全回转钻机在拔桩、清障中的应用

[摘 要]全回转钻机拔桩、清障时对周边环境影响小，同时能保证清除桩体和回填的质量，本文结合某工程实例介绍全回转钻机在拔桩、清障中的应用，可为类似工程提供借鉴。

[关键词]全回转钻机 拔桩 清障

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）23-0354-03

1 引言

在地下工程施工过程中，经常会遇到一些地下障碍物，对于较浅的障碍物可以直接采用挖机及镐头机进行挖除，但对于较深的障碍物（如钻孔灌注桩、预制桩等），尤其是周边环境复杂、对安全文明施工要求较高的城市密集区，对拔桩、清障方案的选择显得尤为重要;本文以某工程为实例，介绍全回转钻机在拔桩、清障中的应用。

2 概况

某办公楼工程，南临银洲街，东靠即墨路，北侧为一期已建会所及公寓，西侧为一期已建地下车库;周边为住宅小区、办公写字楼等;

拟建工程场地北侧为2层已建会所，其基础为天然地基，埋深约2.4m，该建筑物距拟建场地地下室边线最近约4.09m;西侧紧邻瑞苑一期1层地下室，天然地基，地下室埋深约3.7m，距离拟建建筑物地下室边线最近约2.7m（一期底板距拟建建筑物地下室边线为1.55m）;

该工程场地较为复杂，整个拟建场地地下分布0.40m×0.40m的预制方桩，桩长约23m，桩顶埋深约2.0m，根据设计图纸的要求，现场需拔出止水帷幕位置的预制方桩老桩数量为13根;会所位置需拔除钻孔灌注桩数量3根，钻孔灌注桩直径为650mm，桩长36m;拟建场地遍布原仓库拆除的建筑垃圾，最深埋深约为3.4m，止水帷幕位置需进行清障换填。

3 拔桩、清障方案选择

（1）常规拔桩的方法主要有：振动沉管拔桩法、水冲法、全回转钻机拔桩;

（2）拔桩方案比选：

1）该工程地处陆家嘴繁华地带，周边为住宅小区及办公楼，故安全文明施工的要求极高;因振动沉管拔桩法施工时产生的噪声较大，且对周边的影响较大，故不适宜在该工程应用。

2）若采用水冲法拔桩，可能造成会所位置的基础不均匀下沉;同时，水冲法拔桩，其桩孔无法回填密实，对钻孔灌注桩施工而言，混凝土方量控制不准，整个方桩桩孔会被混凝土灌满，不利于附近钻孔桩的施工;对三轴搅拌桩而言，止水帷幕附近有空洞，水泥浆会流失，且水泥浆的浓度达不到设计要求，不利于止水。

3）全回转钻机拔桩，其施工时噪音小于70分贝，套管旋转沉入360°旋转钻进，清障安全性能好，无振动、无扰动、无影响，不会对临近构筑物造成影响，既环保又安全。套管对四周土体及临近构筑物无影响和扰动，保证了清除桩体和回填的质量。故本工程采用全回转钻机拔桩。

（3）止水帷幕位置清障方案选型

拟建场地原仓库已拆除，但遍布拆除的建筑垃圾，最深埋深约为3.4m;东侧、西侧、南侧均可考虑采用放坡挖土进行换填处理;北侧距离会所较近，会所基础埋深才2.4m，采用放坡挖土进行换填安全系数不大，若采用钢板桩支护后再进行挖土换填，因存在建筑垃圾，无法保证钢板桩正常压入及钢板桩的连续，综上考虑，拟对会所位置采用全回转钻机进行换填。

4 全回转钻机施工原理、性能及参数

4.1 全回转钻机施工原理

采用日本进口的RT200H全回转设备，该设备是能够驱动钢套管做周回转以将钢套管压入和拔除的施工机械，该设备在作业时产生的下压力和扭矩，驱动钢套管转动，利用管口的高强刀头对土体、岩层及钢筋混凝土等障碍物的切削作用，将套管钻入地下至桩底，然后利用液压起拔设备将桩拔除。最后向套管内回灌水泥土，并在回填的同时逐节拔除钢套管。

4.2 全回转钻机设备性能

4.2.1 设备组成

RT-200H全回转套管钻机主要配置有RT200H全回转套管钻机主机、相应型号数量的套管、液压动力站、操控室、反力配重、路基板及定位钢板、冲抓斗、夹力棒、楔形锤及十字冲锤等。另需120t履带吊、PC200挖掘机等机械配合施工。

4.2.2 套管结构

套管为厚度48mm的钢质桶式结构，首节套管带合金刀头;其他套管的中间为桶身，两头为套叠式接头，接头设螺孔和剪力键，相邻两节靠螺栓和剪力键连接传递荷载;套管主体材质为16Mn钢，两端接口材质为24Mn钢。套管管壁分三层，内外两层各为20mm的钢板，中间层为8mm的钢网片;

套管有两方面功能：一方面将顶部驱动设备提供的扭矩和压入力传递给刀头;另一方面在钻进的过程中还起到支护孔壁，防止孔壁坍塌。

4.2.3 冲抓斗

冲抓斗是套管钻进后进行桶内土体和障碍物清理的重要设备部件之一。随着套管的钻进，套管内的土体和被刀头切割后的地下障碍物需要通过抓斗抓取出来。抓斗有两扇可以活动的斗叶，整个冲抓过程中斗叶在闭合与张开两种状态之间转换。

4.3 全回转钻机设备参数

5.施工工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺流程图

5.2 操作要点

5.2.1 施工准备及钻机就位

将需要清障及拔桩的部位先进行平整压实，测量人员对该位置进行放样，并做好标记;

钻机就位过程如下：

（1）先安放路基板，再安放定位钢板，定位钢板安放必须平整，且孔位中心与需清障的孔位中心精确重合，定位钢板的四个定位基点必须全部在路基板的中心，定位钢板的孔位中心可通过两根细线确定，安放时与预先测量好的需清障孔位中心重合即可。

（2）安放钻机，钻机四个支腿全部安放入定位钢板的四个基点，安放到位后，可通过钻机的垂直监视系统或经纬仪确定钻机的垂直度，通过调整四个支腿油缸使钻机安放水平。

（3）液压泵站就位，并与钻机液压系统连接完毕，检查、调试好设备，并确保各个系统工作正常（启动前须保证泵站各个系统工作良好，包括油料、冷却液、油管连接、各阀门等）。

（4）安装钻机配重架及反力配重，注意反力配重应对称安放。

（5）安装反力叉，反力叉安装好后，反力叉远离钻机的，一端用履带吊或者挖掘机的履带顶死，以防钻机带载旋转切削时产生的反力造成钻机主机旋转。

（6）将已安装刀具的钻头（1.5m长）与一截6m套筒连接好后，安放入钻机。

5.2.2 套管压入

需拔除桩的规格为400mm预制方桩及650mm钻孔灌注桩，桩长分别为23m、36m;选用直径1500mm钢套管，选用套管主要规格长度为9m、6m;钢套管最终钻入长度至少需超过桩底1m;

套管压入初期施工管理的好坏，对以后套管压入有很大影响;因此，需特别注意压入初期、后期的施工方法和注意事项。

（1）套管插入初期（自重压入）

套管压入初期会对以后套管的垂直精度有很大影响，所以必须慎重压入。在起重机将套管吊起悬空的状态，夹紧套管。

套管前端插入辅助夹盘之前，先用主夹盘抓住套管，收缩推力油缸落下套管，以防止钻头与辅助夹盘的碰撞事故。

套管在插入初期，应利用套管自重压入，禁止强行压入套管。

用自重压入套管，首先将发动机设置在高速状态，回转速度设置为中等速度，将液压动力站的“压入调整盘”向左旋转到底，液压回路打开，保持压拔按钮在“压入”的状态，此时因为不向推力油缸供油，套管凭借自重持续下降，在此状态下，套管可以持续下降到推力油缸的最大行程。

压入初期不要过度使套管上下动作，应积极配合自重进行下压;只有当自重压入速度变慢时，方可逐步增加压入力。

（2）后期压入（使用液压进行手动压入）

当采用自重压入速度变慢时，将液压动力站“压入力调整盘”向右旋转，液压会逐步上升，此时压拔钮在置于“压入”状态时，液压油缸向推力油缸供油，此时压入模式转为液压压入。

若“压入力调整盘”向右旋转到底，液压力过度上升，在超过下部机架自重时会出现下部机架浮起的情况，此时回转钻机将无法工作，若在下部机架浮起的状态下反复进行套管压入操作，在下部机架浮起的瞬间，有时会增加使套管倾覆的负荷，导致套管垂直精度变差，为防止下部机架浮起，必须使用“压入力调整盘”调整压入力。

5.2.3 冲抓出渣、桩体吊出

渣土排出，采用冲抓斗。根据本工程配备的Φ1500mm的套管，选用相对应的冲抓斗。在钢套管逐步压入的同时，用冲抓斗不断的抓出套管内土体及杂物。钢套管旋转沉入一定的桩身深度后，在桩体与套管之间放入夹力棒，强行拧断桩体，利用专用钢链条并将被拧断的桩体分段吊出;

在钢套管钻进过程中因土体的扰动，桩身会发生扭断或破坏，特别是对于打入桩接头部位，这样更有利于将上部桩拔出，剩余的桩用100T吊机配合冲抓斗逐段拔出，无论上部桩是否拔出，都要在钢套管内不断取土，如桩不能整根或半根拔出，则采用冲抓斗在钢套管内将桩逐步切断后取土，以利于钢套管继续下钻。拔除的桩体（包括整根桩、断桩、混凝土碎块）及时外运。

5.2.4 桩孔回填及套管拔除

桩孔回填有利于下道工序施工，增强施工安全。回填料采用水泥、粘土拌制而成的水泥土，水泥掺量不少于8%（重量比），利用挖掘机现场反复搅拌均匀后，用挖掘机将拌好的填充料回填至桩孔内;如遇到下雨天气用彩条布覆盖以保证土源的含水量不受其影响。

套管拔除采用回转装置反向回转进行，套管拔除与回填应同步进行，以保证回填材料充满孔洞，在回填时产生的冲击力使密实度增强，回填好之后，回填材料通过自重下沉进一步使密实度增强。拔管至接近地坪标高剩余6m时应暂停拔除，然后继续向钢套管内加入填充料，直至钢套管全部加满。再边拔套管边回填，始终保持套管内填土面高于套管底面一定高度，最终回填至地坪标高。

6 施工工效及费用

因工程地理位置及周边环境制约，施工时间为早上6：00-晚上10：00，有效施工时间为12-14小时;

（1）400预制方桩，桩长23m，每天可拔除1根，费用为3万元/根;

（2）直径650mm钻孔灌注桩，桩长36m，两天可拔除1根，费用16万元/根;

（3）4m埋深范围清障及换填孔（直径1500套管，搭接300mm），每天可换填孔数量为6个，费用为3000元/孔;

7 结语

全回转钻机拔桩、清障对周边环境影响小，环保安全，清障彻底，清除后的土体强度未受到破坏，后续止水帷幕及围护钻孔灌注桩施工时未发现塌孔现象;地下障碍物的有效彻底清除为后续止水帷幕及围护钻孔灌注桩施工提供了保证，确保了深基坑围护结构施工及周边环境的安全，社会、经济效益显著。

参考文献

[1] 裴文强，全回转套管钻机清桩技术，天津：石家庄铁道大学学报，2014.

[2] 秦军，利用全回转设备清除钻孔灌注桩，上海：中国市政工程，2009.

[3] 杨宗亮，解析盾构穿越桥梁时拔桩托换技术，北京：城市建设理论研究（电子版），2013.

[4] 赵永红，全回转套管钻机在天津地铁施工中的应用，北京：工程机械与维修，2014.