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大直径冲孔灌注桩埋锤打捞施工技术在具体工程应用及成效研究

发表时间：2021/3/16 来源：《建筑科技》2020年8月下作者：王鹏

[导读] 路桥工程施工常常应用大直径冲孔灌注施工技术，其工艺复杂，技术难度高，施工过程中容易出现掉锤问题，需要引起重视。文章结合具体案例，对大直径冲孔灌注桩埋锤打捞施工技术作深入探讨，以供借鉴。

身份证号码：4304211989110****4广东省建筑工程机械施工有限公司王鹏 510500

摘要：路桥工程施工常常应用大直径冲孔灌注施工技术，其工艺复杂，技术难度高，施工过程中容易出现掉锤问题，需要引起重视。文章结合具体案例，对大直径冲孔灌注桩埋锤打捞施工技术作深入探讨，以供借鉴。
关键词：大直径；冲孔灌注桩；埋锤打捞；施工应用；优点与成效
        前言
        在大型建筑工程包括路桥、房屋建筑中，常常采用冲孔灌注桩施工技术，其施工工艺是通过冲锤冲击成孔，利用泥浆护壁成孔，在孔内下放钢筋笼并灌注混凝土 ,之后成桩。成孔过程中需要通过提升冲锤钻头达到相应高度后，让其自由落实下，所产生的冲击力撞碎岩层，并把孔内渣浆清走。该施工技术可广泛应用于各类土层，并结合工程不同采用相应直径的桩，当直径大于（d≥800mm）以上时，称为
        大直径冲孔灌注桩。应用该技术具有对周围环境及建筑物影响较小、单桩承载力大等。缺点是大直径的冲孔灌注桩成孔工艺较复杂，操作技术难度高，在桩机施工过程中，容易出现掉锤问题，要捞锤非常困难，对工期进度及成本造成影响。我单位经过多年研究，针对上述问题进行有效的科研攻关，发明了一种大直径冲孔灌注桩埋锤打捞施工技术，并应用到施工实践中，取得良好的效果。
        一、大直径冲孔灌注桩埋锤打捞施工技术及在具体工程应用
        1.工程概况
        广州白云国际机场扩建工程二号航站楼出港高架桥宽度12.25～52.45m，最大跨度72m，单向三车道至单向十车道，总长约1000m，包括桥梁结构和两端的引道。桥墩、桥台基础都采用冲孔成孔灌注桩，桩径为1.2m、1.5m、1.8m三种，桩基均为嵌岩桩，持力层为微风化灰岩，施工前采用超前钻探明每桩下地质情况。
        2、施工面监难点
        通过地质勘察报告得知，该地区在场区下伏地层为石炭系地层，广泛存在溶洞发育，地震会引起岩溶地面塌陷。进行桩施工时会存在容易埋锤等问题，必须采取安全、高效的捞锤方法，妥善解决埋锤问题。
        在某冲孔中遇到溶洞，桩孔壁和护筒侧发生塌孔，造成埋锤，经现场量测，锤头埋深16m。通过查阅相关资料，常规的埋锤处理方法有小孔沉渣法、空心锤冲击法、高压水枪切割法、爆破松动法等。
        ⑴小孔沉渣法：当桩锤被埋在孔底时，可采用小孔沉渣法，即在桩孔内侧冲一个小孔，小孔比大孔深0.6至1 m。用钢管把循环泥浆送入大孔底，反复冲刷大锤四周，使沉积在大锤周围的泥沙流入小孔中，减小大锤上拔的阻力。所使用小锤直径应略小于桩孔的半径，小锤冲程不宜过大，以免冲坏大锤吊耳。
       该方法采用小锤、小冲程，对于埋锤上面覆土比较深、方量比较大的情况，处理进度慢；小孔冲进时，要保证不破环大锤吊耳，又要与大孔连通，处理难度大，大锤吊耳容易对小锤冲孔形成干扰；新增小孔，存在扩孔现象，增加混凝土浇筑方量，增加了成本；适用于桩锤被粉质上、砂、碎石或砾石等掩埋，不宜用于被块石、强粘性上掩埋的场合。
        ⑵空心锤冲击法：空心锤冲孔打捞埋锤的方法，就是用一个特制的空心锤反复冲击埋锤周围的掩埋物，通过泥浆循环排渣，清除埋锤四周的掩埋物，以便拔起埋锤。在使用空心锤冲孔过程中，应保持泥浆循环排渣，当空心锤下端接近埋锤下端时，应以小冲程施打，以避免空心锤与埋锤抱死。当空心锤下端达到孔底时，应停止冲击并提起空心锤，操作桩机拉拔桩锤，若还不能拔起桩锤，可借助吊机或千斤顶来拉拔。
        该方法有以下不足：空心锤只能清除埋锤四周的掩埋物，而埋锤顶面以上的掩埋物不能清除；空心锤与埋锤容易抱死，若抱死则情况更加复杂化；桩锤拉拔不起需借助外力，比如吊车、千斤顶。
        ⑶高压水枪切割法：当桩锤被埋在强粘土层时，可先采用小孔沉渣法和空心锤冲孔法清渣，由于粘土对桩锤有强大的粘着力和吸附力，即使桩锤周围粘土绝大部分被清除，通常也难以拔起桩锤，这时需要用高压水枪对桩锤四周及底部的粘土进行切割，以减小粘土对桩锤的粘着力和吸附力。用水枪切割时，通过泥浆循环排渣。把水枪插入孔底，沿孔四周或桩锤周围缓慢移动水枪，改变切割部位，反复操作，并用探锤触探桩锤四周，直到附着在桩锤四周粘上全部清除为止。若泥浆浓度过小时，可使水枪间歇式作业，但要始终保持泥浆循环。拉拔桩锤有时需要借助吊机或千斤顶进行。拉拔桩锤有时需要借助吊机或千斤顶进行。
        该方法主要利用水枪切割来清除埋锤四周沉渣，适合于桩锤被粉质上、粘土、粉质土、砂土等掩埋的场合，不适用于被碎石、砾石、块石、片石等掩埋的场合。
        ⑷爆破松动法是利用爆破地震效应的原理，使埋锤颠簸或摇晃，从而达到取出埋锤的目的。
        该方法一次起爆药量确定是该技术关键之一，又属于特种作业，需要聘请专业公司和人员，成本高；埋锤以上掩体量大时，不能直接使用爆破法；遇到复杂地形容易造成较大扩孔甚至塌孔，比如溶洞；装药要有专人下潜至孔底把炸药置于锤瓣间，存在一定危险性。
        针对本次溶洞引起的桩孔壁和护筒侧发生塌孔，桩锤被埋事故，鉴于桩锤埋深长、掩体方量大、掩体含大量粘土，而上常规的埋锤处理方法无法很好适用的情况，提出了一种全新的埋锤打捞技术。
        3、新型埋锤打捞施工技术应用
        （1）利用现场的冲孔桩机设备及钢丝绳等，就地取材制作一套由一台冲孔桩机(含JKL6主卷扬机、JK2副卷扬机)、一个大锤(直径lm)、一个小锤(直径0. 3m )、一个定位滑轮、一套动滑轮组、一个导向轮、JK2卷扬机（加装用)、一台泥浆泵、泥浆输送管、优质泥浆等组成的埋锤打捞装置，其中，JKL6主卷扬机、大锤(直径lm)、小锤(直径0. 3m)、定位滑轮组成埋锤打捞装置的冲孔系统；JK2副卷扬机、泥浆泵、泥浆输送管、优质泥浆组成埋锤打捞装置的循浆系统；JK2加装卷扬机、动滑轮组、导向轮组成埋锤打捞装置的提升系统。
        （2）关键技术与工艺：
        本技术其特征在于所述打捞方法采用的设备包括：冲孔桩机、新的大桩锤、小桩锤、定位滑轮、动滑轮组、导向轮、加装卷扬机、泥浆泵、泥浆输送管、泥浆，所述冲孔桩机包含主卷扬机和副卷扬机；其中主卷扬机、新的大桩锤、小桩锤和定位滑轮组成新的冲孔系统；副卷扬机、泥浆泵、泥浆输送管、泥浆组成循浆系统；加装卷扬机、动滑轮组、导向轮组成提升系统；所述技术包括以下步骤：
        ①冲孔桩机定位：冲孔桩机初步就位后，进行桩中心放样，放样后设置护桩，进行冲孔桩机的精准定位；
        ②组装新的冲孔系统：将冲孔桩机主卷扬机和被埋桩锤连接的原钢丝绳进行解除；将新的大桩锤通过另外一条钢丝绳经桩机上方的主滑轮连接到原冲孔桩机主卷扬机上，形成新的冲孔系统；
        ③安放动滑轮组：用钢丝绳将动滑轮组吊放在桩机的主杆与斜撑连接处；
        ④安装加装卷扬机和导向轮：在桩机的桩架后方安装加装卷扬机，用于牵引动滑轮组；在桩架前方加装导向轮，用于架设动滑轮组牵引钢丝绳；
        ⑤组装新的提升系统：将动滑轮组牵引端的钢丝绳通过导向轮连接到加装卷扬机上，将动滑轮组的下端与被埋桩锤的原钢丝绳连接；
        ⑥组装新的循浆系统并注浆：通过副卷扬机下放循浆系统的泥浆输送管，通过泥浆泵向泥浆管输送泥浆来悬浮泥渣；
        ⑦大桩锤冲孔作业：首先用新的大桩锤进行冲孔；
        ⑧小桩锤冲孔作业：用小桩锤（11）替换新的大桩锤继续进行冲孔；
        ⑨提升系统提升：待清渣完成后，利用加装卷扬机（8）施加拉力进而提升出所埋桩锤；
        （3）施工工艺总体流程
        冲孔桩机重新就位→组装新的冲孔系统→安放动滑轮组→加装卷扬机与导向轮→组装提升系统→组装循浆系统→大锤冲孔作业→小锤冲孔作业→提升系统提升→完成埋锤打捞。（见图1、图2、图3、图4）

        二、应用效果及优点
        实践证明，应用这种施工工艺，能够实现捞锤的目的外，还具有以下优点：
        ①适用大直径冲孔灌注桩在粘土、粉质土、砂、碎石、砾石、块石各种掩埋体所引起的埋锤事故打捞。
        ②大、小桩锤冲孔时能很好的保护所连接埋锤的钢丝绳，避免了连接埋锤钢丝绳的割断或冲断情况的发生。无需专业潜水人员下水水下接长钢丝绳，进一步减少安全隐患、降低了打捞费用；
        ③加装提升系统提供了足够大的拉力，不需要高压水枪切割法辅助，也不需要借助吊车或千斤顶。
        ④埋锤打捞施工工艺、设备相对简单，可操作性强，打捞设备可以重复利用，非一次性使用，过程中不产生其他废物，符合绿色环保要求。
        ⑤适用于大直径埋锤锤头打捞，能为施工单位节约施工成本，加快施工进度，节约施工成本。
        三、结束语
        广州白云国际机场扩建工程二号航站楼出港高架桥工程成功运用了“大直径冲孔灌注桩埋锤打捞施工技术”。实践证明，本施工技术具有一定的创新性、先进性，利用现场现有的材料、设备、机械，创造性地结合，提供了一种新的解决思路，既经济环保、安全可靠，又方便快捷、准确高效，创造了良好的经济和社会效益，也赢得了业主、监理单位及有关部门的好评。随着城市现代化进程的加快，越来越多高架桥及高层建筑需要建设，大直径桩基础的应用也将越来越多，本技术对类似事故的处理，将具有很好的推广价值和借鉴意义。
        本技术可应用于土木工程领域、房屋建筑工程领域桩基础施工中埋锤事故的处理，适用性广、设备相对简单、施工工艺成熟、可操作性强、打捞成功率高，能很好的解决桩基础施工过程中的埋锤打捞的技术难题，为埋锤打捞施工提供了一种全新的思路，在一定程度上促进了该领域打捞技术的进步。
参考文献
[1]梅华国. 冲孔灌注桩施工中埋锤或卡锤事故的处理措施，电力建设,2004,(3)
[2]雷世松，魏春来．大直径超长桩基成孔方法的探讨口]交通世界，2019，(21)
[3]唐浩，大直径冲孔灌注桩施工技术研究[D]．广州：华南理工大学，2016．