赵敏聪
（中铁北京工程局集团有限公司，北京 102308）
0.引言
近年来，随着我国西南地区高速铁路建设规模的迅速扩大，喀斯特地貌地区的桥梁基础工程施工技术难题日益突出，如何确保高速铁路岩溶区长大桩基的施工安全、质量及进度，成为西南地区高铁桥梁施工的关键问题。该地区某高铁桥梁长桩施工时利用全套管全回转钻机成孔并辅以其他相关设备配合，形成了一套完整的施工工艺。
1.工程概况
某高铁桥梁钻孔桩均位于岩溶强烈发育地段，溶洞形态为黏土全充填、半充填、无充填，且呈串珠式发育，其中最大设计桩长79m、最大钻孔深度85m，最大单个溶度高度达到54.42m。前期施工采用传统的冲击钻成孔工艺，施工过程多次出现地表塌陷、孔内坍塌、漏浆、卡钻埋钻等情况，多次采用回填黏土片石、回填水泥、跟进钢护筒等措施，由于溶洞处理难度极大最终均未能顺利成孔，桩基工程施工难度及安全质量风险极大。
2.工艺原理
全套管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°回转的新型钻机，压入套管和钻进同时进行，具有新型、高效、环保的特点，可以高效解决特殊环境、复杂岩溶地质条件下的桩基施工难题。
依靠旋挖转、冲抓斗或冲击钻辅助全回转全套管钻机进行桩基钻孔施工[1]，本项目采用旋挖钻辅助全回转全套管钻机的施工设备组合方式(如图1所示），施工原理为利用大型液压动力站带动全回转钻机，钻机夹持壁厚5cm双壁合金钢套管360°旋转压切作业，底节钢套管底端设置压轮或截齿钻头，同时兼备钻头功能，钢套管接长旋入与钻进施工同步进行，旋挖钻随后跟进取芯成孔，成孔后跟进壁厚2cm普通钢护筒并置换拔出钢套管，在钢护筒置换拔出钢套管的同时，采用碎石填充密实钢套管与钢护筒之间环形缝隙，以免造成钻孔桩孔壁扰动，钢套管内径应大于桩径20cm为宜，跟进钢护筒内径与桩径相同即可，成孔过程中钢套管接长均采用履带吊配合人工方式。
图1 全套管全回转钻机
3.工艺特点
相对于传统冲击钻、旋挖钻施工工艺，全套管全回转施工工艺具有成孔工效高、安全风险低、成桩质量有保障、对周边环境干扰小、复杂溶洞处治效果好等特点；同时在全套管全回转钻机成孔后，采用钢护筒将钻机套管置换，钻机套管可重复利用，有效的降低了成本。
4.施工关键技术
4.1 钻机安装
4.1.1 全回转钻机底座就位
作业平台填筑、平整完成后，为防止全回转钻机就位后因平台发生不均匀沉降而发生倾斜，在作业平台满设钢板，根据桩位放样位置，吊装钻机底座就位，利用钻机自带调平系统调整钻机底座顶面保持平面，测量人员对钻机底座中心位置进行复测、根据复测结果调整位置，复核无误后可进行钻机上部机具安装。
4.1.2 全回转钻机就位
全回转钻机底座顶面水平状态、底座中心位置校核无误后，安装全回转钻机[2]，然后利用钻机上的调平系统使钻机中心与孔位中心重合，钻机就位后开始吊装钢套管（如图2所示）。
4.2 钻进施工
4.2.1 钻头配置
钻头采用壁厚50mm钢套管钻头，套管内径一般比设计孔桩直径大200mm，标准节长5m（如图3所示），适当配置短节作为调整节，套管底节钢套管底部端头设置压轮或截齿钻头，同时兼做钻进钻头使用，岩质较软时采用截齿钻头，岩质较硬时采用压轮钻头。
图3 全回转钻机钻头
4.2.2 钻进成孔
全回转钻机安装、定位完成后开始钻进，钢套管旋入深度约3m时使用旋挖钻机钻取套管内的钻渣，循环作业钻进至设计孔深，过程中始终保持套管超前取芯深度2m[3]。钢套管外露1.5m～2m便于钢套管的接长、安装，每节套管连接后检查垂直度，必要时进行纠偏，持续钻至设计孔底标高。施工过程中作业人员每日对钻机和钢套管垂直度及中心偏差进行复测2次以上，保证垂直度偏差不大于1%，中心偏差小于5mm的要求，并形成记录（如图4所示）。
图4 钢套管安装及钻进作业
4.3 护筒置换
4.3.1 内护筒加工
钢护筒制作加工集中在车间进行，加工完成后统一分节运至现场，护筒内径取值为桩基直径，壁厚均为20mm、节长3m。每节钢护筒上端需加工2组对称的吊装孔，孔径不小于3cm（如图5所示）。
图5 内护筒加工及安装
4.3.2 内护筒安装
钻进至设计孔深后，现场技术员使用测绳量测孔深，地质核验确认终孔后方可进行内置钢护筒安装作业，钢护筒安装时采用制定好的十字吊架平稳吊装钢护筒，利用全回转钻机平台及履带吊完成钢护筒下放工作。每节钢护筒下放时借助全站仪量测垂直度，满足要求后进行钢护筒焊接。两节钢护筒环向接缝焊接时必须采用厚度大于2cm的加劲钢板进行加强连接，每道环向接缝加强连接钢板不少于6处，确保护筒安装过程中稳固不脱焊。
4.3.3 钢套管置换旋出
在内护筒下放完成后，再次校核、调整内护筒垂直度及孔口中心偏位，符合要求后开始置换旋出钢套管，全回转钻机反向加压旋转钢套筒，将钢套筒进行逐节旋出、拆卸。由于内置钢护筒和钢套管之间存在环形缝隙，为避免钢套管旋出过程中发生孔壁回缩及地表沉降，同时确保钢护筒不因受到孔壁挤压而产生偏位，在钢套管拔出过程中及时采用碎石逐节填塞钢护筒和钢套管间形成的环形缝隙，碎石粒径选择0mm～5mm，全过程匀速拔除钢套筒并持续填塞碎石，直至钢套管全部拔出且将缝隙填塞至孔口顶部为止。
4.4 钢筋笼吊装及混凝土灌注
4.4.1 钢筋笼吊装
钢筋笼骨架在钢筋加工场内分节制作并运送至现场。使用履带吊进行钢筋笼吊放，钢筋笼入孔时应对准孔径，保持垂直，第一节钢筋笼吊至最上端一道加劲箍筋位置时，穿进20工字钢作为扁担梁，将钢筋骨架临时支撑在孔口工字钢上，再起吊第二节骨架与第一节骨架连接，主筋接头采用冷挤压套筒连接，对接时上、下主筋位置对齐，保持钢筋笼上下轴线一致。接头挤压完成后，骨架吊高，抽出支撑工字钢后，下放骨架。如此循环，使骨架下至设计标高。声测管的布置及数量必须满足设计要求（桩长≥40m，桩径≤2m），与钢筋笼一起吊放。声测管要求全封闭，管内注入清水并无其他异物，声测管与钢筋笼一起分段连接采用套管丝扣连接，管口高出设计桩顶50cm，底部为设计桩底。每根声测管高度保持一致。
4.4.2 混凝土灌注
采用导管法进行水下砼的灌注。导管用直径300mm的钢管，壁厚3mm，导管节长为0.5m、1m、1.5m、3m，根据计算所得首批封底混凝土数量做好导管配置方案，短节导管作为调节导管配置与上端，标准节先行安装下放。导管为丝扣连接，接头处采用橡胶圈密封防水。导管使用前，应进行接长气密性试验。下导管时防止碰撞钢筋笼，导管支撑架用型钢制作，支撑架支垫在钻孔平台上，用于支撑悬吊导管。混凝土灌注期间使用履带吊吊放拆卸导管，及时测量复核孔内混凝土顶面高度[4]，做好详细的混凝土现场灌注记录，并准确计算导管实际埋入砼的深度，同时以灌入的混凝土数量校对混凝土入孔状况，正确指挥导管的提升和拆除[5]。
5.结语
该高铁在桥梁长桩施工过程全套管全回转钻机的使用，有效解决了岩溶强烈发育地段桥梁超长桩施工难题，为工程施工工期提供了有力的保障，采用内置护筒置换套管的方法，改变了以往套管钻头一次性使用的传统，节约了工程的施工成本，经济效益显著，该施工方法可供类似工程借鉴。
