搖動(dòng)式全套管設(shè)備和工法淺析

1、搖動(dòng)式全套管設(shè)備和工法淺析摘要：搖動(dòng)式全套管設(shè)備分為全套管旋挖設(shè)備和全套管沖抓設(shè)備兩大類，旋挖型搓管鉆機(jī)和沖抓型搓管鉆機(jī)是設(shè)備的核心部分。全套管工法可實(shí)現(xiàn)全孔護(hù)壁干式鉆掘，邊起拔套管邊灌注，成孔和灌注成樁一次完成，是一種適合在城市施工的環(huán)保型和安全型施工技術(shù)，能夠最大限度地保證施工質(zhì)量，易于實(shí)現(xiàn)科學(xué)程序施工。關(guān)鍵詞：搖動(dòng)式全套管設(shè)備，旋挖，沖抓，全孔護(hù)壁，干式鉆掘1.概述近幾年，隨著整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國建筑樁工技術(shù)和設(shè)備在城市軌道交通、高層建筑、高速路橋建設(shè)和鐵路建設(shè)等領(lǐng)域呈現(xiàn)了“跳躍式”的發(fā)展，同時(shí)為國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)?？v觀目前國內(nèi)外種類繁多的樁工技術(shù)，現(xiàn)場灌注樁

2、工法和預(yù)制樁工法是最有代表性的施工方法，下面列出樁工技術(shù)的一種分類方法：全套管工法 非套管工法 全回轉(zhuǎn)全套管工法 搖動(dòng)式全套管工法 旋挖鉆孔工法反循環(huán)鉆孔工法長螺旋鉆孔工法現(xiàn)場灌注樁工法預(yù)制樁工法 非套管工法是目前國內(nèi)較常用的工法，其廣泛應(yīng)用部分歸因于其施工設(shè)備的普及和施工直接成本相對低廉。但該類工法的不足之處是，為了防止孔壁坍塌，一般要注入泥漿等鉆孔穩(wěn)定液進(jìn)行護(hù)壁，導(dǎo)致PH值較高的廢棄物的產(chǎn)生，從而造成環(huán)境污染；另外非套管工法在松散、軟弱、易坍塌（我國華東和東南沿海的流沙、淤泥和富水砂層等地層）的地層中鉆孔時(shí)極易發(fā)生塌孔和埋鉆施工，不僅延誤工期，而且?guī)韲?yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)影響。 全套

3、管工法在國外（特別是歐洲）自八十年代以來就已經(jīng)在城市建設(shè)中被廣泛應(yīng)用，由于其環(huán)保、安全和廣譜的三大特色，近幾年在國內(nèi)也開始被逐漸認(rèn)識(shí)和采用，是很有推廣前景的綠色環(huán)保工法。限于篇幅有限，本文主要介紹搖動(dòng)式全套管工法和設(shè)備。2. 搖動(dòng)式全套管工法的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀全套管鉆機(jī)及其施工法50年代初起源于法國貝諾特公司，因而得名“貝諾特”工法。1954年日本引進(jìn)了法國NO-6型鉆機(jī)，1955年引進(jìn)了EDF-55型鉆機(jī)，1958年引進(jìn)了超級(jí)EDE型鉆機(jī)，形成了日本三菱、加騰兩大具有代表性的全套管設(shè)備制造公司，以后又發(fā)展到橫山、三合等公司。1966年在日本已基本形成系列并向東南亞、歐洲出口。80年代該工法又結(jié)

4、合反循環(huán)工法與擴(kuò)底鉆使其更加完善。但這一時(shí)期的套管鉆機(jī)基本上以擺動(dòng)自行式鉆機(jī)為主，即塔架、搓管機(jī)、動(dòng)力站與自行式底盤形成一體。由于設(shè)備比較龐大、笨重，加上結(jié)構(gòu)尺寸上的限制，搓管角度比較小，靈活性差，成孔直徑一般在1100mm以內(nèi)。屬于第一代產(chǎn)品，進(jìn)入80年代中后期隨著基樁口徑向1500mm以上大口徑方向發(fā)展，這種自行式套管鉆機(jī)已不能滿足施工要求，隨之出現(xiàn)了附著式搓管機(jī)配普通吊機(jī)的分體式套管鉆機(jī)。這種機(jī)型極大地增強(qiáng)了套管設(shè)備的靈活性，搓管機(jī)作為一個(gè)工作機(jī)構(gòu)，通過機(jī)械接口附著在吊機(jī)底盤上，所需動(dòng)力可以單獨(dú)配置獨(dú)立液壓泵站，也可通過吊機(jī)底盤預(yù)留的液壓接口直接引用吊機(jī)底盤動(dòng)力。吊機(jī)底盤在完成正常沖抓孔

5、作業(yè)的同時(shí)，在吊臂工作范圍內(nèi)還可起吊套管等其它重物，施工現(xiàn)場一般不用再配備其它專用吊機(jī)協(xié)助作業(yè)。在沒有樁基工程時(shí)，吊機(jī)底盤可用于其它用途作為普通吊機(jī)使用，大大提高了設(shè)備利用率。套管鉆機(jī)使用的沖抓斗多為單、雙繩兩用抓斗。套管分單壁式和雙壁式兩種結(jié)構(gòu)型式，一般1500mm以下的套管常做成單層，1500mm以上的套管常做成雙層。套管之間的聯(lián)接有平鍵定位鎖銷式，切口定位插板式等聯(lián)接方式。目前國外2000mm以內(nèi)的套管鉆機(jī)為附著式搓管機(jī)配吊機(jī)這種分體結(jié)構(gòu)型式，且作為扭擺套管裝置已成為知名廠商中、大直徑多功能全套管鉆機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置單元。這種鉆機(jī)除了配備沖錘和抓斗外，還可配套回轉(zhuǎn)鉆斗、空心鉆頭、擴(kuò)孔鉆頭、短螺

6、旋和長螺旋鉆具等多種鉆掘工藝方法。目前國外生產(chǎn)附著式搓管機(jī)的知名廠家主要有德國的寶峨、Leffer公司（已被土力公司兼并），意大利的土力、卡沙特蘭地等公司。90年代，我國全套管施工設(shè)備的研制尚屬空白，使用全套管設(shè)備開始于80年代初。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從1981年交通部引進(jìn)日本三菱MT150全套管鉆機(jī)算起，截止1992年總共進(jìn)口近70臺(tái)，多數(shù)為擺動(dòng)自行整體式套管鉆機(jī)，屬于國外早期產(chǎn)品。進(jìn)入90年代我國深圳特區(qū)、云南省有關(guān)部門引進(jìn)了少量附著式搓管鉆機(jī)，絕大多數(shù)產(chǎn)自德國和意大利。在該領(lǐng)域我國與先進(jìn)國家相比從使用角度看至少落后20年，全套管整套施工設(shè)備的自主研制尚屬空白。我國該領(lǐng)域的科研開始于1995年，

7、原地質(zhì)礦產(chǎn)部勘探技術(shù)研究所在國內(nèi)率先進(jìn)行了“全套管沖抓施工設(shè)備、器具及施工工藝”的科研，2000年底研制出首臺(tái)1500mm搓管鉆機(jī)，經(jīng)四年的成果轉(zhuǎn)化，2005年“CG型全套管沖抓成孔設(shè)備”被科學(xué)技術(shù)部等四部委確定為國家重點(diǎn)新產(chǎn)品。設(shè)備總體性能達(dá)到了國際先進(jìn)水平，填補(bǔ)了我國在該技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)空白。目前研究所已形成系列化搓管鉆機(jī)的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品遠(yuǎn)銷中歐、東歐、中東、南亞的許多國家。3 搖動(dòng)式全套管設(shè)備搖動(dòng)式全套管設(shè)備按配套設(shè)備（沖抓履帶吊機(jī)和旋挖鉆機(jī)）的不同主要分為兩種：全套管旋挖設(shè)備和全套管沖抓設(shè)備。12343.1全套管旋挖設(shè)備圖1 設(shè)備組成（如圖1）：主要由1-搓管鉆機(jī)（旋挖型）、2-鋼套管

8、、3-旋挖鉆具、4-旋挖鉆機(jī)等組成。另外單獨(dú)設(shè)計(jì)的搓管鉆機(jī)液壓泵站方便了液壓取力，使旋挖和搓管作業(yè)可同時(shí)進(jìn)行互不干擾，同時(shí)大大提高了不同廠家旋挖鉆機(jī)配套的靈活性。工作原理：施工時(shí)需配備主提升力15噸以上的旋挖鉆機(jī)用于搓管鉆機(jī)的工作反力和牽引移位。搓管鉆機(jī)往復(fù)小角度搓動(dòng)鋼套管并將其壓入地層，同時(shí)旋挖鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)旋挖鉆具回轉(zhuǎn)并鉆掘出套管內(nèi)巖土，套管護(hù)壁鉆掘至設(shè)計(jì)深度后在套管內(nèi)下入全孔鋼筋籠并灌注混凝土，同時(shí)搓管鉆機(jī)繼續(xù)搓動(dòng)和起拔套管，邊起拔邊灌注，直至灌注完畢并起拔出全孔套管，此時(shí)成孔和灌注成樁一次完成。不同型號(hào)的搓管鉆機(jī)可施工的套管口徑范圍不盡相同，目前該設(shè)備的施工口徑為6002000mm，套管護(hù)壁

9、鉆進(jìn)深度的大小受地層情況和套管靴切削齒的正確選擇等方面的影響較大，在第四紀(jì)土層中的套管鉆進(jìn)深度一般可達(dá)到25-40米，而旋挖鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)器的鉆套管深度只有10米左右。123453.2 全套管沖抓設(shè)備 圖2設(shè)備組成（如圖2）：主要由1-搓管鉆機(jī)（沖抓型）、2-鋼套管、3-沖抓斗、4-履帶吊機(jī)、5-液壓泵站等組成。工作原理：施工時(shí)需配備主卷揚(yáng)提升力3050噸、副卷揚(yáng)提升力510噸以上的履帶吊機(jī)用于搓管鉆機(jī)的工作反力和牽引移位以及沖抓斗的沖抓作業(yè)。搓管鉆機(jī)往復(fù)小角度搓動(dòng)鋼套管并將其壓入地層，同時(shí)履帶吊機(jī)操縱沖抓斗沖抓并取出套管內(nèi)巖土，套管鉆進(jìn)和灌注過程如前所述。4搖動(dòng)式套管鉆機(jī)（搓管鉆機(jī)）搓管鉆機(jī)是搖動(dòng)

10、式全套管設(shè)備的核心部分。下面簡要介紹我國勘探技術(shù)研究所研發(fā)的搓管鉆機(jī)的兩類機(jī)型。圖3 圖4旋挖型搓管鉆機(jī)（見圖3）與旋挖鉆機(jī)配套使用，主要由夾持油缸及夾持臂、搓管油缸和滑動(dòng)尾架、壓拔油缸、下夾持油缸、扶正油缸、液壓控制單元和液壓接口、有線遙控盒和電器接口、鉆機(jī)底架和與旋挖鉆機(jī)底盤連接的伸縮接口板等組成。沖抓型搓管鉆機(jī)（見圖4）與履帶吊機(jī)配套使用，機(jī)身長度較長，鉆進(jìn)能力較大，有遙控和手把操作兩種方式。上述兩種搓管機(jī)既可采用單獨(dú)液壓泵站驅(qū)動(dòng)又可直接采用旋挖鉆機(jī)或履帶吊機(jī)的液壓動(dòng)力源。產(chǎn)品特點(diǎn)如下：ü 鉆進(jìn)能力大、效率高：采用恒功率變量雙泵分別驅(qū)動(dòng)搓管油缸和壓拔油缸，功率損失小，系統(tǒng)效率高

11、。套管的搓動(dòng)和壓拔同時(shí)工作且互不干擾，提高了處理拔管事故的能力，技術(shù)性能指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平。ü 搓管換向技術(shù)先進(jìn)可靠：可采用無觸點(diǎn)電磁開關(guān)、行程開關(guān)、液壓換向等多種方式控制實(shí)現(xiàn)搓管油缸自動(dòng)換向，換向準(zhǔn)確可靠。旋挖搓管機(jī)采用遠(yuǎn)程電液先導(dǎo)液控?fù)Q向技術(shù)，與旋挖操作集成在一起，實(shí)現(xiàn)了有線遙控，操作安全靈活。ü 樁孔垂直精度高：采用扶正連桿機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)同步和背壓回路，提高了鉆進(jìn)穩(wěn)定性和起始套管鉆進(jìn)精度，樁孔垂直精度可提高到0.5。ü 一機(jī)多徑使用范圍廣：更換不同規(guī)格卡瓦可施工600mm2000mm任意口徑的樁孔。5 套管（全護(hù)筒）套管分為單壁套管和雙壁套管。套管一般制成

12、不同長度的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，施工時(shí)根據(jù)樁的長度進(jìn)行配套。套管在入土過程中將承受一定的扭矩，而且樁越長所承受的扭矩越大，因此現(xiàn)在的套管多為雙壁套管。它是由上下接頭及雙層卷管焊接而成，上下接頭均為經(jīng)過精心加工的接頭，便于套管互換連接。各連接孔加工時(shí)有工裝保證精度，便于套管的互換安裝。套管與套管之間的連接是通過專用的內(nèi)六角螺栓進(jìn)行的。規(guī)格D1/D2(mm)B(mm)S2(mm)S1(mm)CGT1000980/890451810CGT12001180/1090451810CGT13001260/1170452012CGT15001480/1380502012雙壁套管的外形和規(guī)格如圖5和表1所示。圖5：雙壁套管

13、 表1：雙壁套管規(guī)格套管在鉆進(jìn)過程中，可能會(huì)遇到各種復(fù)雜與較堅(jiān)硬的土層，為了使套管鉆進(jìn)順利，在套管下部連接有切削齒的套管鉆頭。鉆頭切削齒根據(jù)形狀不同可分為內(nèi)側(cè)齒、中齒和外側(cè)齒。切削齒的刃部都鑲有硬質(zhì)合金。切削齒內(nèi)外出刃15mm左右，一方面便于切削，另一方面可以減少套管與土體磨擦。標(biāo)準(zhǔn)切削齒的選定及配置根據(jù)要削土層的不同而異6 結(jié)論近幾年，旋挖設(shè)備和工法在我國得到了迅速的發(fā)展，其主要原因就是因其具有環(huán)保、安全和高效的特點(diǎn)。全套管設(shè)備與旋挖設(shè)備同屬大口徑干式環(huán)保型鉆孔灌注樁施工機(jī)械，但后者在泥漿難以護(hù)壁的軟弱地層、鉆頭難以鉆掘的堅(jiān)硬巖層或卵礫石層中的使用受限，而前者利用沖擊和沖抓等器具可順利鉆掘上述地層。目前國外品牌的旋挖鉆機(jī)制造商多數(shù)已將套管鉆機(jī)作為旋挖鉆機(jī)的一個(gè)配置單元，以擴(kuò)大旋挖設(shè)備在復(fù)雜地層條件下施工的能力。全套管工法是一種適合在城市施工的環(huán)保型和安全型施工技術(shù)，能夠最大限度地保證施工質(zhì)量，易于實(shí)現(xiàn)科學(xué)程序施工。采用該工法，可以為施工方節(jié)省大筆泥漿材料和泥漿處理費(fèi)用，可以有效避免因地層復(fù)雜和鉆進(jìn)中斷造成的斷樁和承載力