覃銘然

復(fù)雜地質(zhì)條件下洞內(nèi)機(jī)械成樁施工技術(shù)

覃銘然

摘 要：文章根據(jù)北京地鐵16號線11標(biāo)蘇州街站洞內(nèi)機(jī)械成樁施工情況，闡述了復(fù)雜地質(zhì)條件下洞內(nèi)機(jī)械成樁技術(shù)，對施工過程中出現(xiàn)的問題及解決辦法進(jìn)行總結(jié)，以期對今后洞內(nèi)機(jī)械成樁施工有借鑒指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：地鐵；暗挖車站；洞內(nèi)機(jī)械成樁；施工技術(shù)

覃銘然：北京城市快軌建設(shè)管理有限公司，工程師，北京 100101

1　工程概況

北京地鐵16號線蘇州街站為雙層島式地下車站（下穿既有10號線段為單層），總長240.65 m，受下穿10號線車站控制，軌面埋深約30 m。車站主體雙層段采用暗挖PBA洞樁法實施，該段寬23.5 m，高17.12 m，覆土約14 m；車站中部下穿10號線車站為分離式平頂直墻矩形結(jié)構(gòu)形式，采用CRD暗挖法施工。車站站址周邊規(guī)劃已基本實現(xiàn)，道路兩側(cè)多為高層辦公建筑。由于車站埋深較深，地下水位高，車站邊樁及中樁均采用洞內(nèi)機(jī)械成樁施工。車站邊樁：車站雙層暗挖主體側(cè)墻及端墻外側(cè)設(shè)置邊樁作為逆作開挖的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，樁徑1.0 m，樁長22.8～27 m，相鄰樁中心標(biāo)準(zhǔn)間距1.25 m。邊樁在施工導(dǎo)洞內(nèi)施做，鋼筋通長配置，樁頂設(shè)置鋼筋混凝土冠梁，樁底采用注漿工藝提高樁基承載力，在施工工況下承載扣拱豎向荷載。車站中樁：車站中樁由鋼管混凝土柱和柱下樁基2段構(gòu)成，鋼管混凝土柱直徑0.9 m，長10 m，柱下樁基直徑1.8 m，長17.6 ～19 m，柱下樁基底采用注漿工藝提高樁基承載力。柱下樁基在施工導(dǎo)洞內(nèi)施做，通長配置鋼筋，在柱下樁基頂埋設(shè)鋼管柱定位器，并根據(jù)施工工序要求分3次澆注。柱下樁基按臨時結(jié)構(gòu)設(shè)計，在施工工況下承載鋼管混凝土柱傳下來的扣拱豎向荷載。

2　洞內(nèi)機(jī)械成樁技術(shù)

2.1洞內(nèi)機(jī)械成樁工藝

(1）人工破口。洞內(nèi)機(jī)械樁開口段利用人工挖孔護(hù)壁作為鉆進(jìn)護(hù)筒，護(hù)壁厚度15 cm，深度1.8 m，開口段直徑1.1 m（中洞開口段直徑為1.9 m），高度與工作面平齊。護(hù)壁混凝土采用C25早強(qiáng)混凝土，厚度15 cm，坍落度控制在80 ～100 mm，上下2節(jié)護(hù)壁之間搭接5 cm，確?？妆诘姆€(wěn)定性。

(2）鉆進(jìn)。鉆進(jìn)采用反循環(huán)成樁工藝，鉆進(jìn)時認(rèn)真仔細(xì)觀察進(jìn)尺和砂石泵排除渣的情況。排量減少或出水中含渣量較多時，應(yīng)控制鉆進(jìn)速度，防止因循環(huán)液比重太大而中斷反循環(huán)。加接鉆桿時，應(yīng)先停止鉆進(jìn)，將鉆具提離孔底20 cm左右，維持沖洗液循環(huán)1～2 min，以清洗孔底并將管道內(nèi)的鉆渣攜出排凈，然后停泵加接鉆桿；鉆進(jìn)時如孔內(nèi)出現(xiàn)坍孔、涌砂等異常情況，應(yīng)立即將鉆具提離孔底，控制泵量，保持沖洗液循環(huán)，吸除坍落物和涌砂，同時，向孔內(nèi)輸送性能符合要求的泥漿，保持水頭壓力以抵制繼續(xù)涌砂和坍孔，恢復(fù)鉆進(jìn)后，泵排量不宜過大以防吸坍孔壁；在鉆進(jìn)過程中，要作好泥漿的維護(hù)管理，每0.5 h測1次泥漿粘度和相對密度，根據(jù)泥漿成分的變化采取相應(yīng)的處理措施。

(3）泥漿制備。鉆孔灌注樁采用泥漿擴(kuò)壁施工，配備泥漿循環(huán)系統(tǒng)，泥漿儲漿池、循環(huán)池、廢碴池等均放在豎井。根據(jù)本工程地質(zhì)情況，選用優(yōu)質(zhì)黏土造漿，必要時再摻入適量蒙脫石含量高的膨潤土或Na CO3純堿等外加劑。泥漿制備在沉淀池內(nèi)進(jìn)行，制漿采用機(jī)械攪拌。攪拌時，先將定量的水加入沉淀池內(nèi)，然后慢慢地加入與水量相應(yīng)的黏土或膨潤土，并開動機(jī)器攪拌，成漿后將泥漿置于泥漿池內(nèi)。鉆進(jìn)過程中經(jīng)常采集泥漿樣品，測定性能指標(biāo)，利用循環(huán)水不間斷給孔內(nèi)補(bǔ)充一定稠度的泥漿，保持水頭壓力，泥漿控制指標(biāo)見表1。

(4）清孔。成孔達(dá)到設(shè)計標(biāo)高后，將鉆頭留在原處繼續(xù)旋轉(zhuǎn)數(shù)圈，以避免孔底縮孔。對孔深、孔徑、孔壁、垂直度等進(jìn)行檢查，不合格時及時采取措施處理。清孔采用泵吸反循環(huán)抽漿方法，清孔時合理控制泥漿的粘度與含砂率，用砂石泵排出孔底懸浮鉆渣的泥漿，經(jīng)凈化處理后，再經(jīng)回流泵排入孔內(nèi)。經(jīng)質(zhì)量檢查合格的樁孔，及時分節(jié)安裝鋼筋籠及注漿管，鋼筋籠安裝就位后安設(shè)導(dǎo)管。如果檢測孔底沉渣超標(biāo)，則進(jìn)行二次清孔。以導(dǎo)管作為吸泥泵的吸漿管，導(dǎo)管底離孔內(nèi)沉渣面約10 cm，啟動吸泥泵進(jìn)行反循環(huán)排渣，并將導(dǎo)管慢慢放至孔底抽吸約5 min即可。清孔完后，將特制彎管拆除即可開始灌注水下混凝土。鋼筋籠安裝就位后及時灌注混凝土，防止沉碴超標(biāo)及孔壁塌坍，樁孔沉碴厚度應(yīng)控制在300 mm以內(nèi)。

(5）鋼筋籠吊裝施工。在吊裝過程中，為了保證鋼筋籠質(zhì)量，必須注意在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中鋼筋籠不得變形。在導(dǎo)洞內(nèi)吊裝鋼筋籠，接頭采用鈍粗式直螺紋連接。為了保證鋼筋籠質(zhì)量要求，在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中采取加固措施保證鋼筋籠不變形。鋼筋籠豎直后，檢查垂直度。鋼筋籠進(jìn)入孔口后，將其扶正下放，嚴(yán)禁鋼筋籠擺動碰撞孔壁，并且邊下放邊拆除內(nèi)撐，并嚴(yán)禁內(nèi)斜撐掉進(jìn)孔內(nèi)。第1節(jié)鋼筋籠下放到最后1節(jié)加強(qiáng)筋位置時，穿進(jìn)工字鋼，將鋼筋籠支撐在孔口工字鋼上，再起吊第2節(jié)鋼筋籠，使它們在同一豎直軸線上用套筒連接好，抽出支撐工字鋼后下放鋼筋籠。如此循環(huán)，使鋼筋籠下放至設(shè)計標(biāo)高，定位于孔中心上，完成鋼筋籠的安裝。最后1節(jié)鋼筋籠安裝就位后，用鋼筋把鋼筋籠焊接固定于孔口護(hù)筒。

(6）混凝土澆注。鋼筋籠安裝好之后應(yīng)進(jìn)行混凝土澆注。邊樁及柱下樁基混凝土采用C30混凝土?；炷吝\(yùn)輸采用泵送形式，坍落度為160～210 mm。澆注混凝土前應(yīng)先檢查成孔和鋼筋籠質(zhì)量，混凝土一次澆注完成。水下灌注采用Φ219 mm鋼管，管節(jié)連接應(yīng)嚴(yán)密、牢固，使用前應(yīng)試拼，并進(jìn)行隔水栓通過試驗，導(dǎo)管底端距孔底應(yīng)保持300～500 mm?；炷翝沧⑦^程中導(dǎo)管埋入混凝土深度應(yīng)保持2～3 m，并邊提升邊拆除，導(dǎo)管吊放和提升不得碰撞鋼筋籠?；炷翝沧⒅翗俄斣O(shè)計標(biāo)高處的混凝土強(qiáng)度應(yīng)滿足設(shè)計要求，設(shè)計標(biāo)高處不得有浮渣、淤泥等，柱下樁基澆注時應(yīng)注意鋼管柱調(diào)平螺桿的預(yù)埋，以便于后期施工。

表1　泥漿控制指標(biāo)

(7）后注漿施工。注漿管采用帶有絲扣的Φ32 mm的鋼管，單節(jié)長2.5 m，用鐵絲將注漿管與鋼筋籠綁扎在一起，每節(jié)注漿管用鐵絲綁扎5道確保牢固，每節(jié)連接完成后上端用棉紗進(jìn)行封堵，防止泥漿流入。樁孔內(nèi)的3根注漿管分別穿過荷載箱上下2個平面上預(yù)留的孔洞，與樁底齊平，注漿管底部注漿頭低于樁底20 cm。每節(jié)注漿管與鋼筋籠分節(jié)長度相同，注漿管隨鋼筋籠分節(jié)安裝，鋼管用管箍連接。后注漿工藝及質(zhì)量控制：①注漿技術(shù)參數(shù)，采用PO42.5級普硅水泥，水灰比為0.6～0.75；嚴(yán)格按設(shè)計注漿，單樁設(shè)計注漿量為4 000 kg，實際注漿時需大于或等于設(shè)計注漿量，注漿速度50～75 L/min；②注漿施工，注漿采用2SNS型高壓注漿泵并配以YJ340型泥漿攪拌機(jī)，總功率14 kW。采用樁端與樁側(cè)同時注漿，注漿宜在成樁后2～30天內(nèi)完成。注漿時，先把地面注漿系統(tǒng)與樁孔內(nèi)3根注漿管的第1根連接，將第2根注漿管堵絲打開，對第2根注漿管壓入適量清水，沖洗樁孔底內(nèi)注漿腔室，待第2根注漿管內(nèi)出清水后，開始對第1根注漿管注入水泥漿液，待第2根注漿管流出水泥漿液時，停止注漿，將第2根注漿管堵絲堵上，再對第1根注漿管繼續(xù)注漿，待壓力達(dá)到1.5 MPa時，穩(wěn)壓15 min左右，用堵絲堵上第1根注漿管，將地面注漿系統(tǒng)接入第3根注漿管二次注入水泥漿液，壓力達(dá)到1.8～2 MPa時，穩(wěn)壓15 min。

圖1　實際地層卵石情況

圖2　復(fù)合鉆頭

圖3　鉆機(jī)支腿墊實

圖4　鉆桿垂直度測量

圖5　檢測泥漿比重

圖6　檢測泥漿稠度

2.2施工重點(diǎn)及措施

(1）地層與詳勘報告不符，卵石粒徑較大。詳勘報告顯示，卵石-9層最大粒徑140 mm，卵石-11層最大粒徑150 mm。實際成孔顯示，卵石含量大，粒徑多為250～350 mm，個別最大長度530 mm（圖1）。由于鉆桿直徑為Φ219 mm，且管路彎頭較多，極易產(chǎn)生堵管。為適應(yīng)大粒徑卵石地層鉆進(jìn)施工，需多次改進(jìn)鉆機(jī)鉆頭。黏土層采用筒鉆施工較為合適，但卵石層采用筒鉆施工進(jìn)度較慢，宜采用三翼鉆頭，綜合二者優(yōu)點(diǎn)采用復(fù)合鉆頭更為適合（圖2）。

(2）控制鉆孔垂直度，保證樁體不侵陷主體結(jié)構(gòu)。邊樁及中樁打設(shè)深度深（邊樁標(biāo)準(zhǔn)段24 m、中樁標(biāo)準(zhǔn)段31 m)，成樁地層50%為卵石，如何控制鉆孔垂直度，保證樁體不侵陷主體結(jié)構(gòu)是施工控制的重點(diǎn)。為保證施工鉆孔垂直度，鉆機(jī)定位時須將鉆機(jī)液壓支腿底部墊上工字鋼或大方木，并保證鉆機(jī)水平，鉆孔口平臺用方木或木板墊平，用鋼管及絲托將鉆機(jī)與導(dǎo)洞初支頂實，減小鉆機(jī)施工時引起的晃動，鉆進(jìn)施工中鉆進(jìn)每3節(jié)鉆桿進(jìn)行1次鉆桿垂直度測量，并及時矯正鉆機(jī)，保證鉆孔垂直（圖3、4）。

(3）控制鉆孔過程中塌孔，減小塌孔對臨近邊樁造成影響。由于兩相鄰邊樁間距較?。?biāo)準(zhǔn)中心間距1.25 m），50%位于卵石層，施工過程中易產(chǎn)生塌孔，影響臨近樁體施工，特別是鋼筋籠安裝之后的塌孔，易產(chǎn)生斷樁，塌孔還易造成主體導(dǎo)洞底板下產(chǎn)生孔洞，對初支穩(wěn)定及地面沉降帶來一定風(fēng)險。為此，施工過程中要嚴(yán)格控制泥漿比重和泥漿稠度（圖5、6），按時對泥漿比重及稠度進(jìn)行監(jiān)測，如果不符合要求應(yīng)及時補(bǔ)充泥漿，確保泥漿護(hù)壁滿足施工要求。護(hù)筒周圍用黏土填封緊密，鉆進(jìn)中及時添加新鮮泥漿，使其高于孔外水位；遇流砂、松散土層時，適當(dāng)加大泥漿密度，不要進(jìn)尺過快，空轉(zhuǎn)時間過長；下鋼筋籠時精確定位，嚴(yán)禁下鋼筋籠過程中碰到孔壁；成孔完成后在條件允許情況下盡快下放鋼筋籠，并及時澆注混凝土。對輕度坍孔，加大泥漿密度和提高水位，對嚴(yán)重坍孔，用黏土回填投入，待孔壁穩(wěn)定后采用低速鉆進(jìn)。

(4）控制沉渣厚度。本標(biāo)段地層復(fù)雜、成樁深度長，且機(jī)械成樁施工工藝復(fù)雜，安裝鋼筋籠時間長，控制沉渣厚度保證成樁質(zhì)量是確保車站承載要求的控制重點(diǎn)。鋼筋籠及鋼護(hù)筒放置前，分別測量樁長，若沉渣量過多不能滿足設(shè)計要求時，則采用二次清孔及筒鉆撈渣方式清孔，也可通過預(yù)留注漿管對孔底吹風(fēng)。

(5）保證成孔功效，確保工序時間。洞內(nèi)機(jī)械成孔類似工程經(jīng)驗少，洞內(nèi)空間有限，且施工多為大型設(shè)備，無法保證流水作業(yè)。施工前應(yīng)做好施工籌劃，充分考慮各種施工因素，保證人員及鉆機(jī)數(shù)量，確保流水作業(yè)，提高每道施工工序的施工速度，將工序銜接緊密，保證成孔效率。

(6）控制混凝土超方。由于鉆孔較深，鉆桿鉆進(jìn)越深擺動幅度越大，成孔孔徑就越易變大，造成混凝土澆注超方。同時，由于卵石粒徑較大，鉆進(jìn)過程中會將卵石部位巖體剝落，造成施工過程中的塌孔，根據(jù)實際統(tǒng)計，機(jī)械成樁平均混凝土澆注超方33.3%?；炷恋某娇刂剖紫纫乐顾祝刂沏@桿垂直度，提高鉆桿剛度，減小鉆桿擺動幅度，控制孔徑。

3　結(jié)束語

暗挖施工洞內(nèi)機(jī)械成樁技術(shù)的成功應(yīng)用，有效解決了前期降水困難、施工受阻的困境，是對常規(guī)PBA工法工序的優(yōu)化，采用洞內(nèi)機(jī)械成樁嵌入地層取代條基樁工藝可縮短整個工程工期、降低工程造價。目前，該工法適用于砂卵、黏土地層，隨著該工法對機(jī)械設(shè)備及后配套設(shè)備的進(jìn)一步改進(jìn)，機(jī)械成孔的時間將進(jìn)一步縮短。洞內(nèi)機(jī)械成樁對硬質(zhì)巖層的適應(yīng)性，還有待于做進(jìn)一步的實踐和研究。

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責(zé)任編輯 朱開明

Machinery Pile Construction Technology inside Tunnel under Complex Geological Conditions

Qin Mingran

Abstract:In the situation of machinery pile construction inside tunnel at Suzhou street station of project lot No. 11 on Beijing metro line 16, the paper elaborates the machinery pile technology inside tunnel under complex geological conditions, the problems arising in the process of construction and the solutions are summarized, with a view to provide references as guidance for future machinery pile construction inside tunnel.

Keywords:metro, tunnel excavation station, machinery pile construction inside tunnel, construction technology

收稿日期2014-10-17

中圖分類號：U445.55