软土地区旋挖钻机与振动锤联合施工钻孔灌注桩施工工艺

1 旋挖钻机与振动锤简介
　　旋挖钻机因其效率高、污染少、功能全等优点，目前在国内外的钻孔灌注桩施工中得到了广泛应用，尤其在欧洲和日本等发达国家已经成为大直径钻孔灌注桩施工的主力机型。
　　近年来，旋挖钻机及施工工法在国内逐渐被认识，以北方地区为代表在大直径钻孔灌注桩施工中已经得到很快的普及应用。如已建成或在建的几项大工程: 青藏铁路、2008年奥运会主要场馆、首都机场新航站楼等基本都是旋挖钻机的天下。但是也应看到我国幅员辽阔，地质状况千变万化，目前单一的旋挖钻机施工钻孔灌注桩具有一定的局限性。如我国的南方特别是东南沿海发达地区由于地层较软，桩一般较大较深，旋挖钻机成孔困难，所以目前仍以正反循环工程钻机为主。实际上旋挖钻机配上一些其他设备完全可以在该地区施工。一种方法是旋挖钻机与套管式钻机联合作业，利用旋挖钻机本身的动力驱动，套管边摇动边下压，套管全程或部分护壁，旋挖钻机中间取土。此种工法几乎适合于任何地层，在欧洲用的很多。但套管钻机及套管本身的造价较高，我国目前同时拥有旋挖钻机和套管钻机2种设备的施工企业很少，将来套管钻机若能完全国产化，是有很大的发展前途。另一种方法就是利用我国目前已广泛使用的振动桩锤沉拔钢护筒也能实现旋挖钻机在软土地区的成孔施工。振动桩锤在我国发展已十分成熟，从几千瓦到几百千瓦我国都能自行设计制造。振动桩锤配上钢管夹头利用桩架或起重机沉拔大直径大深度钢管桩或钢管护筒在我国也有十分成熟的施工经验。将振动锤与旋挖钻机结合在软土地区的施工通过最近几个工程的实践，如浙江大唐乌沙山电厂(宁波地区)、浙江宁波金华兰溪电厂、福建宁德电厂等，证明完全是可行的，施工效率高、成本低。
　　下面结合浙江大唐乌沙山电厂钻孔灌注桩施工的情况介绍一下旋挖钻机与振动锤联合施工的情况。
　　2 工程地质情况
　　浙江大唐乌沙山发电厂建设工程是浙江省的重点工程，基桩主要为钻孔灌注桩，其余为PHC桩。该工程地处浙江东海沿岸滩涂区，厂区为人工填筑。上部地层为回填的碎石土，层厚1.5～2.5m，其下为厚层软塑－流塑淤泥和淤泥质粘土非稳定地层，层厚16～24m，该层下部为工程性较好的粘性土圆砾层。作为持力层，桩端座落于该部位。
　　3 试桩施工
　　该工程于2003年12月进行了试桩施工，桩径分别为800mm、1000mm，桩长50m左右，共21桩。由河北建设勘察研究院等2家施工单位共同进行试桩施工，所采用的施工方法主要是下入钢护筒辅之以泥浆护孔，由旋挖钻机钻进成孔，最后进行钢筋混凝土灌注。混凝土灌注之后，一次或几次将钢护筒拔出。试桩施工期间沉入和拔出钢护筒的方式有2种: (1) 用旋挖钻机直接压入和拔出。如casagrande B250旋挖钻机就采用这种方法。但由于受设备能力限制，压入深度只有10m左右。(2) 使用旋挖钻机附带的配套装置，由动力头正、反向旋转压入和拔出护筒，BAIJER系列钻机就采用这种方法。此外，还投入了1台回转钻机进行成孔试验基本获得成功。但由于泥浆池和泥浆槽设置在回填的碎石上，反循环钻进困难，成孔周期较长，未能达到预期的时间要求，只完成了一个孔即撤场。
　　由于对软塑、流塑地层进行钻孔灌注桩没有成熟的施工经验，因此，在护壁钻进中遇到了一些困难。例如在流塑淤泥地层成孔时，出现了2次坍孔事故。一是旋挖钻机成孔时下入了15m钢护筒，钻进时造成缩径，由于淤泥挖出量较大，在钻孔周围形成较大面积地面下沉，并对后期正常施工造成了影响。二是回转钻机下入6m钢护筒，在进行反循环清孔时，由于回流泥浆不足，造成钻孔缺少泥浆而坍塌。后经回填重新钻孔，用了4天时间才勉强将这个孔完成。当时采用较为保守的护壁方法只下了9m钢护筒，顺利地完成了第一个桩，桩的质量指标均处于优良水平，受到了业主的好评。但是，在以后几个桩的施工中，由于新开孔位与事故孔较近，地层已经受到扰动很不稳定，只有加大钢护筒的沉入深度，将淤泥层全部隔离才能顺利成孔，否则无法施工。在这种状况下，施工进度很缓慢。
　　4 施工工艺的确定
　　根据工程地质条件和试桩经验发现，如何在厚层软塑、流塑的淤泥和淤泥质粘土层钻进成孔，是施工成败的关键。因此，必须实施切实可靠的施工措施，采用在该地层环境下顺利成桩的施工工艺，才能避免在该地层发生缩径、坍塌等现象而高效率的顺利成孔。虽然第一个试桩钻孔只沉入9m钢护筒顺利成孔，但是考虑到孔口围堰占用场地问题，以及个别钻孔倘若发生上述坍孔对地层造成扰动等不利因素，这个保守的方法是不可取的。
　　鉴于深厚的软塑－流塑淤泥和淤泥质粘土层的不稳定性，以及试桩所获得的经验教训，经慎重考虑后，确定该项目的工程桩仍采用试桩初期拟定的用振动锤沉入钢护筒、泥浆护壁成孔的方法施工，用钢护筒将敏感地层全部隔离，确保成孔安全。
　　5 沉入和起拔钢护筒间的主要工序及要求
　　在工程开工前期短促的准备时间里，在现场的2个位置进行了3次振动锤沉入和起拔试验。沉入深度分别为18m和21m。沉