楊天鴻

（杭州市錢江新城建設(shè)開發(fā)有限公司，浙江 杭州 310012）

1 工程概況

沿江大道（觀潮路—和睦港）地下綜合管廊工程Ⅰ標(biāo)位于杭州市錢江新城二期擴(kuò)容區(qū)塊內(nèi)，管廊設(shè)計(jì)基坑呈長(zhǎng)條形，開挖長(zhǎng)度約2160m，一般段基坑開挖寬度為10.3～10.7m，開挖深度為5.0～16m，且基坑附近有需嚴(yán)加保護(hù)的D2400mm污水管，基坑等級(jí)為一級(jí)?；訃o(hù)根據(jù)開挖深度分為φ800mm與φ1000mm鉆孔灌注樁（樁長(zhǎng)16～26m）、SMW工法樁、厚度80cm的地下連續(xù)墻3種圍護(hù)方式。該項(xiàng)目地勘報(bào)告詳勘揭露顯示，擬建場(chǎng)地內(nèi)6～14m處存有埋深深淺不一的拋石層，最大層厚約3m，塊石粒徑為25～50cm，如圖1所示。障礙物對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔樁、三軸攪拌樁止水帷幕與坑底加固及地墻施工形成障礙。由于拋石堆積層軟硬不一、巖塊強(qiáng)度大，抓斗在遇到密集拋石的時(shí)候會(huì)無法正常張閉斗，進(jìn)尺困難；若使用截齒筒式鉆斗鉆進(jìn)，拋石層塊狀物不易破碎，大于鉆斗進(jìn)土口的塊狀物不能進(jìn)入筒內(nèi)，鉆進(jìn)效率很低；若用螺旋鉆頭鉆進(jìn)，鉆桿擺動(dòng)嚴(yán)重，無法鉆進(jìn)，且容易發(fā)生混凝土澆筑超方，造成大范圍鼓包及侵入紅線。為了克服該困難，施工單位采取了長(zhǎng)套筒護(hù)壁配合鎢鋼齒筒鉆頭的方式進(jìn)行清障施工。最后，鉆進(jìn)平穩(wěn)，大部分塊狀物不需切削，提鉆時(shí)抱爪將其抱住提出孔外，下放鉆桿，其正轉(zhuǎn)然后提鉆，塊狀物全部掉出，鉆進(jìn)效率較高，成孔速度明顯加快，日成樁5根左右。

2 清障施工方法

首先采用旋挖鉆機(jī)配稍大口徑的螺旋鉆頭鉆開孔，鉆至障礙物層頂部；提出鉆頭后，用打拔樁機(jī)將鋼護(hù)筒打入拋石層，更換特制鎢鋼齒筒鉆下鉆清土并清除障礙物，用筒鉆切割土體，用液壓抱爪將鋼護(hù)筒內(nèi)土石抓出；清障完成后，注入護(hù)壁泥漿，更換截齒筒式鉆斗正常鉆進(jìn)，如圖2所示。

2.1 開孔

旋挖鉆機(jī)開孔時(shí)采用螺旋鉆頭開孔，開孔深度為2～4m，具體視土質(zhì)、水位及土體自立情況而定，如圖3所示。開孔的作用是粗略定位，確保套筒能夠垂直準(zhǔn)確打入樁位，因此，在下鉆及提鉆過程中必須保證水平位置精確和和垂直度，以較小的進(jìn)尺和更多的螺旋來鉆進(jìn)。鉆進(jìn)過程中，螺旋鉆頭若遇到淺層零散碎磚，并不受影響；若遇到體積較大的石塊，鉆頭會(huì)發(fā)生劇烈抖動(dòng)，此時(shí)停止鉆進(jìn)。提鉆時(shí)要保持垂直，不要接觸到孔壁，保證鉆孔均勻。

圖1 地下障礙物示意圖

圖2 清障流程圖

圖3 旋挖鉆機(jī)螺旋鉆頭開孔圖

2.2 套筒振動(dòng)下沉及接長(zhǎng)

鋼護(hù)筒可以穿過碎石之間的空隙，并在鉆進(jìn)清障的過程中起到支護(hù)孔壁的作用，如圖4所示。護(hù)筒為鋼質(zhì)桶式結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度為4～12m不等，必要時(shí)要根據(jù)鉆進(jìn)的深度情況進(jìn)行焊接接長(zhǎng)。鋼護(hù)筒打拔作業(yè)采用振動(dòng)錘打拔機(jī)進(jìn)行，施工中多只鋼護(hù)筒輪流重復(fù)使用。鋼套筒在測(cè)量?jī)x器監(jiān)測(cè)下調(diào)整其垂直度，由打拔機(jī)緩慢下壓，下沉過程中，通過儀器全程監(jiān)控垂直度，及時(shí)調(diào)整，確保長(zhǎng)鋼套筒垂直打入。遇到鋼套筒打入困難未全部打入的情況，用旋挖鉆機(jī)掏除筒內(nèi)及筒底的碎石，掏除后用打拔機(jī)繼續(xù)打入護(hù)筒。

圖4 長(zhǎng)鋼護(hù)筒打拔作業(yè)

2.3 筒內(nèi)清障及筒底清障

套筒下沉到位或者受阻無法下沉?xí)r，采用自帶的鎢鋼錐齒的筒鉆清障，利用樁機(jī)沖擊力和鉆頭扭矩磨裂碎石，在護(hù)筒的護(hù)壁作用下，再用筒鉆上的液壓抓斗抓出鋼護(hù)筒內(nèi)物體。筒鉆樣式如圖5所示。

圖5 鎢鋼筒鉆

2.4 泥漿護(hù)壁后正常鉆進(jìn)

正常鉆進(jìn)采用齒筒式鉆斗成孔。若圍護(hù)結(jié)構(gòu)為三軸攪拌樁或地下連續(xù)墻，拋石全部清除后一邊拔除鋼護(hù)筒，一邊回填素土，鋼護(hù)筒全部拔除后，素土同時(shí)填到地面。若是鉆孔樁，在清障后加入泥漿并更換截齒筒式鉆頭成孔至樁底標(biāo)高。

2.5 套筒的拔除

樁基混凝土澆筑完成后，鋼護(hù)筒不能馬上拔出，否則混凝土?xí)⒘鏖_。必須等到混凝土能夠自立，不具備流動(dòng)性之后再拔除，但為了不讓混凝土出現(xiàn)裂縫、斷樁、抱死等情況，需要在初凝前拔出。

3 關(guān)鍵工況分析

3.1 土體內(nèi)巖石分布及障礙物受推擠工況

土體的拋石位于粉土夾粉砂層中，碎石塊直徑為5～60cm不等，石塊含量為10%～60%，在石塊間間隙中填有黏土，層厚最高達(dá)3m。為簡(jiǎn)化工況，碎石塊統(tǒng)一按照32.5cm直徑和35%體積占比考慮，石塊設(shè)定為最不利的球型。各障礙物及編號(hào)如圖6所示。

圖6 土體障礙物分布示意圖（單位：m）

鉆頭或者套筒穿過拋石層時(shí)，會(huì)遇到3種情況：（1）護(hù)筒從障礙物石塊之間的縫隙中穿過，如套筒從①、⑤、⑨、?號(hào)障礙物邊緣擦過后沉入，振動(dòng)沉入過程中只遇到土體；（2）護(hù)筒將障礙物石塊擠開，如套筒會(huì)將③、?、?號(hào)障礙物擠到套筒外側(cè)，將?、?號(hào)障礙物擠入套筒內(nèi)部；（3）擠壓過程中，障礙物在粉土夾粉砂土層中產(chǎn)生幅度不等的位移，并受到土體反力影響，如圖7所示。

圖7 障礙物位移示意圖

在障礙物位移較?。ㄘ炄?0cm以內(nèi)）的情況下，可以取用地質(zhì)勘察報(bào)告中粉土夾粉砂層中的樁端土端阻力特征值700kPa，計(jì)算得到障礙物移動(dòng)時(shí)在土體中的阻力為700000×3.14×0.325×0.325÷4≈58kN。假設(shè)套筒到③號(hào)障礙物，觸碰點(diǎn)位于障礙物中心水平向上35°的位置，則其豎直分力為116×sin35°≈33kN，水平向分力為116×cos35°≈47kN。其水平分力向套筒傳遞，受拉破壞點(diǎn)就是護(hù)筒與障礙物之間的接觸點(diǎn)，根據(jù)套筒壁厚（2cm）和直徑（110cm），可以計(jì)算得到套筒可以承受的水平集中力為215000000×（0.2×0.023÷12）÷0.01÷2÷0.55×2≈5.2kN，遠(yuǎn)小于47kN。在此工況下，若套筒強(qiáng)行下沉，將造成鋼護(hù)筒扭曲。在不損害套筒的情況下，計(jì)算出被擠推的障礙物的最大直徑僅為。

但實(shí)際施工中發(fā)現(xiàn)，鋼護(hù)筒遠(yuǎn)沒有想象中那么容易被破壞，10次中9次都可以將套筒順利沉入并穿過碎石層，而套筒的變形并不影響鉆頭的下放。因此，可以判斷出套筒可以推擠的石塊遠(yuǎn)比9.7cm大，在套筒允許變形范圍內(nèi)。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中直徑35cm以下障礙物可以被擠推至套筒以外，并且護(hù)筒變形不大，依舊能提供鉆頭下放和提升的空間。護(hù)筒不容易被破壞的原因是護(hù)筒內(nèi)外都填充有土體，在受到障礙物石塊擠推的過程中，除了鋼套筒本體的承載力，護(hù)筒內(nèi)外土體同樣提供了擠推障礙物的反力，護(hù)筒變形后，內(nèi)外土體會(huì)提供反力來維持套筒形狀，極大提升了鋼護(hù)筒的抗變形承載力，如圖8所示。

圖8 鋼護(hù)筒擠推障礙物時(shí)受到的土體反力剖面及平面圖

在豎直方向，根據(jù)振動(dòng)錘的工作參數(shù)，其可提供的額定激振力足以提供最深12m范圍內(nèi)護(hù)筒的摩擦阻力及障礙物豎向擠推力，只需考慮障礙物豎向擠推力對(duì)護(hù)筒筒的破壞。其破壞點(diǎn)也是護(hù)筒與障礙物的接觸位置，破壞形式為最常見的是受壓屈曲破壞。

3.2 筒內(nèi)及筒底障礙物清障

當(dāng)套筒遇到35cm以上障礙物，或套筒與障礙物的接觸點(diǎn)靠近形心時(shí)，護(hù)筒振動(dòng)下沉的速度明顯變小時(shí)，需要進(jìn)行筒內(nèi)清障，將筒底“卡”住套筒的障礙物“翹落”“切削”或“擠推”。相對(duì)于鋼護(hù)筒，筒內(nèi)清障使用的是筒鉆清障，不但和套筒一樣可以將障礙物擠推開，而且由于鎢鋼錐齒筒鉆的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于套筒，旋挖機(jī)可以提供180kN的下壓力和280kN·m的鉆頭扭矩，因此筒鉆可以對(duì)遇到的石塊進(jìn)行破碎和切削，同時(shí)完整取出筒內(nèi)的石塊。

鎢鋼筒鉆清障工況示意圖如圖9所示。當(dāng)筒鉆掘至阻礙套筒下沉的?號(hào)障礙物上方，通過扭矩和下壓力可以磨裂或擠動(dòng)障礙物。障礙物順利開裂后，筒鉆得以繼續(xù)下鉆，下鉆的同時(shí)會(huì)將筒鉆外側(cè)障礙物繼續(xù)外擠，筒鉆內(nèi)側(cè)的障礙物則順利進(jìn)入筒內(nèi)；之后夾板合攏，將碎石連帶土體一起取出；筒底清障完成后，套筒繼續(xù)下沉，直到穿越碎石層。

圖9 鎢鋼筒鉆清障工況示意圖

實(shí)際施工中還要注意，如果套筒受到障礙物擠壓變形過大，那么筒鉆下放時(shí)要保證鉆頭旋轉(zhuǎn)，利用鉆轉(zhuǎn)過程中的外擴(kuò)力，糾正套筒形狀。必須等到鉆頭旋轉(zhuǎn)不再被護(hù)筒卡住時(shí)，方能繼續(xù)下鉆，否則在提起時(shí)，容易卡鉆。因此，護(hù)筒下放時(shí)，要避免硬壓而導(dǎo)致的護(hù)筒變形過大。

4 結(jié)束語

通過長(zhǎng)套筒配合筒鉆清障，能夠減少混凝土超方，確?；油獗谄街?。經(jīng)過監(jiān)測(cè)分析，該方法對(duì)土體造成的擾動(dòng)較小。該方法適合碎石塊直徑為5～60mm不等、石塊含量為10%～60%、呈現(xiàn)離散分布的地層。