在小直径不锈钢管桩施工中通过对不锈钢管进行局部改造，代替钻杆直接正循环钻进成桩，提高施工工效，降低成本，建筑物保护效果较好。

1概述

某两栋建筑位于武汉市中山大道，始建于20世纪10~30年代，均为西洋古典式风格，属于武汉市优秀历史建筑。设计地铁隧道从建筑物旁边穿过，隧道外边距建筑物的最小水平距离及垂直距离分别仅为1.12m及9.33m。根据相关资料显示，两栋建筑物均采用的是条石基础，基础埋深较浅，坐落于杂填土、淤泥质粘土之上，而隧道从基础一侧下穿，对周围土体扰动较大。为降低盾构隧道施工产生的沉降对两建筑的影响，采用小直径不锈钢管桩对其基础进行加固，取得了较好的保护效果。

2工程概况

2.1设计概况。设计采用直径130mm壁厚6mm不锈钢管桩对其基础进行加固。不锈钢管桩距建筑外边缘1~2m，倾角65~90度，不锈钢管桩间距0.25m，加固深度到达隧道底1m，距离管片最小距离≥1m，桩长17.1~27.2m，管内灌注M25水泥浆，管外空隙由出浆口溢浆充满。

2.2地质概况。工程典型的土层分布为：①杂填土，层厚1.2~5m，稍密～中密状态；②淤泥质粘土，层厚2.2~3.1m，呈流塑～软塑状态；③粘土，层厚2.5~4.3m，呈软塑～可塑状态；④粉质粘土、粉土、粉砂互层，层厚3.6~6.1m，饱和，粉土呈中密、粉砂呈稍密、粉质粘土呈软塑～可塑状态；⑤粉砂，层厚3.4~11.8m，以粉砂为主，呈稍密~中密状态；⑥粉细砂，层厚10.8~20.5m，呈中密状态。隧道主要位于④粉质粘土、粉土、粉砂互层、⑤粉砂、⑥粉细砂这三层中，盾构掘进时容易对土层造成扰动，使地表沉降偏大。

3施工方案选择

3.1初期方案选择。根据现场地层情况，前期挑选出了三种成孔工艺进行试验：全套管钻进、常规回转钻进、振动成孔钻进，收集三种工艺的施工数据后，对其进行对比分析见表1~3项。

综合考虑环保、速度、成本、质量等方面因素，常规回转钻进方案最适用于此处施工小直径倾斜不锈钢管桩。

3.2不锈钢管代替钻杆钻进成孔方案。在使用常规回转钻进成孔工艺期间，出现如下问题：

①成孔起拔钻杆后，由于倾斜孔，粉细砂层，容易塌孔、缩孔；②不锈钢管接头焊接偏心和变形导致不锈钢管下放困难；③不锈钢管焊接耗时过长。

为克服困难，对工艺进行了改进：将管桩的不锈钢管接头加工变为螺纹连接，并对首节不锈钢管焊接钢筋变为临时钻头，从而让锚固钻机通过动力转接头，将不锈钢管正循环回转钻入预定深度即可，无需拔杆、下管。其工艺效果评价如上表第4项所示。

4不锈钢管代替钻杆法不锈钢管桩施工工艺

4.1工艺流程。不锈钢管加工→桩位放样→探槽开挖→钻机定位→跟管（引孔）钻进→清孔→钻机移位→水泥浆灌注→插入钢筋→钢筋砼冠梁制作

4.2不锈钢管加工。将壁厚6mm的覫130mm不锈钢管加工成2m一根，两端接头分别车内丝及外丝，加工为矩形螺纹接头。加工厂切割、车丝后运入施工现场。加工动力转接头，使锚固钻机动力头通过转接头将扭矩及压力传至不锈钢管。

将首节不锈钢管头部的外壁上焊接4根覫12长100mm左右的螺纹钢，通过调整焊缝高度控制其开挖直径在160mm，在内壁交叉斜向点焊同型钢筋。

4.3钻机定位及钻杆倾角控制。如图2所示，首先沿桩位轴线向外开挖2m深探槽，由于地下管线一般埋深不会超过2m，在探明无管线后方可进行下一步施工：

①在桩位左侧外放0.5m及1.5m轴线，在相应桩位用红油漆做上标记；

②在探明无管线后，将钻机移至桩位处，钻头对准桩位；

③将绳系锤球垂于外放1.5m桩位上，然后将视线对准外放0.5m桩位点，校准钻机，通过三点一线确定钻机方位和钻杆倾向。

用地质罗盘调整钻杆倾角：

①将罗盘测斜器上的游标所指半圆刻度盘的读数调整为设定倾角θ；

②将罗盘竖起，以其长边贴紧钻杆，并与钻杆轴线平行，观察测斜器上的长水准气泡，调整钻杆直到水准气泡居中，代表钻杆倾角调整到位。

倾角调整完毕后，前后移动钻机，控制钻杆到桩位外放0.5m控制点水平距离为L，即钻机钻杆定位完毕。

4.4跟管钻进。钻机将不锈钢管作为钻杆，采用常规正循环回转钻进方法成孔至设计孔深。

4.5清孔。不锈钢管钻进至预定孔深后，将泥浆切换为清水，通过正循环排出孔内泥浆，并清洗孔壁。

4.6施工难点及注意事项

4.6.1受保护建筑物均为条石基础，需用PDC合金钻头引孔穿越条石基础层。

4.6.2考虑到钻机在移动过程中，钻杆倾向倾角可能会发生变化。待钻机定位后，用垂球和八角罗盘进行复测并校准。

4.7新旧施工工艺区别及优点。不锈钢管代替钻杆直接成桩法相比传统回转钻进不锈钢管施工方法，有如下区别及优点：

4.7.1钻机无需提钻拔出钻杆，节约了5~10min的钻杆起拔时间；

4.7.2避免了钻杆拔出后的塌孔缩孔风险；

4.7.3由控制钻杆倾角变为直接控制不锈钢管倾角，提高倾角控制精准及成桩质量；

4.7.4直接省去了“安装不锈钢管”环节，使得每根桩节约20~40min时间。

4.7.5不锈钢管就位后无需二次清孔

4.7.6施工工艺流程简化，提高工效，减小施工风险。

5不锈钢管代替钻杆法施工成本分析

采用不锈钢管代替钻杆工艺相较普通回转钻机工艺，省去了起拔钻杆、测试孔深、安装不锈钢管、二次清孔等工序时间，将每根桩的成桩时间缩短了30~55min，使原来每根桩1.5~2h的施工时间缩短至1h左右，同时还降低了钻进过程中的事故发生率，使每台钻机的日成桩平均米数由原来的105m/d，提升至200m/d，增至原来的2倍左右。该工程需施工不锈钢管桩总长为11300m，在使用1台钻机情况下，采用不锈钢管代替钻杆法相比传统方法节约工期50天，实际节约成本40余万元。

6结论与展望

在盾构机通过两建筑物加固区时，盾构机出渣中未出现不锈钢管桩中不锈钢管碎片。在盾构机通过两建筑物后，其观测点最大累计沉降量分别为26.08mm及20.12mm，均小于累计变化量预警值的30mm。证明不锈钢管代替钻杆法施工得不锈钢管桩桩位控制精准，施工质量良好，建筑加固保护效果良好。

改进后的新工艺能够有效提升施工效率，加快施工进度，减小对加固建筑物及周边环境的影响，具有较大的社会效益及经济效益，值得在基础加固工程中推广应用。