趙紅光

(南京地鐵建設有限責任公司， 江蘇南京 210008)

淺談南京地鐵咬合樁圍護型式設計與施工

趙紅光

(南京地鐵建設有限責任公司， 江蘇南京 210008)

地鐵建設過程中的基坑開挖屬于風險控制難點?；訃o選型是從源頭上把控風險，其選擇的合理與否決定了項目管理過程中的經(jīng)濟性與安全性能否平衡統(tǒng)一。文章通過研究南京地鐵某車站咬合樁基坑圍護型式，梳理出南京地鐵咬合樁的應用適用情況，為南京地鐵后續(xù)建設提供參考性的經(jīng)驗。

圍護型式； 咬合樁； 工藝原理； 技術要求； 適用性

近年來，隨著國內(nèi)各城市軌道交通建設規(guī)劃獲批，地鐵建設項目陸續(xù)開展。由于軌道交通行業(yè)技術專業(yè)性較強，從業(yè)人員較少，在項目管理、方案設計、現(xiàn)場施工方面都需要加強研究，其中設計和施工屬于最為關鍵的環(huán)節(jié)。軌道交通工程在城市中心區(qū)一般采用地下線路敷設，建設時需要進行基坑開挖施工，而地鐵的基坑開挖屬于建設期間的風險控制難點?；訃o型式的選擇是從源頭上把控風險，從方案上控制造價，其選擇的合理與否決定了項目管理過程中的經(jīng)濟性與安全性是否平衡統(tǒng)一，達到項目建設的最優(yōu)值。本文通過研究南京地鐵建設過程成功應用的咬合樁圍護設計施工方案，力求能夠梳理出南京地鐵咬合樁的應用適用情況，為南京地鐵后續(xù)建設提供參考性的經(jīng)驗。

1 南京地區(qū)典型咬合樁工程案例

1.1 工程概況

南京某地鐵車站位于金江公路與機場東路交叉口偏北側(cè)，沿金江公路方向設置，跨機場東路路口，站后設雙停車線。車站為12 m島式站臺，地下兩層三跨(局部雙跨)矩形框架結構，車站標準段寬度為20.7 m，車站總長為391.9 m。車站頂板覆土3.6～4.3 m，標準段底板埋深16.6～17.2 m，端頭井底板埋深17.8～18.6 m?；硬捎妹魍陧樧鞣ㄊ┕?，圍護型式選用鉆孔咬合樁+水平內(nèi)支撐的支護體系。車站臨近的建構筑物主要為南京恒昌汽車服務中心的4幢5層混凝土結構樓房和2幢4層混凝土結構樓房，距離車站結構外皮最近約24.8 m，其他附屬結構均位于現(xiàn)狀綠地或施工空地中。東站總平面見圖1。

圖1 某地鐵車站總平面

1.2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

本站地貌單元屬于侵蝕堆積崗地，地形較為平坦，北段略高，車站基坑影響范圍內(nèi)的主要巖土層由上至下依次為：①-1層雜填土；①-2層素填土；②-1b2-3層粉質(zhì)黏土；②-2b4層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土；②-3b2層粉質(zhì)黏土；③-1a1-2層黏土；③-1cb2層粉土夾粉質(zhì)黏土；③-2d2-3層粉砂；③-2bc2層粉質(zhì)黏土夾粉土；③-3b1-2層粉質(zhì)黏土；③-4b2層粉質(zhì)黏土；④-1b1層粉質(zhì)黏土；④-3d1層粉細砂；④-4b2層粉質(zhì)黏土；④-4e層中粗砂混卵礫石；④-5e層中粗砂混卵礫石。

基巖為K2c-2強風化巖和K2c-3中風化巖。其中K2c-2強風化巖層風化強烈，巖芯多呈碎塊、短柱狀，工程地質(zhì)性能良好；K2c-3層中風化巖巖芯多呈長柱狀，工程地質(zhì)性能良好。車站底板位于較好的③-1a1-2層粉質(zhì)黏土(fak=200 kPa)、③-2d2-3層粉砂(fak=170 kPa)和④-1b1層粉質(zhì)黏土(fak=250 kPa)。地質(zhì)縱斷面見圖2。

圖2 地鐵車站地質(zhì)縱斷面

場地地下水的類型主要有上部松散層中孔隙水和基巖風化帶裂隙水兩類。

孔隙水分為孔隙潛水和孔隙承壓水含水層組兩大類。①層填土及各黏性土層為孔隙潛水主要含水層，地下水位埋深0.20～2.40 m，水位年變化幅度0.5～1.0 m左右。孔隙承壓水主要分布于場區(qū)③-2d2-3層粉砂、④-3d1層細粉砂、④-4e中粗砂混卵礫石層、④-5e中粗砂混卵礫石層。根據(jù)現(xiàn)場埋管水頭測試結果，③-2d2-3層承壓水水頭高程約為8.70 m，④-3d1層及④-4e層、④-5e層承壓水水頭高程1.65 m左右。

基巖裂隙含水層主要由碎屑巖類組成，淺部以風化裂隙水為主，深部風化作用逐漸減弱，以構造裂隙水為主，富水性較差。

2 工程設計

2.1 圍護結構型式

車站基坑選用鉆孔咬合樁(φ1 000@800/φ1 000@750葷素間隔)+水平內(nèi)支撐支護體系；樁頂設置鋼筋混凝土冠梁，斷面尺寸1 000 mm×1 000 mm；基坑標準段采用1道混凝土支撐+3道鋼支撐，端頭井段采用1道混凝土支撐+4道鋼支撐，其中第一道支撐均為800 mm×1 000 mm混凝土支撐，其余均為φ609×16鋼管支撐。車站基坑圍護樁通過設置壓頂梁參與抗浮以滿足結構抗浮要求，立柱樁不參與結構抗浮。

2.2 降水方案

基坑開挖深度范圍內(nèi)主要土層為②-1b2-3粉質(zhì)黏土、②-3b2粉質(zhì)黏土、②-2b4淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③-1a1-2粉質(zhì)黏土，為不透水層。基坑圍護結構采用咬合樁單層結構，擋土、截水功能合一，因此對場地潛水采取坑內(nèi)管井降水輔以明溝排水的降排水方案。

車站北端頭基底以下存在③-2d2-3粉砂層中的承壓水，水頭標高約8.70 m，層頂埋深約15～19 m，咬合樁兼作止水帷幕已截斷該承壓水層。

3 工程施工

3.1 鉆孔咬合樁施工工藝原理

為便于切割，咬合樁的排列方式為素混凝土樁(B樁)和鋼筋混凝土樁(A樁)間隔布置。施工時先施工B樁后施工A樁，B樁采用超緩凝混凝土，要求必須在B樁混凝土初凝前完成A樁的施工，A樁施工時采用全套管鉆機切割掉相鄰B樁相交部分的混凝土，實現(xiàn)咬合(圖3)。

圖3 鉆孔咬合樁平面示意

3.2 咬合樁施工技術要求

(1)鉆孔咬合樁施工前必須試成孔，數(shù)量不得少于兩個，以便檢驗所選的設備、施工工藝以及技術要求是否適宜。

(2)鉆孔咬合樁成孔設備就位后，必須平整、穩(wěn)固，確保在施工中不發(fā)生傾斜、移動。為準確控制成孔深度，在樁架或樁管上應設置控制深度的標尺，以便在施工中進行觀測記錄。

(3)鉆孔咬合樁施工現(xiàn)場所有設備、設施、安全裝置、工具配件以及個人勞保用品必須經(jīng)常檢查，確保完好和使用安全。

(4)鉆孔咬合樁分先期施工和后期施工樁，先期樁和后期樁間隔設置。先期樁采用超緩凝素混凝土(素樁)，超緩凝混凝土應進行試配，以保證先期樁混凝土在后期樁成孔期間呈可以被挖除的狀態(tài)，以便后期樁的成孔。后期樁(葷樁)施工時挖除先期樁間的土和部分先期樁混凝土，形成與先期樁咬合的狀態(tài)，保證圍護結構樁間沒有滲漏水。

(5)鉆孔咬合樁后期樁施工時的混凝土強度在水下灌注時應提高一級，并保證樁底沉渣不超過100 mm。鉆孔咬合樁的澆注標高應比設計標高增加500 mm，澆注冠梁前，應將樁頂浮漿鑿除清理干凈。鋼筋籠在制作、運輸、吊裝過程中應采用有效措施防止鋼筋籠變形。

(6)咬合樁應采用聲波透射法檢測樁身完整性，檢測數(shù)量不少于葷樁的20 %，且不得小于10根。當根據(jù)聲波透射法判定的樁身缺陷可能影響樁的水平承載力時，應采用鉆芯法補充檢測進行驗證。

(7)咬合樁施工如形成冷縫時，應記錄在冊并對已成樁外側(cè)補強防水處理，咬合排樁冷縫處理后滲透系數(shù)≤10-7cm/s。

3.3 咬合樁導墻關鍵技術

為提高鉆孔咬合樁孔口的定位精度并提高就位效率，在樁頂上部施作鋼筋混凝土導墻(圖4)，這是鉆孔咬合樁施工前必須具備的首要條件。

(1)平整場地：清除地表雜物，填平碾壓地下管線遷移的溝槽。

(2)測放樁位：根據(jù)設計圖紙?zhí)峁┑淖鴺撕屯夥胖颠M行外放(為抵消咬合樁在基坑開挖時在外側(cè)土壓力作用下向內(nèi)位移和變形而造成的基坑結構凈空減小變化，為了消除樁身垂直度及放樣誤差可能引起的傾斜及為主體結構外放預留空間)，計算咬合樁中心線坐標，采用全站儀根據(jù)地面導線控制點進行實地放樣，并做好護樁，作為導墻施工的控制中線。

(3)導墻溝槽開挖：在樁位放樣線符合要求后即可進行溝槽的開挖，采用人工開挖施工。開挖結束后對溝槽整平夯實，并立即將溝槽中心線引入溝槽下，以控制底模及模板施工，確保導墻中心線的正確無誤。

(4)鋼筋綁扎：溝槽開挖結束后綁扎導墻鋼筋，經(jīng)“三檢”合格報監(jiān)理驗收，經(jīng)驗收合格后方可進行下道工序的施工。

(5)模板施工：模板采用自制整體鋼模(轉(zhuǎn)角處可用磚砌)，導墻預留定位孔模板直徑為設計樁徑擴大20 mm。模板加固采用角鋼支撐，支撐間距不大于1 m，確保加固牢靠，嚴防跑模，并保證軸線和凈空的準確?；炷凉嘧⑶跋葯z查模板的垂直度和中線以及凈距是否符合要求，經(jīng)“三檢”合格報監(jiān)理通過方可進行混凝土澆注。

(6)混凝土澆注施工：混凝土澆注時兩邊對稱交替進行，嚴防走模。如發(fā)生走模，應立即停止混凝土的澆注，重新加固模板，并糾正到設計位置后方可進行混凝土的澆注。振搗采用插入式振搗器，振搗間距為600 mm左右，防止振搗不均，同時也要防止在一邊過振而發(fā)生走?，F(xiàn)象。

(7)等導墻有足夠的強度后，拆除模板，重新定位放樣排樁中心位置，將點位反到導墻頂面上，作為鉆機定位控制點。

圖4 咬合樁導墻

3.4 咬合樁超緩凝混凝土的質(zhì)量控制

咬合樁的超緩凝混凝土時間控制是技術重點。

(1)提前做好超緩凝混凝土配合比，進行試樁確定各施工參數(shù)。

(2)商品混凝土攪拌站駐場人員嚴格監(jiān)測混凝土配合比及外加劑的摻入量。

(3)做好混凝土施工記錄，保證各工序施工均處于可控狀態(tài)。

(4)控制素樁成孔進度，成孔過快或過慢均有可能對葷樁混凝土質(zhì)量造成損害。

(5)素樁混凝土緩凝時間應根據(jù)單樁成樁時間來確定，單樁成樁時間又與地質(zhì)條件、樁長、樁徑和鉆機能力等直接的聯(lián)系。因此，素樁混凝土緩凝時間根據(jù)以下方法來確定：

T=3t+K

式中：T為B樁混凝土的緩凝時間(初凝時間)；K為儲備時間，一般取12 h；t為單樁成樁所需時間。

本例中鉆孔咬合樁所用超緩凝混凝土緩凝時間為60 h，單樁成樁時間為12 h，則T=48 h<60 h，超緩凝混凝土緩凝時間滿足施工要求。

超緩凝混凝土的施工質(zhì)量控制辦法如下：

①混凝土的初凝時間須≥60 h；

②采用C35超緩凝水下混凝土；

③每車混凝土在使用前必須由試驗室檢查其坍落度及觀感質(zhì)量是否符合要求，坍落度超標或觀感質(zhì)量太差的堅決退回，絕不使用。

④每車混凝土均取一組試件，監(jiān)測其緩凝時間及坍落度損失情況，直至該樁兩側(cè)葷樁全部完成為止。如發(fā)現(xiàn)問題及時反饋信息，以便采取應急措施。

⑤規(guī)范要求取試件檢查混凝土最終強度，混凝土最終強度必須滿足設計要求。

4 南京地區(qū)咬合樁適用性研究

南京地鐵迄今已運營7條線路，本文中對于地下車站數(shù)量較多的、地質(zhì)條件變化較為多樣性的1、2、3號線進行咬合樁應用情況的回顧。

(1)1號線。南京地鐵1號線一期工程(包括西延線)全線穿越低山丘陵地貌、古河道沖積平原地貌、長江漫灘地貌三種地質(zhì)地貌單元。全線共設地下車站11座，南京站和鼓樓站坐落在低山丘陵地貌單元；西延線中勝站、元通站、奧體中心站等3車站坐落于河西長江漫灘地貌單元；其余6座車站均坐落在古河道沖積平原地貌單元之上。1號線應用咬合樁匯總見表1。

(2)2號線。根據(jù)地鐵2號線自西向東所經(jīng)地段的地形、

表1 1號線應用咬合樁匯總

地貌及地質(zhì)特征，將沿線劃分為四個地形地貌單元：應天路-漢中門為長江江漫灘地貌單元，地勢平坦；漢中門-管家橋為五臺山南側(cè)崗地地貌單元，地勢略有起伏；管家橋-御道街為秦淮河古河道地貌單元，古河道呈近南北向延伸，與地鐵2號線垂直相交，地勢平坦；御道街-馬群為紫金山南側(cè)丘陵-崗地地貌單元，地面起伏較大。2號線應用咬合樁匯總見表2。

表2 2號線應用咬合樁匯總

(3)3號線。南京地鐵3號線北起江北林場，南至江寧秣周路，由江北至江南穿越南京市區(qū)，線路經(jīng)過地區(qū)主要由崗地、崗間谷地和長江階地、漫灘及長江河道、秦淮河河谷堆積平原區(qū)等地形地貌組成。長江以北多為崗地，而江南則多為河谷堆積平原區(qū)。3號線應用咬合樁匯總見表3。

表3 3號線應用咬合樁匯總

根據(jù)以上回顧情況，咬合樁圍護型式在南京地鐵1、2、3號線多次使用，不論是長江漫灘、秦淮河古河道，還是沖積平原、崗間坳谷地貌單元，可以說在南京地區(qū)各種地貌單元都有應用咬合樁的圍護型式。

綜上所述，南京地鐵應用咬合樁圍護型式總體上是成功的，不僅安全可靠，而且經(jīng)濟合理。對于南京地鐵規(guī)劃線路的建設，具有一定的借鑒意見。

5 總結與建議

通過南京地鐵應用咬合樁圍護型式的成功實踐，形成以 下幾點總結和建議：

(1)咬合樁與地下連續(xù)墻、鉆孔樁相比，具有功能優(yōu)勢、經(jīng)濟優(yōu)勢、環(huán)保優(yōu)勢和工期優(yōu)勢，綜合優(yōu)勢明顯，有廣闊的市場前景，建議在適合的土層和環(huán)境中推廣應用。

(2)咬合樁葷素樁相互咬合，構成的連續(xù)樁墻是真正意義上的地下連續(xù)墻、無墻縫，剛度與止水功能兼具。

(3)建議制定南京地方規(guī)范，以指導設計、施工，推動工法的廣泛應用。

(4)咬合樁中無筋樁抗剪作用機理尚待深入研究。

[1] 郭志武,陳洪光,馮健，等. 超緩凝混凝土在咬合樁施工中的應用[J].隧道建設, 2004 , 24 (3) :32-35.

[2] 隋忠慶,于占雙. 鉆孔咬合樁施工工藝的探討[J]. 鐵道工程學報, 2005 ,22 (6) :70-76.

[3] 石偉國,邵正俊. 鄰近地鐵的深基坑咬合樁結合內(nèi)支撐支護體系施工及監(jiān)測[J].建筑技術, 2013, 44 (5): 430-434.

趙紅光(1972～)，男，大學本科，高級工程師，從事軌道交通工程建設管理工作。

U231.3

A

[定稿日期]2017-07-04