王起飛

(中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司, 北京 101100)

旋挖鉆機(jī)泥漿護(hù)壁法施作咬合樁施工技術(shù)

王起飛

(中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司, 北京 101100)

以昆明市軌道交通首期工程八標(biāo)工程為背景，對工程地質(zhì)及鉆孔灌注樁施工工藝進(jìn)行分析，提出了采用旋挖鉆泥漿護(hù)壁法施作咬合樁施工工藝，并針對背景工程制定了具體的實(shí)施方案。對實(shí)際施工的效果進(jìn)行分析，證明了所采取的施工工藝的合理性和正確性，為鉆孔咬合樁施工提供了新思路,為以后相關(guān)施工內(nèi)容提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)和依據(jù)。

旋挖鉆機(jī); 泥漿護(hù)壁; 咬合樁; 施工工藝

隨著城市化建設(shè)進(jìn)程的推進(jìn)，咬合樁越來越多地應(yīng)用于地鐵車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)中來。傳統(tǒng)全套筒鉆孔咬合樁具有以下特點(diǎn):首先,需要安裝全套筒。安裝及卸除套筒費(fèi)時費(fèi)力，會對基坑后續(xù)作業(yè)工序產(chǎn)生影響，如不拆除(時間緊迫時)，則使造價提高；成孔垂直度難以較精確保證。其次,采用的是超緩凝混凝土。超緩凝混凝土凝固時間不確定，易于造成施工停滯的情況；存在鋼筋混凝土樁施工時的素混凝土樁凝固問題，樁身質(zhì)量難以保證。最后,成孔過程中施工進(jìn)度緩慢。

昆明市軌道交通首期工程展覽中心站附屬結(jié)構(gòu)施工過程中,由于受到各方面影響，需盡快提供工作面給后續(xù)施工單位，在充分考慮地層特性、旋挖鉆施工工藝、鉆孔樁施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對采用旋挖鉆泥漿護(hù)壁法施作咬合樁進(jìn)行了前期調(diào)研分析，決定采用旋挖鉆機(jī)泥漿護(hù)壁法施作咬合樁。

1 工程概況

展覽中心站車站設(shè)置4個出入口與1個員工疏散口。車站附屬建筑面積為3 200.56 m2。

出入口結(jié)構(gòu)采用明挖法施工，結(jié)構(gòu)形式為箱型框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)置外包防水層。圍護(hù)結(jié)構(gòu)均采用Φ800@600套筒鉆孔咬合樁，其中配筋樁混凝土強(qiáng)度等級為C30，素混凝土為C20。出入口設(shè)置二道支撐，均為Φ609×12鋼支撐，基坑深度約為10 m。頂板、底板及側(cè)墻混凝土為C35防水混凝土，抗?jié)B等級為P8。

出入口范圍內(nèi)地質(zhì)情況從上到下依次為：雜填土、黏土、粉土、泥炭質(zhì)土、粉砂、黏土、泥炭質(zhì)土、圓礫、粉質(zhì)黏土,具體見表1所示。

表1 展覽中心站出入口地質(zhì)情況

2 地質(zhì)情況及旋挖鉆機(jī)切削能力分析

素樁施工過程中，可依據(jù)普通鉆孔灌注樁進(jìn)行考慮，依據(jù)不同地層情況，配置護(hù)壁泥漿。在泥炭質(zhì)土中，由于該地層為軟塑～流塑狀態(tài)，泥漿參數(shù)需進(jìn)行調(diào)整，避免出現(xiàn)坍孔及樁徑縮小的情況。經(jīng)過對展覽中心站鉆孔灌注樁施工情況進(jìn)行分析，并對云南省相關(guān)工程進(jìn)行參考，依據(jù)實(shí)際情況采用高黏度、低濃度優(yōu)質(zhì)泥漿，泥漿性能指標(biāo)為：黏度22s，pH值9，密度1.08～1.12 kg/L。

葷樁施工過程中，由于未采用全套筒進(jìn)行施工，需素樁終凝后開始施工，考慮到旋挖鉆機(jī)的切削能力，特對商品混凝土攪拌站C20水下混凝土進(jìn)行驗(yàn)證，并做4組試塊，在標(biāo)養(yǎng)情況下對3d、7d、14d和28d強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)，具體數(shù)據(jù)如表2。

表2 C20水下混凝土抗壓強(qiáng)度增長 MPa

參照《混凝土抗剪強(qiáng)度物理試驗(yàn)方法研究與理論分析》，混凝土抗剪強(qiáng)度約與其軸心抗拉強(qiáng)度等值，混凝土抗拉強(qiáng)度是其抗壓強(qiáng)度的1/20～1/10，所以依據(jù)混凝土抗壓強(qiáng)度對其抗剪強(qiáng)度進(jìn)行推算，并且對旋挖鉆鉆頭受力情況進(jìn)行分析，對其單位高度范圍所受扭矩進(jìn)行計算。

圖1 旋挖鉆鉆頭受力示意

對受力情況進(jìn)行簡化，簡化為均勻受力，旋挖鉆頭約0.1 m范圍與素樁接觸，混凝土對鉆頭阻力Tj計算為：

Tj=τh×0.3×0.1×0.2×2

式中：τh為混凝土抗剪強(qiáng)度。具體計算結(jié)果如表3。

表3 素樁邊緣對鉆頭扭矩影響分析

施工過程中，素樁與相鄰葷樁施工間隔時間可選擇3～7 d，普通旋挖鉆機(jī)扭矩為120～360 kN·m，完全可對咬合樁素樁進(jìn)行切削。

3 工藝原理

咬合樁相鄰兩樁中心間距小于單樁樁徑，在施工過程中先施工素樁(A序樁)，等到素樁終凝后，再施工兩素樁之間的葷樁，采用旋挖鉆機(jī)鉆頭能夠在素混凝土中鉆進(jìn)的特點(diǎn)，省去了套管的使用，直接進(jìn)行鉆進(jìn)，旋挖鉆機(jī)對素樁切削后，可達(dá)到混凝土結(jié)構(gòu)鑿毛的效果，因此使葷樁與素樁能夠有效連接從而起到止水的效果(圖2、圖3)。

圖2 鉆孔咬合樁施工流程

圖3 施工現(xiàn)場鉆孔施工

4 操作要點(diǎn)

鉆孔咬合樁可采用普通旋挖鉆機(jī)施工，先施工素混凝土A序奇數(shù)號樁，等到終凝后開始施工素樁偶數(shù)號樁，然后等素樁終凝后開始進(jìn)行葷樁的奇數(shù)號樁的施工，最后施工素樁的偶數(shù)號樁，其施工順序見圖4所示。

圖4 鉆孔咬合樁施工順序示意

5 施工工藝特點(diǎn)

(1) 由于采用旋挖鉆施作咬合樁施工工藝不用安裝全套筒，而且此施工工藝素樁采用的是普通混凝土而不是超緩凝混凝土。因此此施工工藝就省去了安裝與卸除全套筒的時間，同時避免了因?yàn)槌從炷聊虝r間不確定而造成的施工停滯的情況，故工作效率大大提高。

(2) 鉆孔咬合樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)適用地層范圍廣，尤其在富水軟地層中施工的排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)防滲效果好，無需另外增加輔助截水帷幕等防水措施，本施工工藝省去了全套筒及超緩凝混凝土的使用，因而成本大幅度降低。

(3) 采用旋挖鉆機(jī)施工，成孔垂直度能由旋挖鉆機(jī)垂直度控制系統(tǒng)自動調(diào)整和保證。因此，咬合樁終端持力層處錯位交叉的偏離精度可控，樁型標(biāo)準(zhǔn)。即用旋挖鉆機(jī)在樁身混凝土終凝狀態(tài)下完成切割咬合過程形成的排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體性狀好、支護(hù)強(qiáng)度大、防滲效果佳。一些廠家生產(chǎn)的旋挖鉆機(jī)甚至可通過駕駛室內(nèi)的HMI操控系統(tǒng)，可清楚判定和記錄所穿越地層的土質(zhì)情況及樁底持力層情況，因此成樁過程容易控制。

(4) 旋挖鉆機(jī)施工鉆孔咬合樁施工技術(shù)通用性強(qiáng)，易掌握，利于推廣。

(5) 根據(jù)水下混凝土的凝結(jié)時間來控制葷樁施工時間，旋挖鉆在葷樁成孔過程中能夠?qū)⑺貥肚邢鞒纱植诘幕炷撩?，近似于地下連續(xù)墻刷壁效果，能夠有效將葷樁及素樁連接成為整體，形成良好的止水效果。

(6) 鉆機(jī)的安裝比較簡單，在施工場地移動比較快捷方便。

(7) 由于鉆頭的拆卸方便，可以根據(jù)土層的變化和鉆進(jìn)的需要隨時更換鉆頭，加快了鉆進(jìn)速度，擴(kuò)大咬合樁的適用范圍。

(8) 由于是在素樁混凝土終凝后才開始葷樁施工，有效避免了傳統(tǒng)施工方法中葷樁施工時素樁凝固的問題。

6 施工效果

施工速度快，本工程以展覽中心站3號出入口作為試驗(yàn)首先進(jìn)行施工，2011年12月2日開始咬合樁施工，2012年1月5日完成咬合樁施工，正常施工速度下，每天可施工10～12根樁,充盈系數(shù)保持在1.1以內(nèi)。2012年2月開始冠梁施工，施工前對樁體進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果均為合格。2012年3月開始基坑開挖，基坑開挖過程中樁間無滲水現(xiàn)象，樁體較平整，垂直度控制良好，圖5為展覽中心站3號出入口的開挖效果。

圖5 展覽中心站3號出入口基坑開挖效果

7 結(jié)論

采用旋挖鉆機(jī)施工咬合樁施工工藝，施工效果與全套筒施工效果相當(dāng)，施工有效降低磨樁機(jī)的使用，占用場地較小，施工速度快。開挖后咬合效果良好，無滲漏水情況，開挖受限制較小。也為咬合樁施工的發(fā)展起到了很好的推動作用，具有很好的示范意義和廣泛的推廣應(yīng)用價值。

[1] 崔萬璽. 混凝土抗剪強(qiáng)度物理試驗(yàn)方法研究與理論分析 [J]. 赤峰學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2010，26(6)

[2] 王安龍.鉆孔咬合樁——地鐵工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)新型式[J].鐵道工程學(xué)報，2003，(1)：53-59

[3] 韓毅昌，過國平.泥炭地層鉆孔灌注樁施工技術(shù)措施[J].探礦工程，2003，(3)：7-9

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[定稿日期]2015-03-20