施工进度，并取得了良好的经济效益和社会效果。

关键词：全套管全回转钻孔咬合桩施工

1．项目概况

MRT项目是马来西亚政府“第十个马来西亚计划”重点项目之一，是发展“大吉隆坡”的主要项目，MRT二期线路全长52.2km，共36座车站，其中38.7km为双线高架桥梁，25座车站，13.5km为地下双线隧道，11座地下车站，1处车辆段。

southportal车站是此项目中一个关键的标段，主体结构全长218.1m，开挖深度12m，宽度32m。围护结构采用钻孔咬合桩结构。钻孔咬合桩布置形式为Φ1480&Φ1180和Φ1180&Φ880咬合桩，素桩（第一批）桩深度约20m，钢筋桩（第二批）桩深40-60m，素桩和钢筋桩交替布置，桩顶设通长1580mm（W）*1600mm（H）冠梁。

本项目特点如下：

1.1.项目紧临高速公路，最近距离只有2m，施工难度大，环境保护要求高；

1.2．场地分高桩部分和低桩部分，高差最大有7m，无场地停放大型设备；

1.3.场地非常狭窄，通行道路只有5m宽，只允许一台大型设备通过，还涉及到外部车辆通行，对环境要求高；

1.4.地下水位较高，位于地面下1.4m-2m，随地势升降分布；

1.5.地质条件复杂，以残积土、肯尼山土层为主，且含沙量大；岩层为石灰岩，裂隙发育，溶洞数量较多；

1.6.政府对项目施工安全、质量、环境等要求非常严格。

项目平面图如下图1所示。

2.全套管全回转钻机工艺原理及施工特点

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、可以驱动套管做360度回转的的新型钻机，压入套管和挖掘同时进行，具有新型、高效、环保的特点，在城市地铁、深基坑围护、高铁、桥梁施工等项目中得到广泛的应用。

全套管全回转钻机施工工艺原理为:利用全套管全回转钻机的回转装置的回转使钢套管与土层间的摩阻力大大减少，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，直至套管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，并确认桩端持力层，然后清除虚土。成孔后将钢筋笼放入，接着将导管竖立在套管中心，最后灌注混凝土成桩。

2.1.全套管全回转钻机施工与常规施工方法对比的优势

（1）避免了采用超缓凝混凝土咬合桩工艺在完成切割咬合时，容易产生相邻孔混凝土管涌现象的发生而造成质量事故，同时由于采用了常规混凝土，降低了对混凝土的要求，节约了成本；

（2）由于采用硬切割工艺，允许混凝土素桩强度正常发展，无需依赖缓凝剂控制混凝土强度，并且不会出现由于单桩成桩时间过长（超过超缓凝剂能够控制的混凝土凝结时间），素桩混凝土强度过高导致无法进行钢筋混凝土桩咬合施工的弊病；

（3）不使用泥浆，作业面干净，可避免泥浆进入混凝土中的可能性，成桩质量高，有利于提高混凝土对钢筋的握裹力；

（4）当遇到较坚硬的大面积地下障碍物时，全回转钻机成桩的过程中可以直接清除地下岩层及障碍物，达到一次成桩；

（5）钻进深度大，根据地层情况，最深可达到120m以上；

（6）成孔垂直度便于掌握，垂直度可以精确到1/500；

（7）全回转的跟管钻进方法，有效的防止孔内流沙、涌泥，不易产生塌孔现象，成孔质量高；

（8）成孔直径标准，充盈系数小，与其它成孔方法相比，可节约大量混凝土用量；

(9)清孔彻底，速度快，孔底钻渣可清至30mm左右。

（10）对沉降及变位容易控制，能够紧邻相近的建筑物，地下管线施工。

2.2.常用围护结构技术经济性比较

根据以上资料的分析，结合本项目的实际特点，水泥搅拌桩施工占地面积较大，结构刚度较小，并且桩体按照设计是需要作为永久结构的一部分，不满项目的施工需求；SMW工法桩施工工艺复杂，施工的结构只能作为临时结构，不满足项目的实际需求；钻孔灌注桩对施工占地面积要求大，且泥浆对高速公路及场地内道路通行环境影响大；地下连续墙对施工场地要求高，施工占地面积大，施工工艺复杂，泥浆对环境的影响大，成本费用高，不满足项目的需求；全套管全回转咬合桩对施工场地要求低、施工灵活、无泥浆、场地占地面积小、施工质量好、全护筒施工，可以防止塌孔和漏浆，成本费用一般，适合此项目的施工。

经过综合比选，本项目确定采用全套管全回转钻进工艺进行钻孔咬合桩的施工。

3.全套管全回转钻孔咬合桩施工工艺及措施

全套管全回转钻孔咬合桩是采用全套管全回转钻机钻孔施工，在桩与桩之间形成相互咬合排列的一种基坑支护结构，本工程钻孔咬合桩分两序施工，一序桩（A桩）为素混凝土桩，二序桩（B桩）为钢筋混凝土桩，A、B桩间隔布置，施工时先施工A桩后施工B桩，待A桩混凝土达到一定强度后用全套管全回转钻机切割掉相邻A桩相交部分的混凝土实现咬合成孔，然后下放钢筋笼浇灌混凝土形成咬合桩。本项目总的原则是先施工A桩（素混凝土桩），再施工B桩（钢筋混凝土桩），流程如下图所示：A1→A2→B1→A3→B2→A4→B3→A5→An→Bn-1，无需A桩使用超缓凝混凝，现场的工序可根据实际情况调整（图2）。

图2A、B桩施工工序

A序列素混凝土桩施工：平整场地→测设桩位→施工咬合桩导墙→全回转就位对中→吊安第一节底节套管→控测垂直度和偏位→压入第一节套管→校核偏位和垂直度→抓斗（旋挖钻）取土，套管跟进→测量孔深→清除虚土，检查孔深→验孔→放入混凝导管→灌注混凝土逐次拔套管，拔导管→测定桩顶混凝土面→全回转套管移位

B序列钢筋混凝土桩施工：检测桩位→全回转就位对中→吊安第一节底节套管→控测垂直度和偏位→压入第一节套管→校核偏位和垂直度→抓斗（旋挖钻）取土，套管跟进→测量孔深→清除虚土，检查孔深→验孔→下放钢筋笼就位→放入混凝导管→灌注混凝土逐次拔套管，拔导管→测定桩顶混凝土面→全回转套管移位

3.1.导墙施工

因本项目使用的全回转是盾安重工的DTR2005H型设备，设备重39吨，再加上套管本身的重量，重量近50吨，为了能够给全回转提供作业平台，承受全回转设备在压、拔、扭动套管的巨大作用力，并有效地承受设备及套管的重量而不变形，提高孔口的定位精度及套管的导向作用，设置钢筋混凝土导墙，导墙上定位孔的直径D宜比桩径d大10～20mm（图3），钻机就位后，将第一节套管插入定位孔并检查调整，使套管周围与定位孔之间的空隙保持均匀。导墙设计如下：

3.2.桩体垂直度的控制调整

为了保证钻孔咬合桩底部有足够厚度的咬合量，除对其孔口定位误差严格控制外，还应对其垂直度进行严格的控制，成孔过程中要控制好桩的垂直度，必须抓好以下三个环节的工作：

（1）套管的顺直度检查和校正

钻孔咬合桩施工前在平整地面上进行套管顺直度的自检和校正，首先检查和校正单节套管的顺直度，然后将按照桩长配置的套管连接起来进行整根套管的顺直度检查，偏差尽量小于10mm。检测方法：于地面上测放出两条相互平行的直线，将套管置于两条直线之间，然后用线锤和直尺进行检测。

（2）成孔过程中桩的垂直度监测和检查

地面监测：在地面选择两个相互垂直的方向采用线锤临测地面以上部分的套管的垂直度，发观偏差随时纠正。这项检测在每根桩的成孔过程中应自始自终坚持，不能中断；

（3）纠偏

成孔过程中如发现垂直度偏差过大，必须及时进行纠偏调整，纠偏的常用方法有以下三种：

利用钻机油缸进行纠偏：如果偏差不大于或套管入土不深(5m以下)，可直接利用钻机的两个顶升油缸和两个推拉油缸调节套管的垂直度，即可达到纠偏的目的。

A桩纠偏：如果A桩在入土5m以下发生较大偏移，可先利用钻机油缸直接纠偏，如达不到要求，可向套管内填砂或粘土，一边填土一边拔起套管，直至将套管提升到上一次检查合格的地方，然后调直套管，检查其垂直度合格后再重新下压。

B桩纠偏：B桩的纠偏方法与A桩基本相同，其不同之处是不能向套管内填土而应填入与A桩相同的砼，否则有可能在桩间留下土夹层，从而影响排桩的防水效果。

3.3.取土方式和取土速率的控制

本项目采用机械抓斗配合全回转钻机取土成桩和旋挖钻配合全回转取土成桩。

采用冲抓配合取土施工的特点:自动化程度高，对于高坡处的桩基、角落的桩基、不能提供足够施工场地的区域、临近高速公路边的桩基等比较适合此种工艺。

采用旋挖钻机配合取土施工的特点：施工机械化程度高、取土速度快、成桩效率明显高于机械抓斗。需要注意的是旋挖钻杆需选取短节钻杆，桅杆选取底节可拆卸式，施工时便于取土，还可预制万能式的基座，以便提高旋挖的取土高度。

不管冲抓取土还是旋挖钻机取土，应保持孔内余留一定的土层，不小于2D（D为套管桩径），使孔内留足一定厚度的反压土层，防止超前取土，管底土方坍塌或沙土反冒，造成混凝土超方、地面坍塌或管涌等现象发生。

3.4.混凝土浇筑

因为本项目采用全套管的施工工艺，部分桩孔内无水或孔内有少量水，如孔内有水时需采用水下混凝土灌注法施工，如孔内无水时则采用干孔灌注法施工，先将混凝土倒入集料斗中，然后用吊机吊到孔口，倒入导管上部的贮料斗中，按照浇筑工艺规范要求，进行浇筑，如此直至将混凝土灌至桩顶标高。

浇筑B桩时宜用缓凝时间稍长的混凝土，6-10小时为宜。

若混凝土缓凝性能不稳定或未能提供缓凝混凝土，需要注意的是灌注的连续性，常规情况下，浇筑混凝土时套管内温度比外面常温高10-20摄氏度，若因为现场原因、搅拌站原因或交通原因，未能及时连续浇筑，很容易将套管凝结到混凝土中，一般采取的措施如下：

（1）混凝土耽误时间不长的情况下，需要相隔一段时间（20分钟左右）转动套管，以免套管与混凝土凝结；

（2）若混凝土时间长时间不来，已经确定套管和混凝土会凝结，需要迅速采取措施，拔出导管，提出钢筋笼，拔出套管至混凝土面，重新钻到孔底，按照施工流程重新施工；

（3）若套管已经不能上拔，有可能是套管底部挂住钢筋笼或混凝土已经初凝，需要迅速采取措施，拔出钢筋笼，可以使用旋挖钻机螺旋钻头配合；拔出钢筋笼和套管后，检查混凝土凝固情况，处于初凝状态时，可以用挖机挖斗敲击套管，使混凝凝土松散或直接脱落，避免后期人工处理套管内混凝土费时费工。

3.5.单桩施工时施工场地处理

单桩施工时，很多时候考虑项目成本未硬化基础，地基承载力薄弱不能够满足全回转的施工，容易在施工的过程中造成地基下陷或设备倾斜，无法正常进行施工，需要在全回转设备就位前处理好场地，铺钢板或硬化场地的方式进行处理，提高工效。

3.6.套管的长度合理配置

因旋挖钻机设备的提升高度有限，需要在套管的配置的时候进行合理的配置，一般以1m、3m、6m、8m各种长度的套管配置为宜。

3.7.素桩的施工

若素桩设计长度比较短的情况下，可以用旋挖钻机花管直接驱动套管下放成孔，提高项目的进度。

4．结语

本项目使用的全套管全回转钻机咬合桩的施工方法，有效的克服了本项目的地质不良、场地不良、溶洞、沙土地层等不良条件，其他类似标段类似条件下，施工一根桩需要15天时间，使用本套工艺后2.5天一根桩，项目预计总成本是8000万人民币，使用本套工艺后，节省成本约800万人民币，成桩速度和成桩质量受到了业主及其他相关单位的高度赞誉。

对于以后一些特殊地形、特殊地质条件，对施工要求高的一些项目具有一定的借鉴意义。

参考文献：

1.盾安重工全回转钻机咬合桩施工工法；

2.沈保全.全套管冲抓取土灌注桩施工工法，工程机械与维修，2015（04）增刊；