全套管全回转钻机高精度无偏差钢管柱插入施工工法
上海工程机械厂有限公司
陈建海
1.概念
全套管全回转钻机高精度无偏差钢管柱插入施工主要用于盖挖法施工中的逆作法施工。
通过全套管全回转钻机自身的两套液压夹紧装置和垂直控制系统，将钢管柱垂直插入到初凝前的混凝土中。
2.施工原理
本工艺是根据二点定位的工作原理，通过DTR系列全回转钻机自身的两套液压定位装置和垂直液压系统，将钢立柱垂直插入到初凝前的混凝土中（混凝土采用缓凝混凝土，缓凝时间约36小时）。
钢立柱在插入混凝土过程中通过钢立柱下部安装的定点式水平位移计将信号传输到信号采集系统，然后通过无线（有线）方式发送到电脑上，动态监测钢立柱插入过程的垂直度，采集频率可达60次/分，垂直度可达＜1‰，确保施工质量。
3.施工特点
全套管全回转钻机高精度无偏差钢管柱插入施工与传统其他钢管柱插入施工相比具有以下特点：①成孔过程中全程套管护壁，能有效控制周围土体的变形和地表的沉降，减小了对周边环境的影响；②施工场地范围小，适用于任何不规则形状的平面或大平面的地下工程；
③全套管全回转钻机成孔与植入钢管柱一体化作业，成孔精度高、施工效率高、安全性能高；
④开挖和施工的交错进行，逆作结构的自身荷载由立柱直接承担并传递给地基，减少了大开挖时卸载对持力层的影响，减小了基坑内地基回弹量。
4.适用范围及设备
4.1全套管全回转钻机高精度无偏差钢管柱插入施工适用范围
全套管全回转钻机高精度无偏差钢管柱插入施工一般运于基础盖挖逆作施工，特别适用于城市繁华地区、深度开挖、地层软弱、地基承载力较低条件下的大型地下工程施工。
4.2机具设备
4.2.1测量设备：全站仪、水准仪、经纬仪。
4.4.2机械设备：全套管全回转钻机、履带吊车、挖掘机、装载机、运输车、冲抓斗、重锤、套管、导管、电焊机、泵车、工具管、多功能平台。
4.4.3检测设备：卷尺、孔深检测器具。
5.施工工艺流程
5.1施工流程
全套管全回转钻机高精度无偏差钢管柱插入施工工艺流程如下：
布置施工现场→桩位放样→多功能平台就位→钻机就位→吊放套管→抓斗取土，套管跟进→测量孔深→清孔→下放钢筋笼→下放混凝土灌注导管→灌注混凝土至设计标高→吊装钢管柱→初始垂直状态调整→全回转钻机下放钢管柱→钢管柱垂直度再次调整→钢管柱下沉至设计标高→垂直度复核→调整垂直度→钢管柱外侧填筑砂石→钢管柱内浇灌混凝土→待桩孔混凝土终凝→钻机移开
5.2施工要点
5.2.1布置施工现场
合理布置施工现场，清理场地内影响施工的障碍物，保证机械设备有足够的施工空间，同时桩孔周边软弱区域，采用挖机挖除软弱土，反复压实后，然后铺垫钢板，再铺设两条走道板，防止钢管柱插入时发生地基偏斜现象。
5.2.2多功能平台及全套管钻机就位对中
采用全站仪测放桩位中心，利用十字定心法将多功能平台吊至桩位并实现桩位中心点与平台中心点对中，随后吊放全套管钻机移动至多功能平台定位槽中，实现钻机对中，于钻机顶部平台设立十字线，校核该中心点是否与桩位中心点重合，如出现偏差，起吊做纠偏处理。
5.2.3成孔灌注阶段
该阶段施工可参考全套管全回转钻机钻孔灌注桩施工要点及技术控制要求。
5.2.4吊装钢管柱
钢管柱的吊装采用单机回转法，起重机一边起钩一边回转使柱子绕柱脚旋转而将整根钢管柱吊起。
钢柱通过卡环将钢丝绳固定到钢管柱顶焊接的吊耳上。
5.2.5插入钢管柱
钢管柱吊放至全套管全回转钻机内，初始时依靠钢管柱的自重能自由下入孔内一定深度，当浮力大于钢管柱重量后，由全套管全回转钻机将钢管柱抱紧，用液压下压力将钢管柱下压插入孔内，当钢管柱插至混凝土一个行程后，重新复测钢管柱的垂直度（垂直度由传感器检测电脑数据分析）满足垂直度要求后继续下压插入至混凝土中；如不满足要求可调整全套管全回转机的水平度，直至钢管柱垂直度满足要求。
反复以上步骤，直至插入设计标深。
5.2.6钢管柱外侧填筑砂石
插入钢管柱至设计标高后，即可对钢管柱四周进行碎石回填，在钢管柱外侧设置溜槽，回填时保证碎石在钢管柱两侧均匀填入，防止单侧填入过多造成钢管柱偏位、弯曲，碎石回填至与地面齐平。
5.2.7钢管柱内浇灌混凝土
钢管柱四周回填碎石达到设计要求后，全套管全回转钻机仍需夹紧钢管柱，控制好钢管柱顶标高即可进行钢管柱内浇筑混凝土。
浇灌前先安放混凝土导管和料斗，然后采用泵车浇筑混凝土至设计标高。
5.2.8桩孔混凝土终凝后钻机移位
钢管柱内混凝土浇筑完成后，必须待桩孔内混凝土终凝，才能将全套管全回转钻机移除，施工下一根桩。
6.质量控制
6.1桩孔允许偏差控制
序号项目允许偏差
1桩孔位中心线±10mm
2桩孔径±5mm
3桩垂直度≤1/500
4桩孔深+300mm
6.2成孔灌注过程质量控制
成孔灌注过程质量控制参照全套管全回转钻机钻孔灌注桩质量控制进行。
6.3钢管柱制作质量控制
钢管柱制作质量控制需严格把控原材料及加工厂家资质控制。
具体加工时分段加工的原材料圆管必须采用相贯面等离子—火焰管材数控切割机进行相贯面切割下料。
下料切割、坡口、精度控制均由计算机控制一次完成，精度误差不大于2mm。
同时钢管柱的装卸和运输过程中，应采取支顶、加固、捆绑等有效措施。
钢管柱自身质量标准：
序号项目允许偏差
1钢管柱直径（d）±d/500
2纵向弯曲≤5mm
3椭圆度≤1/500
4端面不平度≤3mm
6.4桩基混凝土质量控制
桩内插入钢管柱工序需要在混凝土初凝前完成，故桩基混凝土需采用超缓凝型混凝土。
根据工程的施工经验，要求桩基混凝土需采用性能好的高效缓凝减水剂，同时要求缓凝时间不少于30小时，沉实时间不少于8小时。
6.5多功能平台及全套管全回转钻机水平调节控制
运用万能平台手动、自动调节功能将其调整水平，并重新复核中心位置，满足要求后调整全套管全回转钻机水平度，要求运用全站仪与水准仪相互配合检测，严格把控桩孔中心位置及整体水平度。
6.6钢管柱插入施工质量控制
钢管柱下放过程首先依靠其自身重量，钢管柱能自由下放到孔中一定深度，当浮力大于钢管柱自重后，由全套管全回转钻机将钢管柱夹紧，并用钻机的液压下压功能将钢管柱插至
设计标高。
吊装前在钢管柱上安装两个垂直传感器，双重监测钢管柱垂直插入精度。
钢管柱吊放至全套管全回转钻机内，由夹紧装置夹紧钢管柱，采用两台全站仪呈90°双向初测钢管柱垂直度，并进行初始读数采集，测定数据可根据电脑分析确定钢管柱的垂直度，如钢管柱不能满足垂直要求，则利用全套管全回转钻机支腿液压油缸不断调整，直至钢管柱绝对垂直，将垂直传感器初始读数归零，开始利用全套管全回转钻机下插钢管柱。
当钢管柱插至混凝土顶面后，应重新复测钢管柱的垂直度，复测方法同上进行，满足垂直度要求后，继续下压插入至混凝土中；如不满足要求，则继续调整钻机的水平度，直至钢管柱垂直度满足要求。
反复检测、调整工序，直至钢管柱下插到设计标深位置。
钢管柱插入允许偏差标准：
序号项目允许偏差
1钢管柱中心与桩基础中心±5mm
2钢管柱顶面不平度±5mm
3钢管柱顶面标高与设计标高差（a）-20mm≤a≤0mm
4钢管柱垂直度≤1/1000
5钢管柱上下端面相应对角线差≤20mm
6.7钢管柱开挖垂直度保证控制
钢管柱固定后，在土方开挖期间可能会不可避免地遇到土方开挖机械设备或挖土不均匀导致影响钢管垂直度的问题，对此，采取以下措施：
1.在钢管柱附近开挖作业时采用小型挖掘机，挖掘过程中要始终保持认真负责的态度，土方坡道的设置尽量避开钢管柱区域；
2.挖土时采用对称、平衡的开挖方式，即对钢管柱周边均匀挖土，钢管柱周边土方高差不得超过0.5m，防止钢管柱两侧高差过大，对钢管柱产生测压力，影响钢管柱垂直度；
3.对钢管柱采用型钢拉杆进行加固，即在钢筋混凝土支撑位置设置一道组合型钢拉杆对钢管进行固定，防止挖机挖运土方碰撞钢管，导致钢管变形；
4.土方开挖时需特别注意土方施工设备对钢管柱的影响。
施工时派专人对现场土方施工进行现场旁站监管，钢管柱周边50cm范围内土方采用人工开挖，严禁用挖掘机刮柱壁渣土，避免机械开挖对钢管柱造成破坏。
7.应用实例
北京地铁14号线平乐园地铁站钢管柱插入施工。
