咬合桩施工（精选7篇）
咬合桩施工 篇1
为了在基坑开挖和地下室施工过程中,保证基坑相邻建筑物、构筑物和地下管线的安全及正常使用,要求基坑围护体系能限制周围土体的变形,使其不会对相邻建筑物、构筑物和地下管线以及主体结构基础产生损害,需要建造基坑围护工程[1]。咬合桩是一种新型的围护结构形式,在国外已经使用很广泛,而国内仅仅在深圳、杭州、香港等地区使用过。由于各种条件所限,对其受力变形机理分析不够深入,使得到目前为止都没有一种合理的设计计算方法可以为广大工程师所接受应用。
1 咬合桩的基本概念与特点
咬合桩[2]是通过两种不同类型桩(超缓凝素混凝土桩和钢筋混凝土桩)相互重叠咬合形成密封性很好的既防水又挡土的桩墙。传统的地下结构设计方法一般不考虑咬合桩对水土压力的分担问题。考虑咬合桩的挡土和止水作用后,地下室外墙的厚度与配筋可比常规做法减小。咬合桩除了在基坑开挖中作为施工阶段挡土之外,同时作为使用阶段地下室外墙抗侧压力结构体系的一部分,当地下结构需要抗浮时,通过构造方法围护桩还可作为部分抗浮桩使用。因此,如将咬合桩与地下结构结合起来,设计成咬合桩复合结构,则可以大量节省地下工程投资,改变传统的咬合桩基坑围护工程仅作为临时工程、地下建筑物施工完成后围护结构就报废的做法。
由于咬合桩作为主体结构的一部分,在进行咬合桩复合结构设计时,需要注意这类结构的特点:咬合桩两类桩之间没有钢筋连接,而咬合靠咬合面传递剪力来协同变形;咬合桩两类桩的刚度存在差异;咬合桩和主体结构的复合结构形式更为复杂;咬合桩与主体结构共同受力,荷载计算更为复杂;咬合桩与主体结构的连接形式选取;由于新老混凝土之间存在较大的干缩应力和温度应力,设计计算更加复杂。
2 咬合桩刚度设计计算
在具体计算过程中按抗弯刚度相等的原则等代为一定厚度的墙体进行内力和位移分析[3],作为挡土结构,开挖阶段计算时必须计入结构先期位移值以及支撑的变形,按照“先变形,后支撑”的原则进行结构分析。
相应的计算方法主要有:1)包络、叠加法:通过明挖法施工的基坑工程,按照施工顺序分工况加荷,逐次求得最不利内力组合。开挖阶段:围护墙各工况内力按支撑道数独立计算,求得各个工况的内力,而后包络;回筑阶段:在逐层回筑内部结构的底板、侧墙、中板以及顶板时结构体系在逐步改变,因此回筑阶段的结构内力宜随不同的结构体系分布加荷和分步计算后叠加求得,侧墙的内力应按单层墙和双层墙分别叠加。2)增量法:适用于逆作法施工的以及其他特殊工法施工的车站,在施工过程中结构体系和荷载随着开挖、支撑、浇筑顶板、中板、底板以及立柱在不断发生变化,先计算由于荷载增量引起的内力,再与前面的各工况荷载增量引起的内力叠加。3)有限元内力分析方法:随着计算机技术的普及,有限元法(包括连续介质有限元法和弹性杆系有限元法)发展迅速,成为有着很好应用前景的基坑设计计算方法。目前连续介质有限元法由于土的本构关系还在发展中,缺乏真实反映土的应力应变关系的本构关系模型,以及计算参数难以确定,目前还得不到广泛的应用。杆系有限元法作为一种基坑计算方法,具有概念清晰、计算简单、计算参数较少、易于模拟工程实际的优点,因而在挡土结构分析中具有独特的优势。杆系有限元法与工程实践相结合,特别适合目前状况的工程应用,已被广大技术人员所接受。
3 钻孔咬合桩的施工
3.1 主要工作内容
1)导墙施工,主要是进行平整场地、测放桩位、导墙沟槽开挖、钢筋绑扎、模板施工、混凝土浇筑施工几项工作;2)钻机就位,待导墙有足够的强度后,拆除模板,重新定位放样排桩中心位置,将点位反到导墙顶面上,作为钻机定位控制点。移动套管钻机至正确位置,使套管钻机抱管器中心对应定位在导墙孔位中心;3)取土成孔,在桩机就位后,吊装第一节套管(钢制)在桩机钳口中,校正桩管垂直度后,磨桩下压套管,压入深度约为2.5 m,然后用抓斗从套管内取土,一边抓土、一边继续下压套管,始终保持套管底口超前于开挖面的深度不小于2.5 m。第一节套管全部压入土中后(地面以上要留1.2 m～1.5 m,以便于接管)检测垂直度,如不合格则进行纠偏调整,如合格则安装第二节套管继续下压取土……,如此继续,直至达到设计孔底标高。在钻孔完成后,清除孔底浮土,对孔深、桩孔垂直度进行检查,报监理工程师复检合格后进行下道工序施工;4)混凝土浇筑,首先吊放钢筋笼(素混凝土桩直接浇筑),将检验合格的钢筋笼按设计标高安放到位,然后安装导管、漏斗,进行混凝土浇筑。混凝土浇筑过程中逐节拆除套管,套管埋入混凝土深度控制在4 m～10 m之间。
3.2 技术要点
1)桩的垂直度控制。
为了保证钻孔咬合桩底部有足够厚度的咬合量,除对其孔口定位误差严格控制外,还应对其垂直度进行严格的控制,根据相关施工及验收规范规定,桩的垂直度控制标准为3‰。成孔过程中要控制好桩的垂直度,必须抓好以下三个环节的工作:套管的顺直度检查和校正、成孔过程中桩的垂直度监测和检查、纠偏。
2)咬合厚度的选择。
相邻桩之间的咬合厚度d根据桩长来选取,桩越短咬合厚度越小(但最小不宜小于100 mm),桩越长咬合厚度越大,按下式进行计算:
d-2(kl+q)≥50 mm。
其中,d为钻孔咬合桩的设计咬合厚度;l为桩长;k为桩的垂直度;q为孔口定位误差容许值。
3.3常见问题处理
1)遇地下障碍物的处理方法,在进行钻孔咬合桩施工前必须对地质情况十分清楚,否则会导致工程失败。对一些比较小的障碍物,如卵石层、体积较小的孤石等,可以先抽干套管内积水,然后再吊放作业人员下去将其清除即可;2)克服钢筋笼上浮的方法,由于套管内壁与钢筋笼外缘之间的空隙较小,因此在上拔套管时,钢筋笼将有可能被套管带着一起上浮。为防止此类情况发生,可选用小粒径骨料,可在钢筋笼底部焊上一块比钢筋笼直径略小的薄钢板以增加其抗浮能力,也可采取分段施工接头的处理方法;3)往往一台钻机施工无法满足工程进度,需要多台钻机分段施工,这就存在先施工段的接头问题。采用砂桩是一个比较好的方法。在施工段与段的端头设置一个砂桩(成孔后用砂灌满),待后施工段到此接头时挖出砂灌上混凝土即可;4)事故桩的处理方法,造成钻孔咬合桩的施工未能按正常要求进行而形成事故桩,对这类桩可采取背桩补强、预留咬合企口等措施进行处理。
摘要：针对目前国内对咬合桩的受力变形分析不足,缺乏合理设计计算方法的问题,介绍了咬合桩的基本概念和特点,阐述了咬合桩刚度计算方法和钻孔咬合桩施工工艺及技术要点,以期进一步推广咬合桩工法的应用。
关键词：咬合桩,刚度,计算方法,技术要点
参考文献
[1]刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.
[2]刘建国.钻孔咬合桩设计与施工[J].隧道建设,2000,1(4):34-36.
[3]唐琦龙.钻孔咬合桩在深基坑围护施工中的应用[J].住宅科技,2003,1(9):29-31.
[4]黄一清,简绫.深基坑围护中钻孔咬合桩的运用[J].上海建设科技,2004,1(1):30-32.
[5]贾洪斌.钻孔咬合桩的受力机理及在软土地层中的应用[J].山西建筑,2007,33(4):112-113.
浅谈咬合桩施工适宜地质条件 篇2
地下空间综合开发的高潮，使深基坑工程得到空前的重视和发展。以往城市深基坑围护结构中应用的钻孔桩多以相切或相离形式布置，这种类型的围护结构虽能起到挡土作用，但对于地下水较丰富的南方沿海城市来说，其止水效果很不理想。这一方面造成了开挖困难，另一方面还影响围护结构内部的主体结构施工，直接增加了降、排、堵水费用。咬合桩虽然在国外有成功先例，但那是依靠其先进的机械设备完成的。目前国内的设备在动力及精度控制上尚存在一定差距，南京地铁通过施工前的充分调研分析论证、施工中的改进优化，在南京地铁明发广场站成功应用了钻孔咬合桩工法，以工艺上的改良弥补了机械设备的不足，具有一定的推广价值。
本文着重介绍利用套管钻机在成桩过程中地质条件工程成本的影响，成桩质量的影响，以及未来开挖后主体结构实施过程中基坑的稳定性，这三点原因综合判断钻孔咬合桩工程实施成败的重要依据。
1 工程概况以及工艺介绍
1.1 工程背景
南京地铁三号线明发广场站围护结构咬合桩，第一次被我公司运用于工程实践，并取得了良好的效果和开端。车站主体围护结构采用Φ1000@750钻孔咬合桩，咬合桩的桩底插入K1g-3中风化泥质粉砂岩2.5m，标准段桩长24.3m，端头段桩长26.4m。
1.2 咬合桩工艺背景及原理概况
钻孔咬合桩是一种新型深基坑支护结构，于1999年首次应用在深圳地铁支护工程。采用钻孔咬合桩作地下工程深基坑的围护结构在国外有成功的工程实例、成熟的施工经验与工法。钻孔咬合桩是由磨桩机成桩，桩与桩之间相互咬合，应用混凝土超缓（超过60h）技术使先后成桩的混凝土凝结成一整体，形成能够共同受力的、致密的止水帷幕。其采用B桩（素混凝土）与A桩（钢筋混凝土）交错布置，相互咬合的形式构成排桩墙体结构。它是在地面上采用一种全套管钻孔机械，沿着深开挖工程的周边轴线，依靠外套管为护壁；先施作B桩单桩成孔；采用水下灌注法，浇注超缓混凝土成桩，利用B桩缓凝时间，在相邻两B桩之间下压外套管，对其桩身混凝土进行切割成孔，并施作圆形钢筋混凝土桩，完成咬合工作。如此逐桩咬合进行，以筑成一道连续的钢筋混凝土排桩墙体，作为截水、防渗、承重、挡土结构。
钻孔咬合桩适用于含水砂层地质情况下的地下工程深基坑围护结构，由于钻孔咬合桩的钢筋混凝土桩与素混凝土桩切割咬合成排桩围护，对基坑开挖的防水效果很好。由于采用的是素混凝土桩与钢筋混凝土桩相间布置，其工程造价在同等地质条件下比连续墙降低40%左右，比人工挖孔桩降低20%左右。钻孔咬合桩能否保证基坑开挖的安全与防水，关键在于钢筋混凝土桩与素混凝土桩的咬合质量，具体体现在单根桩的成桩应达到3‰的垂直精度。钻孔咬合桩是一种新型的基坑围护形式，它具有占地面积小，操作灵活的优点。由于旌工采用液压磨桩机垂直下压钢套管，可随时监测调整垂直度，所以能很好地控制桩的垂直度。桩间搭接可靠，易于形成封闭，止水效果好，可省去止水帷幕，降低围护结构成本，加快工期，缩短时间。在本工程中磨桩机器无噪声，在成孔过程中磨桩机下压钢套管超前开挖面2～4m，配合旋挖钻挖取钢套管中的土体，形成孔位，无泥浆施工。在平衡开挖过程时采用灌水施工，因为有钢套管的超前支护不会出现缩径和孔径的坍塌。在灌注过程中，钢套管随着混凝土面的上升逐段拔出，不影响混凝土的浇注质量。由于没有泥浆不仅减少施工成本，而且对周围环境无污染。
2 工程地质
明发广场站拟建场地地貌单元属于岗地-岗间坳谷区，坳谷地段分布有新近沉积的软-流塑状粘性土，基坑开挖深度范围内以(2)-1c3粉土、(2)-2b4淤泥质粉质粘土、(2)-3b3-4粉质粘土为主，具有扰动后易变形、涌土的特点；基坑紧贴农花河。
3 地质条件对咬合桩成桩质量的影响
3.1 淤泥粉质粘土层对咬合桩的影响
很多专家学者的文章都在提到咬合桩适合于软土层，甚至是首选。地质条件在实际的施工生产中非常重要，由上文描述可以看出，主要穿越的地层为淤泥粉质粘土，以及粉质粘土，由于咬合桩实施的主要工具之一就是从地面至孔底的钢套管，由于粘土层太厚，约占据孔深的三分之二深度，导致扩孔系数的增大，扩孔系数从两方面增大[1]，第一，在向上拔取套管的时候，套管外避均附有厚5cm—8cm厚度不等的淤泥，无形中将孔径扩大5cm—8cm；第二，在向上提取外套管的一瞬间，由于混凝土容重远远大于土体容重，并在第一条原因的基础上，混凝土瞬间向孔壁四周挤压，形成了软土地质中特有的“桩身将军肚”。在基坑开挖后，大面积侵限桩的凿除验证了当时混凝土严重超方的设想，使原材料和人员投入的成本大幅度提高。
淤泥质粉质粘土另外一个较坏的影响，就是容易产生活塞效应[2]，在淤泥层抓土时，冲击抓斗从较高的地方落下，嵌入淤泥层较深，用力向上提取的过程，及其容易对周边孔位的土体产生影响，尤其是a-2b4淤泥粉质粘土层，该土层具有一定的流动性,极易让已经灌注成桩的桩体混凝土发生窜管现象，所谓窜管现象就是已经灌注好的素混凝土隔着一根或者几根桩的孔位，混凝土面下沉，并流入到其他地方的现象。例如B1是刚刚关注完成的素混凝土桩，B2是正在实施取土的素混凝土桩，B1的混凝土面在B2取土a-2b4层时，下降了50cm或者一米，在实施A2的时候，套管底部的刀齿已经超越了B1的桩底，仍然能抓出为初凝的混凝土，就说明B1的混凝土不足，并窜到别的桩位，这样一来，超灌量就无法保证桩顶的混凝土质量，或者会给后续施工造成接桩等不必要的工序。
3.2 咬合桩设备的勘岩能力
从明发广场的设计要求和咬合桩施工情况综合来看，全套管液压钻机的入岩能力较差，进入k1g-3中风化岩层2m就很难继续堪岩，由于冲击抓斗冲出的孔底为尖锥形，制作好的钢筋笼也无法下到标高位置，只有素混凝土，没有实际的意义，达不到设计的桩体强度，在入岩较深的桩位上施工，最后的50cm至1m是之前所有土层所用的取土时间的总和还要多，有时不得不考虑下一根钢筋桩时间和素桩的缓凝时间，必须停止冲击，强行灌注，所以，入岩能力差，成为了咬合桩施工的一个致命弱点。如果有大面积的未到标高，在基坑开挖以后，对于整个基坑的稳定性会有较大影响。
由于进入中风化约1.5m以后，套管底的刀齿已经无法继续切割中风化岩石，套管无法进尺，冲击抓斗需要从更高的高度做自由落体运动，冲击岩石，这样一来，冲击抓斗的抓片很容易卡在刀齿与岩石的接缝处，使冲击抓斗无法上提，在现场施工过程中，履带吊会由于用力过大，钢丝绳突然崩断；还有可能导致履带吊的大臂直接弹出，大臂垂直地面，使后部的弹力伸缩拉杆直接作废。
4 总结
4.1 在咬合桩的充盈系数过小（≤15%），本种施工工艺不易选择在软土层中适用，及易增加成本，影响桩长质量，后序施工带来的不便等问题；
4.2 由于全套管钻机的勘岩能力较差，对于深基坑，岩面较高，对嵌岩深度有严格要求的（入岩k1g-3≥2.5m）围护结构，不宜采用咬合桩施工工艺，将对基坑稳定性可能有较大的影响。
4.3 咬合桩导墙若采用带有预留筋的预制结构而代替现浇结构，不仅可以更加方便施工，而且经济性更好等等。
参考文献
[1]鄢泰宁,范新庭.灌注桩充盈系数及其直方图的分析与应用[J].探矿工程,1996(03).
[2]赵兴君,何志元,刘杰,郝凤山.钻井中的活塞效应问题及解决途径.材料物理与化学专业,博士论文,2000年度.
浅谈钻孔咬合桩的施工及质量控制 篇3
关键词：咬合桩,原理,质量控制,应急处理
钻孔咬合桩是当前建筑施工领域中一种新型的深基坑围护结构,采用全套管施工,桩与桩之间排列紧密且相邻排桩间部分桩周相嵌,相互咬合。与以往人工挖孔桩、钻孔灌注桩、地下连续墙相比,钻孔咬合桩具有造价低、施工相对容易、防渗性能高、环境污染小且安全风险低等独特的优点,适用性非常强。
1 工程概况
拟建工程征地面积为16620.5m2, 总建筑面积为56208.3m2,其中地下建筑面积12039.5m2,主要由26F和35F两栋高层(1#、2# 楼)住宅楼及其配套商业楼等组成,该项目东侧为湖前河(距离13m),有驳岸,南侧为道路(距离10m),有煤气、自来水、通信管线,西侧为怡景小区住宅楼(距离9m),有雨水、污水管线,北侧为铁路(距离15m)。基坑边北侧铁路是重大的监测点,其中1# 和2# 住宅楼下部设二层满堂地下室,地下室高度为9.30m,建筑物总高度为98.30m,地下开外深度最大达10.8m。
根据地质勘探结果显示,场地岩土层岩性及分布情况自上而下地层依次为:(1)杂填土、(2)粉质粘土、(3)层淤泥质土、(4)层粉质粘土、(5)层卵石、(6)层砾砂、(7)层全风化花岗岩、(8)层强风化花岗岩、(9)层中风化花岗岩。地下室底板在(5)层卵石层。由于(3)层淤泥质土含水量较高、土质松软和周边复杂环境,为了尽量减小土体变形、避免开挖面失稳和周边构筑物、建筑物地基与基础下沉产生质量安全事故,本工程采用钻孔咬合桩+ 两道水平内混凝土支撑的围护结构,钻孔咬合桩桩径1.0m,间距0.8m,咬合部分最大厚度为0.2m,灌注桩混凝土采用水下C30(止水桩为C15),坍落度为18~22cm。保证本工程咬合桩施工质量是重中之重。
2 钻孔咬合桩施工工艺原理
钻孔咬合桩施工一般采用全套管钻机,同时配备一台50t起重机进行。其施工工艺原理是在相邻的混凝土桩身互相切割相嵌而形成的具有防渗连续挡土支护结构[1]。为了方便混凝土的切割,咬合桩的排列方式一般采用一条超缓混凝土(A桩)和一条钢筋混凝土桩(B桩)间隔布置,成孔顺序为先A桩后B桩。A桩采用超缓凝混凝土,B桩的施工必须在A桩混凝土初凝之前完成,施工时利用套管钻机切割掉与A桩重叠的混凝土,从而实现桩与桩之间的咬合。
具体的成孔顺序为A1→A2→B1→A3→B2→A4→B3→……→An→Bn-1。施工中由于一般采用多台钻机分段同时进行施工,需要在施工段与段的端头设置1 个砂桩,以解决接头问题。
3 钻孔咬合桩施工中关键环节的质量控制
钻孔咬合桩施工工艺流程为:场地平整→测放桩位→桩顶导墙施工→吊装安放套管→套管钻机就位对中→抓斗取土,套管钻进→孔深和垂直度测量→清孔→B桩吊放钢筋笼→安装混凝土导管→混凝土浇筑→回桩填孔→桩机移位。在施工中不仅应严格执行每一道工序,做好施工资料的收集和对比,也应明确施工中的关键环节所在,并在施工中进行良好的质量控制以保证工程质量。
3.1 导墙施工的质量控制
导墙施工是钻孔咬合桩施工的第一步,主要目的在于保证咬合桩定位的精准性、确保钻孔平稳。施工前应根据施工设计和钻机尺寸的要求,在桩顶设计混凝土导墙,导墙上定位孔直径比桩大20mm,孔口定位误差允许值q=±10mm[2]。施工中的注意事项:平整场地;场地平整万之后根据设计图纸测放桩位;桩位放样线符合要求后人工进行导槽开挖,之后将中心线引入沟槽下,确保导墙中心线无误,并控制模板施工。导槽施工结束后依次进行钢筋绑扎、模板施工、混凝土浇筑施工。混凝土浇筑完12h内覆盖并进行养护,拆模时立即架设2 道支撑,避免导墙失稳。为避免导墙受压变形,禁止在导墙上放置重物。
3.2 单桩施工的质量控制
导墙施工完毕之后,导墙中心误差定位不超过20mm,强度达到预设要求之后,定位排桩中心,将套管钻机抱管器中心对准导墙孔位中心。对位之后安装第一节套管(长度6~8m),用抓斗加压下切从套管内取土,边取土边下压套管,施工中要准确计算套管入土深度,确保入土深度至少比设计孔深大20cm。第一节套管全部压入土中之后,及时清除孔底残渣。为了保证桩底有足够的咬合量,还须检测成孔垂直度,主要有地面监测和测环检查这2 种方式。地面监测是对位于地面以上的套管外壁进行垂直度检查,可以在地面选择两个相互垂直的方向,用线锤或测斜仪进行校核,并使用互相垂直的两台经纬仪复核,发现偏差及时纠正。每节套管压完之后,要注意暂停施工,用测环对孔内垂直度进行检查,检测合格后将则安装第二节套管继续施工。桩与桩之间的咬合厚度依据桩的长短来选取,桩越长,咬合厚度应越大。
3.3 超缓混凝土的质量控制
超缓凝混凝土的质量控制是钻孔咬合桩施工中尤为重要的部分,它不仅对缓凝时间有要求,对混凝土的后期强度、坍落度等也有严格的要求。
3.3.1 缓凝时间要求
第一序桩混凝土缓凝时间应该根据施工工序所要求的时间来确定,同时与施气候、地质条件、桩长、桩径等有直接的关系。计算时可以参考以下公式:
T=3t+k
式中,T为第一序桩混凝土缓凝时间,t为单桩成桩所需时间,k为预留时间(24h)。从工程经验来看,为保证A桩的缓凝效果,保证两桩的浇筑质量,素混凝土初凝时间应≥60h,终凝时间≥72h,3d强度≤3MPa,28d强度应达到设计要求。本工程由于工程需要,单桩成桩时间t为13h,由上述公式可以计算出,超缓混凝土缓凝时间需要达到63h以上。
3.3.2 超缓混凝土配置和浇筑要点
工程中采用的超缓混凝土应协同厂家、施工方、监理方三方参与进行试配。同时对混凝土的粘聚性、坍落度、抗压强度等进行计算,确保到场的集料、水泥、缓凝减水剂等材料符合要求,坚决拒绝使用不符合要求的超缓凝混凝土。配置时,首先应择确定所需材料如缓凝减水剂、掺和料的用量,其次是选择水泥品种、强度等级、粗细骨料的级配与砂率、水灰比等。最后,充分搅拌混凝土,避免由于混凝土砂率过高或过低导致混凝土和易性发生改变。浇筑时应边浇筑边拔管,保证套管底低于混凝土面2.5m以上,直至达至设计标高。
3.4 钢筋笼的加工及吊装环节的质量控制
钢筋笼制作严格按照相关规范和设计要求来进行,重点检查长度、规格、间距、焊缝、直径等指标。笼体要求完整牢固,并设置加强箍预防在运输中和吊放中产生变形。底部应做30°角的收口,以便顺利入孔[3]。同时底部设置钢筋圆片,避免钢筋笼上浮。吊装前检查钢筋笼质量,观察是否有内外侧之分,不得放反方向。确认完后采用50t起重机进行吊装,逐点下放。下放中,应吊直扶稳钢筋笼,对准孔位缓慢下沉,避免摇晃。
4 施工中特殊情况的应急处理
由于特殊的地质条件和水文环境,地下水分布位置和水量有所差异。为确保施工顺利进行,应密切监测基坑数据,遇到一些特殊情况及时进行科学判断和处理,常见的情况主要有:
4.1 垂直度偏差过大
桩的垂直度应控制在<0.3%[4]。在施工过程中如果发现垂直度偏差过大,需要进行纠偏。如果套管下压入土5m以下发现偏移,可利用钻机直接纠偏,也可向套筒内填砂或混凝土,边填边把向上拔升套管直至上一次合格的位置重新调直套管。
4.2 管涌
管涌的产生主要有两种情况。其一,B桩的施工是A桩混凝土初凝前进行,由于这时候A桩混凝土尚未凝固,施工中混凝土有可能通过两桩相交的区域用于B桩内,产生管涌现象。成空中应注意观察相邻两桩的顶面,如发现A桩下沉应立即下压套管停止施工,同时向B桩填土或注水,以阻止混凝土流动。其二,施工地面以下含有砂层,含水量高,套管刚压入砂层时容易产生管涌。施工中应随时观察孔内情况,尽量把套管压入砂层2~4m,管涌发生时,需向孔内注水。
4.3 事故桩
在施工时常常出现“抱管”现象,这是由于成桩之后提拔套管阻力过大,钻机旋转回拔,但套管与外侧土的摩擦力大于设备的起拔力,导致钢筋笼扭转。因此,应增加设备的起拔力,小角度晃动起拔,避免全周旋转套管。 施工时如果桩体出现缺损,则需要在开挖前进行补强,一般是在事故桩坑外位置增加背桩补强,不同的桩位和补强方法应根据施工设计来进行。
5 小结
作为一种新型的基坑围护结构,钻孔咬合桩已经在我国建筑工程领域得到了广泛的应用和推广。该工法不仅可以保护建筑安全和周边环境,也能实现良好的经济效益。钻孔咬合桩造价经济,成桩垂直精度高,施工中由于采用全套管护壁,桩与桩之间在缓凝前咬合结成一体,终凝之后抗渗能力强,可以有效预防管涌现象的产生,也很好地实现了支护、承重、止水的效果,适用于沿海地区地质条件下的地下工程施工。本工程的实践也证明,尽管在施工过程中钻孔咬合桩可能出现一些常见的特殊情况,但只要在设计时全面考虑到施工时的可能发生的特殊情况,加强对施工中关键环节的质量控制,应用钻孔咬合桩进行施工还是可以取得理想的效果。
参考文献
[1]YB 9258-97建筑基坑工程技术规范[S].
[2]刘建航.侯学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.
[3]刘勇,等.超缓凝大掺量矿物掺合料混凝土的配制及在钻孔咬合桩中的应用[J],建筑施工,2014(11).
咬合桩施工 篇4
一环路是由合肥市规划快速路与主干线围合成的快速环线,主要解决过境交通和城市组团间的交通转换,其线位是沿原有一环路走向,局部进行线形调整优化。
一环路北环畅通工程D标段起讫桩号为:K9+760～K11+200,即“淮南铁路以西—阜阳路以东”,全长1 440 m,含淮南铁路立交、张洼路立交、阜阳路三座立交、明光路桥改造及相应的道排工程。静止水位埋深约在地表下2.5 m～4.5 m。本项目地层分布为第四系冲洪积的黏性土、粉土及砂层,下伏白垩系(K)暗红、紫红色泥质砂岩风化带,第四系覆盖层(至中风化岩面)18 m～26 m。咬合桩分为A桩和B桩,A桩为C25超缓凝钢筋混凝土桩,B桩为C30钢筋混凝土桩。A桩内设扁形钢筋笼,B桩内设圆形钢筋笼。
2 钻孔咬合桩工艺流程
钻孔咬合桩采用全套管钻机钻孔施工,在桩与桩之间形成相互咬合排列的基础围护结构。桩的排列方式为A桩和B桩间隔布置,施工时先施工A桩后施工B桩,并要求A桩的超缓凝混凝土初凝之前必须完成B桩的施工。B桩施工时采用全套管钻机切割掉相邻A桩相交部分的混凝土,从而实现咬合。其施工顺序为A1→A2→B1→A3→B2→A4→B3→……→An→Bn-1(见图1)。
单桩的施工工艺流程:平整场地→测量桩位→施工混凝土导墙→套管钻机就位对中→吊装安放第一节套管→测控垂直度→压入第一节套管→校对垂直度→抓斗取土,跟管钻进→测量孔深→4 结语清除虚土,检查孔底→吊放钢筋笼→放入混凝土灌注导管→灌注混凝土逐次拔套管→测定混凝土面→桩机移位。
3 质量控制
3.1 原材料
水泥一般采用32.5号普通硅酸盐水泥,钢筋R235其性能应符合GB 13013-1991钢筋混凝土用热轧光圆钢筋,HRB235其性能应符合GB 1499-1991钢筋混凝土用热轧带肋钢筋。
3.2 超缓凝混凝土
要满足钻孔咬合桩的施工工艺的需要,进行超缓凝混凝土室内配合比试验应综合确定好如下技术工作:
1)应根据工程具体情况和所选钻机的类型在现场做成桩试验,来测定单桩成桩所需要的时间,并确定钻孔咬合桩混凝土缓凝时间。
2)满足水下混凝土灌注和防止“管涌”措施的需要,确定钻孔咬合混凝土坍落度,宜为16 cm～18 cm。
3)防止施工过程中遇到意外情况(如设备故障等)拖延了时间,钻孔咬合桩混凝土3 d的强度值R3d≤3 MPa。
3.3 工艺桩的施工
由于每台桩机施工机械的性能都有区别,各地段地质条件也不一样,所以咬合桩施工前必须按设计要求进行工艺桩施工,数量不得少于两个,以便核对地质情况,检验成桩设备、机具及施工工艺是否满足要求,把握好施工B桩和A桩的最佳间隔时间,并在A桩初凝前及时切割成孔施工B桩,获得相应的技术参数。
3.4 施工过程控制
3.4.1 导墙施工
为了满足钻孔咬合桩的施工精度要求,提高孔口的定位精度并提高就位效率,应在桩顶上部施工混凝土导墙。在桩位放样线符合要求后方可进行沟槽的开挖,开挖结束后对基槽整平夯实;模板采用自制整体钢模(转角处可用砖砌),加固模板采用钢管支撑;导墙上预留定位孔的直径应大于钻机套管外壁直径2 cm～4 cm。混凝土浇筑时两边对称交替进行,振捣均匀,要防止在一处过振而发生走模现象。
3.4.2 钻机就位
待导墙有足够的强度后,钻机即可就位,把钻头吊起进行钻机对中、整平工作,保证套管钻机抱管器中心线对应定位在导墙孔位中心。精确度应控制在5 mm以内,并应做好检查记录。
3.4.3 取土成孔
冲抓取土时应控制冲抓的落差高度。避免因落差过大引起振动过大而造成地表沉降超过施工允许范围,以及避免冲抓切入土层的深度过大,造成冲抓被管靴卡住而无法取出。施工时先压入第一节套管(每节套管长度约7 m～8 m),压入深度约2.5 m～3.0 m,然后用抓斗从套管内取土,一边抓土,一边下压套管,要始终保持套管底口超前于取土面且深度不小于2.5 m;第一节套管全部压入土中后(地面以上要预留1.2 m～1.5 m,以便于接管),检测成孔垂直度。
成孔进入持力层时,应轻挖慢进挖掘,以免造成持力层松动,影响桩体承载力。
桩的垂直度控制方法。桩的垂直度控制标准在桩长的3‰以内,钻机进场前在平整地面上进行套管顺直度的检查和校正,首先检查和校正单节套管的顺直度,然后按照桩长配置的套管全部连接起来进行整根套管(15 m～25 m)的顺直度检查和校正,偏差宜小于15 mm。
管涌问题的防范。在成孔过程中,依据套管的最大切割下压能力,轻抓慢挖,减小对孔底土层的扰动。
3.4.4 安放钢筋笼
经监理工程师验孔全部合格后,即可进行钢筋笼的吊装工作。把事前按照图纸要求及分配长度进行调直、切断、弯曲、绑扎的钢筋,加工成钢筋笼骨架,用拖车运输至钻机旁,钢筋笼存放场地应平整,保证钢筋笼不受损变形,骨架长度由起吊设备的高度控制,一般每7 m～9 m做成一节,骨架一般分段焊接,钢筋笼的接长,可采用搭接焊和挤压套管连接,焊接时注意焊条和电焊钢管的使用一定要符合规范要求。
3.4.5 灌注混凝土
混凝土采用导管法进行灌注,导管内径为25 cm～35 cm,导管使用前要进行闭水试验(水密、承压、接头抗拉),合格的导管才能使用,导管应居中稳步沉放,不能接触到钢筋笼,以免导管在提升中将钢筋笼提起,导管可吊挂在钻机顶部滑轮上或用卡具吊在孔口上,导管底部距桩底的距离应符合规范要求,一般0.25 m～0.4 m,导管顶部的贮料斗内混凝土量,必须满足首次灌注剪球后导管底部能埋入混凝土中0.8 m～1.2 m,施工前要仔细计算贮料斗容积,剪球后向导管内倾倒混凝土宜徐徐进行,防止产生高压气囊。
3.4.6 分段施工接头的处理方法
本路堑支护体系全部采用钻孔咬合桩,为保证工程进度,往往一台钻机施工无法满足工程进度,需要多台钻机分段施工,这就存在与先施工段的接头问题;同时一环路交通繁忙,桥梁施工将对现状交通有一定程度的影响,本工程采取分段施工措施,尽量减少对交通的影响,就会增多咬合桩接头。为处理好施工段的接头,实现咬合桩的支护、承重和止水三重功效,采用砂桩是一个比较好的办法。
4 结语
1)张洼路立交桥基础工程靠近河道,工程地质条件、工程环境复杂,且地下水丰富,水位较高,采用咬合桩有较强的针对性, 桩心咬合,防水效果好,成孔垂直精度高;实现了支护、承重和止水三重功能。避免采用其他设计而造成基础的大开挖,加快了施工进度,保证了施工质量,效果明显。
2)钻孔咬合桩采用全套管钻机成孔, 套管护壁,没有塌孔,没有泥浆,机械设备噪声低,振动小,大大减少工程施工时对环境的污染,有利于文明施工;同时也没有扩孔、缩孔、断桩等常见的钻孔灌注混凝土桩的通病,从而杜绝了混凝土浪费,使桩身质量得到有效控制。
3)咬合桩的关键工序为全套管成孔和成桩的垂直度控制以及混凝土超缓凝技术。施工过程中编制此工序专项施工方案,做好施工技术交底,加强质量监控,就能避免施工过程中的常见事故,加快施工进度,保证施工质量。
参考文献
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咬合桩施工 篇5
进入20世纪80年代以后, 随着城市化建设的不断发展, 对城市土地的开发和利用己经向立体空间方向发展, 城市高层建筑的发展速度的加快使基坑深度的纪录在不断的被刷新, 给工程施工提出了新的要求。
1.1国内外钻孔咬合桩应用的现状
随着城市化的不断进行, 土地利用成本将越来越昂贵, 受周边条件制约的因素越来越多, 工程项目的建设需要考虑节约投资, 并且充分利用规划红线范围内的土地。地铁、地下车站、地下停车场等等多种地下民用和公用的地下设施不断增加。这些表明, 基坑向深、大的方向发展的趋势已经越来越明显。
传统的基坑支护结构形式有很多, 比如:地下连续墙、重力式挡土墙、锚杆等等, 随着多年的发展, 这些支护技术己经成为了支护形式的主流, 但随着对基坑支护的要求越来越高以及土地资源成本越来越高, 当采用地下连续墙等结构形式时, 在必须留出的墙厚空间的同时, 还需要在地下建筑物的外侧预留出足够的操作空间, 这种操作空间的预留造成了土地资源的浪费。而近年来新近出现的型钢水泥土搅拌桩 (SMW) 、钻孔灌注桩加搅拌桩等新型的支护等工艺, 对施工现场的环境要求过高。因此, 为了保证建设工程的最终成果, 必须大胆引进某些新的工艺方法, 钻孔咬合桩就是其中之一。
钻孔咬合桩是国内较为公认的深基坑工程围护结构中的新技术、新工艺, 该工艺作为地下工程深基坑的围护结构在国外已经有了数十年的发展历史, 施工工艺也较为成熟, 施工经验较为丰富。在我国大陆地区, 1999年在深圳地铁一期工程l0标段 (会展中心站至购物公园站) 隧道明挖段的基坑支护中首次采用钻孔咬合桩, 并取得成功, 随后在长江中下游地区的南京、上海、杭州等地的深基坑支护工程中也相继采用了钻孔咬合桩工艺进行施工, 并且都取得了成功。
1.2钻孔咬合桩的基本原理
钻孔咬合桩在施工中利用摇动装置的摇动 (或回转装置的回转) 使钢套管与土层之间的摩阻力逐渐减小, 通过摇振 (或回转) 使得土层松散, 同时利用抓斗冲击取土, 直至套管下压到设计桩端为止。挖土完毕后, 立即进行孔深测定, 合格后清除虚土, 即成孔完毕, 其后吊放钢筋笼, 接着将混凝土导管竖立于钻孔中心, 灌注混凝土成桩。常见的咬合桩有素混凝土桩 (以下称“素桩”) 和钢筋混凝土桩 (以下称“荤桩”) 的相互咬合、圆形钢筋笼荤桩相互咬合和矩形钢筋笼荤桩与圆形钢筋笼荤桩相互咬合三种类型。
目前, 素桩与荤桩相互咬合的形式最多见, 该工法在咬合桩施工结束后, 且桩身混凝土达到设计强度时, 开挖基坑, 此时素桩不仅起到止水防渗的作用, 同时与荤桩协同作用, 共同挡土。当截面弯矩较小时, 素桩全截面承担荷载, 随着挖深的增加, 截面弯矩增大, 受拉区的混凝土逐渐退出工作, 受压区逐渐减小, 素桩承担的弯矩逐渐减小, 弯矩主要由荤桩承担。
2钻孔咬合桩施工工艺及流程
2.1导向墙施工
为了提高钻孔咬合桩孔口的定位精度并提高就位效率, 钻孔咬合桩施工第一步是咬合桩成桩前在桩项部两侧施作混凝土导墙或钢筋混凝土导墙。在钻进前先对施工作业场地地面进行硬化处理, 然后进行导向墙施工。
2.2单桩的施工工艺
以荤桩为例, 单桩的施工工艺流程如图1:
2.2.1护筒钻机就位。
当定位导墙有足够的强度后, 用吊车移动钻机就位, 并使主机抱管器中心对应定位于导墙孔位中心。
2.2.2
弧斗随着从护筒内取土, 一边抓土一边继续下压护筒, 待第1节全部压入后 (一般地面上留1～2m, 以便于接筒) 检测垂直度, 合格后接第2节护简, 如此循环至压到设计桩底标高。
2.2.3吊放钢筋笼。
对于荤桩, 成孔检查合格后进行安放钢筋笼工作, 此时应保证钢筋笼标高正确。
2.2.4灌注混凝土。
如孔内有水, 需采用水下混凝土灌注法施工;如孔内无水, 则采用干孔灌注法施工并注意振捣。
2.2.5拔筒成桩。
一边浇注混凝土一边拔护筒, 应注意保持护筒底低于混凝土面≧2.5m。
素桩施工工艺与荤桩基本相同, 只是没有吊放钢筋笼这一工序。
2.3排桩的施工工艺流程
咬合桩排桩的施工流程:Al—A2一Bl—A3一B2一A4一B3…, 如图2所示。
2.4钻孔咬合桩的施工要点
2.4.1
在成孔前将钻机用测量仪器校正找平, 成孔机具中心与桩中心一致。
2.4.2
围护桩桩孔垂直度不应超过3‰, 灌注桩成桩中心与设计桩位中心偏差不大于10㎜, 桩底沉渣厚度不大于lOO㎜, 桩身因扩颈造成局部突出不应大于lO㎜。埋设第一、二节套管的垂直度, 是决定桩孔垂直度的关键。在套管压入过程中, 用经纬仪或测锤不断校核垂直度。当套管垂直度相差不大时, 固定下夹具, 利用上夹具来调整垂直度;当套管垂直度相差较大时, 回填砂土后拔出来重新埋设。
2.4.3
素桩混凝土缓凝时间的确定。素桩混凝土缓凝时间根据单桩成桩时间来确定, 单桩成桩时问与地质条件、桩长、桩径, 和钻机能力等有直接联系。素桩混凝土缓凝时间可以根据公式1来确定。T=3t+K (1)
式中:T—素桩混凝土的缓凝时间 (初凝时间) ;K—储备时间, 一般取10～15h;t—单桩成桩所需的时间。
单桩成桩时间需根据工程地质条件, 通过试桩来确定。假设t=11h/桩, 根据上式可得出素桩混凝土缓凝时间为50h。因此钻孔成孔时间须满足素桩在缓凝5O～60h内完成2次切割咬合, 且在素桩初凝前, 必须完成荤桩施工。
2.4.4
在穿过砂层时, 为防止孔内涌砂, 可采取在孔内注水的措施, 提高孔内水头高度, 避免涌砂。当涌砂特别严重时可采取加注泥浆加大比重的办法来解决。使用抓斗无法抓取细砂时, 可采用高压风吹吸的方法进行孔内抽砂。
2.4.5
钻机开始施工后尽可能的持续进行, 在施工中若遇机械故障或施工安排等其他原因停工时, 成孔施工被中断, 被咬合部分的混凝土已具有一定强度, 可能发生套管切割相邻混凝土困难而不能预先压入套管, 可采取先用冲抓斗超挖40～50㎝, 然后用20kN的凿岩锥, 将相邻桩咬合部分的混凝土先行击碎, 再进行压管操作。
3钻孔咬合桩施工中常见故障及其处理方法
3.1桩孔偏斜
3.1.1
发现钢套管有倾斜的趋势时, 立即通过反复摇动、微量扭、挪套管支座等方法将套管倾斜消除在初始状态。
3.1.2
如垂直度偏斜超过3%。无法靠桩机本身调整时, 采取向孔内填砂, 向上拔出套管, 重新校正精度和成孔。
3.1.3
无法利用套管钻机重新成孔时, 在待处理桩位的两侧注浆, 形成隔渗帷幕以拦截地下水。
3.2钢筋笼上浮
由于套管内壁与钢筋笼外缘之间的空隙较小, 在上拔套管的时候, 钢筋笼有可能被套管带着一起上浮。预防措施主要有:
3.2.1
荤桩混凝土所用骨料的粒径应小一些, —般不宜大于20㎜。
3.2.2
在钢筋笼的底部焊上一块比钢筋笼直径略小的薄钢板, 以增加其抗浮能力。
3.2.3
必须安装钢筋笼导正器。
3.2.4
混凝土灌注必须按操作规程进行。
3.3混凝土灌注时缩颈处理
3.3.1
在地下水位以下或饱和淤泥或泥质土中下压套管时, 土体受强制扰动挤压, 但土中的水和空气未能很快扩散, 局部产生孔隙压力, 当套管拔出后, 部分桩体受挤压会形成缩颈。遇到这种情况, 施工时可每次向桩孔内尽量多装混凝土, 借其自重抵消桩身所受到的孔隙水压力, 一般可将孔内混凝土高于地面或地下水位1～1.5m, 使之有一定的扩散力。
3.3.2
桩身间距过小, 施工时会受到邻桩的挤压, 形成缩颈, 故宜采用跳打法施工。跳打应在相邻成形的桩达到设计强度的60%以上时进行。
3.3.3
桩的拔套管速度不得大于0.8～1.Om/min。若拔管速度过快, 混凝土来不及上翻, 会被泥土填充, 因而形成缩颈。
3.4“管涌”处理
施工中发生管涌一般有两种情况:一、随着钻孔深度增加和套管的摇动, 淤泥质粘土和砾质粘土在饱和压力水作用下, 软化呈流塑状, 引起管涌;二、在荤桩成孔过程中, 由于素桩混凝土尚未凝固, 还处于流动状态, 素桩混凝土有可能从荤桩与素桩相交处涌入荤桩孔内, 也可能发生管涌。
克服“管涌”有以下几个方法:
3.4.1
在成孔过程中缓冲轻抓, 减小对孔底土层的扰动。
3.4.2
A桩混凝土的坍落度应尽量小一些, 以便于降低混凝土的流动性。
3.4.3
加长桩机套管, 套管底口始终保持超前于开挖面一定距离, 孔内留足一定厚度的反压土层, 形成瓶塞效果, 阻止混凝土流动如果钻机能力许可, 这个距离越大越好, 但至少不应小于1.0m。
3.4.4
如果遇地下障碍物套管无法超前时, 可向套管内注入一定量的水, 使其保持一定的反压力来平衡素桩混凝土的压力, 以阻止“管涌”的发生。
3.4.5
荤桩成孔过程中应注意观察相邻两侧素桩混凝土顶面, 如发现素桩混凝土下陷, 则应立即停止荤桩开挖, 并一边将套管尽量下压, 一边向荤桩内填土或注水, 直到完全制止住“管涌”为止。
3.5遇地下障碍物的处理
钻孔咬合桩素桩超缓凝混凝土要受到时间的限制, 遇到地下障碍物处理起来比较困难, 因此它一般适用于软土地层的地质环境中, 而不宜在岩层中施工。施工前必须对地质情况了解清楚, 对一些比较小的障碍物, 如卵石层、体积小的孤石等, 可以先抽干套管内积水, 然后再吊放作业人员下去将其清除。当需进行桩端嵌岩时, 可采用十字冲锤进行冲击钻进, 至设计标高处。
3.6分段施工接头的处理
如果基坑主体围护结构全部采用钻孔咬合桩, 为保证工程进度处理好施工段的接头, 实现咬合桩的三重功效, 在施工段的端头部位应设置一个砂桩 (成孔后用砂灌满) , 后续段施工时挖出砂, 灌注混凝土即可, 如图3所示。
目前经过大量的工程实践, 钻孔咬合桩在国内已成为一项十分成熟的支护结构施工技术, 在地铁、道路下穿线、高层建筑物等城市构筑物的深基坑工程中已广泛推广, 特别适用于有淤泥、流砂、地下水富集等不良条件的地层。
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咬合桩施工 篇6
南京地铁三号线清水亭西路站位于南京江宁开发区清水亭西路与长亭路交叉路口西侧, 沿清水亭西路东西向布置。车站有效站台中心里程为K38+723.954, 设计分界里程为K38+515.654至K38+800.504, 车站为10.5 m标准岛式站台地下两层双跨 (局部三跨) 矩形框架结构, 现状车站总长286.25m (含折返线) , 标准段宽19.6m, 底板埋深16.7m;端头井段宽23.6m, 底板埋深18.0m。车站覆土厚度约3.7m, 局部2.8m。车站共设3个出入口、2个疏散通道和2组风亭, 其中一号出入口预留。车站东西两端接盾构区间, 均为盾构始发井。
车站北侧为凌云股份、南京日恒物流设备有限公司、新星德尔塔电子有限公司等单层房屋, 南侧为颐和南园小区11~22层高层住宅, 均距离车站较远 (距主体结构水平净距大于30m) 。车站北侧220KV高压塔 (基础14m×14m) 距车站水平距离约11.69m;车站东端220KV高压塔 (基础14m×14m) 距车站水平距离约40.07m;架空220KV高压电缆位于北侧1号出入口及1号风道上方, 悬高约15.4m。沿清水亭西路DN500污水管 (埋深4.6m) 和DN800雨水管 (埋深3.6m) 纵穿车站, 已改移。
本站采用明挖顺作法施工, 车站围护结构采用Φ1000@800的套筒咬合桩 (一荤一素) 加内支撑的结构体系, 围护桩桩型分为三种:Z1 (标准段) 荤桩长度28.94m+止水桩长度2.0m;Z2 (标准段) 荤桩长度28.94m+止水桩长度4m;Z3 (端头井) 荤桩长度32.94m。水平内支撑体系是:断面尺寸1000mm×1000mm的桩顶钢筋混凝土冠梁, 基坑标准段采用1道砼支撑+3道钢支撑+1道钢倒撑, 端头井段采用1道砼支撑+4道钢支撑+1道倒撑。其中首道支撑均为800mm× 800mm砼撑, 其余均为 Φ609×16钢管支撑, 如图1所示。
2. 风险分析
由清水亭西路站现状知, 本工程施工过程中来自于环境跟高压线有关的工程风险主要是车站主体北侧西端临近220KV高压塔, 车站主体东端临近220KV高压塔, 1号风道东端临近220KV高压塔, 以及沿车站方向围护桩施工、东西端盾构始发井扩大端端头加固施工、基坑开挖及沿线吊装中涉及到的安全风险。
如图1所示, 220KV高压线走向与所处站位斜交, 东端头距离最近, 西端头距离最远, 从东往西发散延伸。由现场丈量得知, 围护结构钻孔咬合桩外缘在东端距离高压线水平最小距离小于6m, 此段高压线距离地面最小距离18.40m。根据JGJ46-2005《施工现场临时用电安全技术规范》4.1.4规定:在外电架空线路附近吊装时, 起重机的任何部位或被吊物边缘在最大偏斜时与架空线路边线的最小安全距离应符合4.1.4规定 (见表1) 。
由表1知满足本工程安全施工的最小距离为水平方向和竖直方向均为6m, 而在施工过程中, 若遭遇特殊季节比如梅雨期空气潮湿或者雾霾天气, 还应有一定的安全余量的考虑。
3. 防护措施分析
针对高压线下施工存在的安全风险, 本文拟分别从1高压塔的安全应对, 2围护桩钻孔咬合桩施工应对, 3端头加固安全应对, 4基坑开挖吊装应对等几个方面来较为详细地分析本工程的安全防护措施, 提供所采用的解决方案。其中高压塔的应对和前文提到的1号风道的处理, 实质上是一个问题, 文中将其合并论述, 不再单列赘述。
(1) 高压塔的安全应对。
清水亭西路站沿线220KV高压线涉及到的高压塔有2座, 一座是位于桩号K38+571~K38+579, 即车站主体北侧西端, 该高压塔底部尺寸9m×9m, 单个基础平面尺寸3m×3m, 埋深约2m, 主体结构与此塔水平净距约12.7m。另一座桩位K38+823, 高压塔底部尺寸14m× 14m, 单个基础平面尺寸3m×3m, 埋深约2m, 位于车站东端, 主体结构与此塔水平净距约41m。其中1号风道位于距离东端高压塔一端, 两者的处理思路即合二为一。
对此, 针对设计文件并结合现场实际, 现场采用的应对措施为:在高压塔临近基坑的一侧打设19根 Φ800的钻孔灌注桩, 作为隔离保护桩。其中15根与基坑走向平行, 另外再在两端各打2根, 形成“┗┙”形状的保护墙, 桩顶加设一道冠梁, 进行压顶, 有效地增大了高压塔基础的刚度, 从而达到了约束变形的能力。同时在施工时对该范围基坑及高压塔基础加强监测, 必要时增加支撑或对钢支撑复加预应力以控制基坑变形。
在19根隔离保护桩施工过程中, 因为地下废弃管道影响, 15根桩的位置有一根无法打下去, 左侧转拐处有一根也无法打入, 最后采取保护桩施工完成后对高压塔基础进行整体浇筑处理, 形成一块9m×9m矩形, 高约600mm的C30整板混凝土基础, 有效地加强了其稳定性, 施工过程中还在基础的各个角布设监测点, 作为基坑开挖施工过程的变形控制依据。
(2) 围护结构钻孔咬合桩施工应对。
本工程围护结构采用的是Φ1000@800荤素交替的钻孔咬合桩施工工艺, 整个车站围护桩共计荤桩396根, 素桩396根。其中荤桩涉及三种长度的钢筋笼, Z1A类荤桩钢筋笼长31.94m, Z2A类荤桩钢筋笼长33.94m, Z3A类钢筋笼长33.94m。现场全套管式钻孔咬合桩套管为4节, 主要尺寸是2节8.4m, 1节8.6m, 1节10.6m, 合计长度为36m。对清水亭西路站围护结构与高压线水平和竖向最短距离测量分析得知, 车站东端北侧临近高压线位置有72根桩, 在施工时, 按现有设备吊装无法满足表1水平和竖直安全距离均应大于6m的要求。具体分析如下。
(1) 现场情况。
通过测量知, 围护桩钻孔咬合桩在395#桩位~466#桩位之间, 距离最外侧高压线的水平距离和距离最低端高压线的竖直距离均小于6.0m, 在此位置设备能够按常规操作的最小距离已经不满足安全要求 (见图2) 。
由此可见, 对此段全套管钻孔咬合桩围护结构施工必须采取相应技术措施, 保证设备在下套管、冲抓、安放钢筋笼、下导管以及混凝土浇筑过程的安全。
(2) 计算分析。
由上述相对距离数据, 在水平方向和竖直方向安全施工的限制条件包括三点:a.桩机或吊机安全活动范围不能超出导墙外边内侧;b.安全极限高度即设备所能升高的最高高度为地面以上不超过17m;c.符合此要求的桩位为全套管钻孔咬合桩395#~466#, 共计72根桩, 其中荤桩36根, 素桩36根, 所需钢筋笼长度均为33.69m。平面分布位置为车站东端北侧 (见图3) 。
(3) 应对措施。
为有效控制施工安全风险, 本工程采取如下施工应对措施解决此安全问题。
第一, 在确定进入本危险区域施工之前, 将作用的全套管钻孔咬合桩桩机和吊机大臂进行重新组装, 分别拆除一节大臂, 使得拆除后的桩机从地面起算高度实际变位16.67m, 吊机大臂降低后还加设挡板, 并直接将大臂加设可靠接地装置。
第二, 为保证钢筋笼吊装安全, 将33.69m的钢筋笼采取分成三节制作, 再进行分节吊装、焊接。具体的分节实施如表2所示。
其中, 搭接部位的箍筋进行预留, 节与节之间的连接方式为绑扎加搭接焊。
(3) 端头加固安全应对。
清水亭西路站东西两端的端头井, 同时作为盾构始发井, 其可靠的端头加固具有重要意义。清水亭西路站西端始发端洞底为 (3) -1b1-2可塑硬塑粉质粘土和 (3) -2b2-3可塑软塑粉质粘土, 洞身为 (2) -2b4流塑淤泥质粉质粘土和 (3) -1b1-2可塑硬塑粉质粘土, 洞顶为 (2) -2b4流塑淤泥质粉质粘土。东端头始发端洞底为 (2) -2b4流塑淤泥质粉质粘土和 (3) -1b1-2可塑硬塑粉质粘土, 洞身为 (2) -2b4流塑淤泥质粉质粘土, 洞顶为 (2) -2b4流塑淤泥质粉质粘土。
本工程勘察期间通过干钻测得地下水初见水位埋深0.5~1.5m, 地下水静止水位为0.5~3.9m, 地下水无稳定的统一水位, 随地势起伏。年水位变化幅度约0.5~0.8m, 地势低洼处常年最高水位接近地表。
弱承压水层 (3) 3-4e含砾粉砂质粘土混合土层埋深28~33m, 位于基坑底以下11 m左右, 侧向径流补给、排泄, 承压水头埋深3~4m。
为此, 清水亭西路站西端头最初的加固方案是三轴搅拌桩结合高压旋喷桩的加固方式, 后经现场三轴试搅拌发现, 此位置地质结构与勘探报告有一定出入, 较难进行搅拌, 考虑到轴搅拌机临近高压线旁施工会带来诸多安全风险的情况下, 最后经过专家论证后将方案调整为全部采用高压旋喷桩施工, 有效地控制了安全风险, 顺利完成施工。
(4) 基坑开挖吊装应对。
基坑开挖安全风险, 就清水亭西路站来说, 涉及高压线旁的吊装风险是重要的风险源, 与此有关的安全应对措施现总结如下。
(单位:m)
(1) 根据设计图纸的要求, 沿高压线搭设竹排等限高措施, 有效的将施工区域和高压线的危险范围隔离开来。
(2) 在高压线沿线满足一定安全要求的范围内吊装, 经过验算引进满足吊装要求的吊机设备。认真核算起吊物重量、臂长、起吊夹脚之间的关系, 保证起吊最大角度时, 最高和最远臂长满足高压线旁起重机的安全距离。
(3) 加强现场吊装的监理。要求承包商现场吊装, 方案先行。认真复核承包商安全施工方案与强制性国家标准的吻合性, 检查其安全吊装测量和计算数据的可靠性。
(4) 检查吊装相关人员的持证上岗情况, 设备操作人员、丝索和钢丝绳穿绑人员必须持有合格的上岗证件, 并经过承包商“三级教育”和具体的岗位教育后方能上岗作业。
(5) 吊装操作过程中, 加强专职安全人员的巡视检查。重视操作过程中的不当行为, 加强对天气等环境因素的跟踪等, 使整个吊装过程在安全、可控的状态下实施, 使工程相关方在有序的情况下推进基坑开挖的施工工作。
4. 结语
地铁车站一般处在市区交通繁忙的干道下或道路一侧, 周边建筑密集, 施工状况复杂, 不可控的因素众多, 这些都给地铁车站土建工程监理带来了非常大的挑战。本文正是出于对地铁车站近旁高压线施工的安全风险控制实践, 从技术的角度来解决安全问题, 做一些有益的总结。
参考文献
[1]中华人民共和国建设部.JGJ 46-2005施工现场临时用电安全技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2005.
[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ 160-2008施工现场机械设备检查技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社, 2008.
[3]北京城建设计研究总院.GB 50157―2003地铁设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2003.
[4]江苏南京地质工程勘察院.南京地铁三号线XK04标清水亭西路站岩土工程详细勘察报告[R].南京:江苏南京地质工程勘察院, 2011.
咬合桩施工 篇7
上白隧道干燥粉细砂地层施工难题得到了原铁道部工管中心及大西公司相关领导的高度重视,多次组织多名全国知名隧道专家到现场踏勘指导,并明确了对此种地层进行试验性施工。在长达近1年的时间内施工单位先后采用了超前密排小导管注浆(试验浆液包括注水、超细水泥浆、水泥水玻璃双液浆、改性水玻璃、化学浆液等)、深孔袖阀管后退注浆、超前大管棚注浆、插板法、水平旋喷咬合桩等多种施工工艺,同时对开挖工法及支护措施进行研究,最终明确了采取水平旋喷咬合桩超前预加固、多台阶预留核心土顺次开挖法、斜向旋喷咬合桩等关键技术,成功解决了掘进过程中流砂、滑砂难题[1]。但在前期试验性施工阶段,漏砂、涌砂等现象在开挖过程中经常发生,甚至受涌砂影响在隧道出口掌子面发生初期支护大变形,在采取了传统径向注浆先加固后换拱的处理方案失败后,一度长期时间内无法恢复正常掘进。
1 工程概况
新建铁路大同至西安客运专线上白隧道位于山西省闻喜县东镇境内,设计为单洞双线隧道,隧道全长1717m,隧道位于直线上,隧道内设单面坡,自进口至出口为14.5‰的上坡,隧道最大埋深126m,最大开挖断面187.08m2,最大开挖跨度16.4m,该隧道最大的特点为全隧洞身范围均穿越不同厚度的干燥粉细砂层,因此受单作业面施工进度影响,增加两处斜井后共六个掌子面同时施工。该砂层具有以下几个特点[2]:(1)以浅黄褐色粉细砂、细砂为主,颗粒粒径主要集中在0.075～0.25mm区间,约占总重的80%～93%,颗粒较均匀,颗粒级配差。(2)干燥,天然含水率仅为1%～3%。(3)密实状态,可注性差。(4)黏聚力低(0～2kPa),内摩擦角为30°～32°。此类砂层灵敏度高,触变性强,毫无自稳能力,受开挖扰动后立刻呈现流砂及涌砂状态,短时间内即形成堆积体,无防护时间,施工难度与安全风险极大。其中隧道出口于2011年1月受涌砂牵引影响发生初期支护大变形,最大沉降量67cm,平均沉降量49cm,共19m范围的初期支护拱架侵限需要进行换拱处理。
2 总体施工方案
通过先行恢复上台阶的正常掘进,向前开挖一定的距离形成反向处理施工的工作空间,然后封闭掌子面停止掘进,利用该工作空间,反向施工超前预加固水平旋喷咬合桩,在整个变形段外围形成超前帷幕支护,以达到防止换拱施工过程中发生漏砂甚至坍塌的目的;应根据变形段落的长度,合理确定反向超前预加固水平旋喷咬合桩的施工长度与循环数;对初期支护拱架拱脚部位采用施工超前预加固斜向旋喷咬合桩,有效控制初期支护下沉的同时,隔断了下部粉细砂层,起到超前支护的作用;在对全部变形段落的换拱工作处理完毕后,迅速完成该段落的仰拱与衬砌施工,然后恢复正常掘进施工。
3 施工关键技术
3.1 正向超前预加固水平旋喷咬合桩施工[3,4]
在上白隧道试验性施工阶段经过大量的研究与总结,针对此种特性的干燥粉细砂层最终明确了以超前预加固旋喷咬合桩为核心的综合施工技术。其中,水平旋喷咬合桩的施工参数为桩长不超过15m,桩径60cm,桩距35cm(即咬合25cm),循环搭接长度3m,外插角6%,桩体水灰比采用1(水):1.1(水泥):0.125(膨胀土),施工范围为拱部140°。(见图3)
需要注意的是,由于初期支护拱架发生沉降变形,即掌子面处拱架低于设计标高,因此经过计算,向前施工的咬合桩外插角需抬高至10%为宜(角度太大影响对砂层的预加固效果),以缩短本循环前端侵限初期支护的长度。以上白隧道该变形段为例,掌子面处拱架沉降后低于设计标高39cm,按照10%的角度计算,需开挖近4m后拱架方可立设至设计标高,受此因素影响,将来需做换拱处理的变形段长度由原来的19m不可避免的增加至23m。由于反向操作空间长度为不少于8m,因此本循环咬合桩施工长度确定为15m。(见图4)
由于为了创造反向施工的工作空间,仅上台阶向前一次性开挖12m,为了保证该长台阶工作空间的安全稳定性,该12m范围均加设了临时仰拱。
3.2 反向超前预加固水平旋喷咬合桩施工
待工作空间开挖支护形成后,开始施做反向超前预加固水平旋喷咬合桩。根据变形段长度为23m,按照两个循环施工,桩长分别为14m与15m,即两次换拱长度分别为11m与12m。其余施工参数同正常施工咬合桩参数。(见图5)
3.3 换拱施工
待反向超前预加固水平旋喷咬合桩施工完毕并在变形段周边形成有效的连续超前帷幕支护后,开始进行上台阶范围的换拱工作。换拱方向应按照反向咬合桩施工方向即从掌子面向洞外的方向进行,采用人工风镐凿除变形段侵限初期支护喷射砼与拱架,严禁爆破,按照凿除一榀立即立设一榀拱架的原则进行换拱施工。
同理,中台阶侵限拱架换拱施工需待超前预加固斜向旋喷咬合桩施工完毕后进行,同样按照单侧凿一榀即立一榀拱架的原则进行换拱施工。
3.4 超前预加固斜向旋喷咬合桩
3.4.1 斜向旋喷咬合桩作用原理
此砂层段之所以发生沉降大变形,分析原因为该段采用超前密排小导管注浆工艺进行试验施工阶段发生多次漏砂现象,导致初期支护背后存在大量上层滑落的砂层荷载;另外,初期支护拱架立设于开挖扰动后的粉细砂层上,致使通常隧道施工中控制初期支护下沉的技术手段如普通锁脚锚管、连接板部位垫设槽钢、设置扩大拱脚等均难以起到很好的控制效果。拱脚难以生根,且随着漏砂后外部荷载增大至无法承受即发生沉降大变形。因此,在粉细砂层段施工研究中发明的沿隧道下半断面砂层两侧施工超前预加固斜向旋喷咬合桩同样适用于此变形段换拱施工。其作用除了可作为下半断面砂层的超前支护外,还可作为拱架脚部支撑平台,起到控制支护脚部下沉的作用。(见图6、7)
3.4.2 斜向旋喷咬合桩施工参数
该变形段超前预加固斜向旋喷咬合桩施工参数为:桩单根长度5m,外插角约20°,桩径60cm,桩距40cm,咬合20cm,上下搭接长度2m;桩体水灰比采用1(水):0.8(水泥):0.15(膨胀土)。
3.5 变形段仰拱与衬砌跟进施工[5]
针对干燥粉细砂层段施工必须始终坚持仰拱与衬砌紧跟的原则,仰拱距离掌子面严禁超过20m;衬砌距离掌子面严禁超过30m,从此次沉降大变形同样应证了仰拱与衬砌紧跟的重要性(掌子面往后未施工仰拱段19m范围初期支护均发生变形)。
由于变形段背后荷载较大,待换拱工作结束后,立即将前方8m初期支护预留成短台阶,方便变形段仰拱与衬砌快速跟进施工,彻底杜绝安全隐患。
4 结语
1)在耗时几个月的时间内采取了多种注浆工艺进行注浆加固后仍然无法开展换拱工作,严重打击了参建各方的积极性。但通过现场人员的创新及大胆尝试,采用先向前开挖后反向换拱的全新处理措施,避免了就地处理不成功严重耽误工期的现象发生。
2)反向施工超前预加固水平旋喷咬合桩作为超前帷幕支护,加固与隔断粉细砂层、防止其滑塌;对初期支护拱架拱脚部位采用施工超前预加固斜向旋喷咬合桩,有效控制初期支护下沉的同时,还起到下部超前支护的作用等创新技术确保了换拱过程中安全稳定性。
3)实践证明,所采取的施工技术方案与传统初期支护大变形处理施工工艺相比,更有效的控制了换拱施工中可能发生的流砂、涌砂及初期支护二次破坏等现象发生,安全系数高、工艺简单、效率高,为不同程度、不同类型的粉细砂层等不良地质隧道换拱施工提供借鉴作用,针对性强。
参考文献
[1]关宝树,赵勇.软弱围岩隧道施工技术[M].北京:人民交通出版社,2011.
[2]铁道部第一勘测设计院主编.铁路工程地质手册[M].北京:中国铁道出版社,2002.
[3]张晓,杨建国,王运周,等.水平旋喷桩预支护在软弱黄土隧道中的试验研究[J].现代隧道技术,2010,47(1):36-40.
[4]卢纳尔迪.隧道设计与施工-岩土控制变形分析法(ADECO-RS)[M].北京:中国铁道出版社,2011.