大直径随钻跟管桩施工与改进的思考

吴坤洋

摘要：通过对管桩、随钻跟管桩技术概念的了解，以及广建白鹅潭地块项目的应用实践，探讨大直径随钻跟管桩施工的缺陷和改进途径。

关键词：沉入桩；管桩；大直径；钻孔桩

一、管桩与灌注桩的主要特点

管桩通常采用先张法预应力管桩，按混凝土强度等级和壁厚分为高强度预应力混凝土管桩(PHC管桩) 、预应力混凝土管桩(PC管桩) 、预应力混凝土薄壁管桩(PTC管桩)。先张法预应力管桩是采用先张法预应力工艺和离心成型法制成的一种空心筒体细长混凝土预制构件，主要由圆筒形桩身、端头板和钢套箍等组成。PC桩和PTC桩一般采用常压蒸汽养护，养护不少于28天。PHC管桩，脱模后进入高压釜蒸养，经10个大气压、180度左右的蒸压养护，从成型到施工使用的最短时间只需3-4天。

管桩优点：桩身质量较有保证，单桩承载力较高，施工较快，管桩施工成本较低，适用于无大颗粒砂砾石的松软土质。灌注桩优点：承载能力大，施工难度低，灌注桩施工成本稍高，适用于除砂砾石之外的土质。

二、大直径随钻跟管桩施工方法

大直径随钻跟管桩。钻进成孔的同时跟进大直径PHC/PRC管桩，桩端（桩靴）达到设计标高终孔，可以嵌入硬土层/岩层。利用钻杆螺旋叶片将渣土从管桩内腔带出，管壁外侧灌注水泥浆提高桩的承载力，桩端水下混凝土灌注封闭成桩。利用成套施工装备和技术，实现管桩的一体化施工，解决大直径PHC/PRC管桩的沉桩难题。

随钻跟管桩技术指标，视设备能力管桩直径可达到800mm~1200mm；在强度60MPa以下岩层可嵌入中、微风化岩，超过60MPa可配合潜孔锤破岩；单节管桩最大长度16m，接桩长度可超过60米；管桩嵌入中微风化硬质岩层后，直径1m的管桩极限承载力不低于20000kN；可以在管桩内腔配筋和灌注混凝土，提高桩身强度及抗弯承载力。

大直径PHC/PRC管桩适用于人工填土、软土 、粘性土、粉土、粉砂、细砂、中粗砂、砾砂、砾石以及风化岩体为覆盖层的地层等。可推广应用到超高层建筑基础、市 政桥梁工程、港口码头工程以及地下工程基坑支护等。嵌岩大直径随钻跟管桩从根本上解决了大直径管桩的沉桩难题以及入岩的技术难题，突破管桩基础局限于小直径和低承载力的限制，大幅度扩大了管桩的工程地质适用范围，充分发挥了管桩桩身材料高强度、稳定性好等材料优势。

随钻跟管桩基本工序。作为支护桩：管桩与钻杆吊装→钻进与跟管→排土与沉桩→成桩。作为工程桩：管桩与钻杆吊装→钻进与跟管→排土与沉桩→封底与桩侧注浆。钻孔、排土、沉桩工序同步连续作业；不挤土、不排水，无需泥浆制备并没有泥浆排放对施工周边环境影响小；预应力管桩实现护壁，有效保证安全与质量；排出的渣土无需进行泥水分离等二次处理。

三、广建白鹅潭地块项目大直径随钻跟管桩的应用

项目位于广州市荔湾区，场地属于珠江冲积平原地貌。基坑周长约 256.9m（内边线），面积约 4319.4 ㎡，开挖深度约 13.8~14.5m。根据钻探揭露，场地岩土主要有填土、风化残积土和风化岩。采用管桩(PRCI1000(130)C型)、灌注桩+内支撑支护形式。

图1 随钻跟管桩施工顺序示意图

项目中管桩施工主要方法与过程：上一桩位管桩沉桩完毕，桩机自行移位；起重吊机吊起螺旋杆平放并清理泥石；起重吊机分别吊移管桩基座、送桩器（4米左右的钢护筒）到下一桩位管桩设计位置；上一桩位管桩顶回填砂石；用人工及挖掘机配合把螺栓杆顶入平放的新管桩内，采用绳索固定措施，管桩及螺旋杆一起垂直吊到管桩基座位置；桩机连接螺杆，垂直校核，启动钻进；首节16米管桩完全沉入，垂直吊起送桩器，继续接驳螺旋钻杆和管桩沉入作业，直至达到管桩终孔深度，沉桩完毕。

四、大直径随钻跟管桩在项目应用中发现的问题

大直径随钻跟管桩必须采用专用大型钻机施工，施工场地必须符合严格的净空等安全要求。山河智能SWDP系列大直径随钻跟管钻机国内唯一可进行随钻跟管桩工法（中掘工法）施工的桩工机械。以SWDP100钻机为例，外形尺寸工作状态 (长×宽×高) 为12.3×4.5×20.8 m，要求施工场地上空以及设备作业范围内没有障碍物。同时，要求起吊高度不低于管桩及长螺旋钻杆长度的大型起重吊机、大功率反铲式挖掘机等配合作业，并且大型起重吊机同样要求施工场地上空以及设备作业范围内没有障碍物。

管桩、长螺旋钻杆的吊运、就位等操作占用作业平面空间较大，起重吊机、挖掘机频繁作业安全要求高。大直径管桩长度较长并且重量较大，起重吊机需要较大空间进行场内吊运，通过多次的起吊、拖拽、平放、回转等进行管桩方向调换，实施管桩就位。根据正常施工方法与工序，大直径管桩需要在钻机的钻口（控桩器）竖直就位，然后从管桩顶部向管桩内腔穿入长螺旋钻杆，但是大直径管桩与长螺旋钻杆长度都较长，起重吊机竖直起吊长螺旋钻杆直接穿入管桩内腔，受到钻机上部的调节油缸、排土箱、激振器等阻挡以及起重吊机最高起吊高度的限制，管桩的竖直就位作业不具备连续操作的便捷性、安全性。因此，需要用起重吊机将管桩平放在地面，再用挖掘机将长螺旋钻杆放平并对准管桩内腔，然后挖掘机将钻杆顶入管桩内腔，顶入时需分次间歇进行以减少钻杆螺旋叶片刮损管桩内腔混凝土表面（桩身配筋保护层），整个过程需占用不少于管桩1.5-2.0倍长度的场地空间。不考虑施工场地内各种运输车辆、机具体交叉作业所需要插入时间的因素，单根管桩就位的过程最少耗时半小时。

长螺旋钻杆连续排出渣土，受土的工程性质影响较大，可能导致钻杆螺旋叶片之间粘泥堵塞。随着长螺旋钻杆持续钻进深度的加深，受到土层的含水量、液限、塑限等因素变化的影响，导致渣土排出不顺畅、不连续。特别地，由于土的含水率不同，分别处于流动状态、可塑状态、半固体状态和固体状态，液性指数、塑性指数等不断变化，导致钻杆螺旋叶片之间粘泥，甚至土（泥）块堵塞，严重影响钻进作业的进行。因此，每次钻进到一定深度间隔，需要暂停钻机并检查钻杆排土情况，检查时必须将长螺旋钻杆提升一定高度以便于观察。当发现钻杆螺旋叶片之间粘泥较为严重时，必须用起重吊机将钻杆吊出并平放在地面上进行泥渣清除，然后再将钻杆重新吊入。由些可见，钻杆吊移、钻杆检查、泥渣清除等，会导致钻进工序无法连续作业。

五、大直径随钻跟管桩施工的改进思考

任何施工方法的实施，应最大限度地实现连接作业与安全施工，保证施工的进度与质量。通过广建白鹅潭地块项目的应用情况，反映出管桩与钻杆的就位、长螺旋钻杆粘泥清除是影响管桩施工安全与连接作业的关键因素。

管桩与钻杆的就位、长螺旋钻杆粘泥清除，占用空间、耗时、作业过程较复杂。关键问题在于管桩与长螺旋钻杆的长度以及重量，需要依赖大型起重吊机等机具频繁配合施工，导致作业间歇较多。因此，将这一关键问题作为突破口，可能是改进提高随钻跟管桩施工的有效途径。为此，我提出一项提议，将长螺旋钻杆的设计进行优化，改进思路为将钻杆长度缩短为不大于管桩长度的1/2或1/3。经此改进后，每节管桩直接进行竖直就位，不必穿入钻杆后再竖直就位，较短的钻杆长度更有利于起重吊机将钻杆穿入已竖直就位的管桩内腔。同时，也有利于钻杆粘泥清除时，不必将钻杆从管桩内腔中整体提出平放，起重吊机可分段提升钻杆进行检查与粘泥清除。

六、结束语

传统施工方法经受了时间与实践的双重考验，同时也存各种难题。随着新设备、新技术、新材料的发展与应用，解决了传统施工方法中的难题，同时也带来了新的问题。随钻跟管桩施工结合了装配式、长螺旋钻成孔等施工技术的思路，取其优点避其缺点，但应用中也存在自身的缺陷，通过对设备部件的改进以及工序的配合可以实施施工方法的优化与提升。

参考文献：

[1]唐孟雄，《大直径随钻跟管桩的研制及工程化》，广州：广州建筑，2009年5月