簡(jiǎn)章宇

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰，611830)

0 引言

隨著城市的發(fā)展和軌道交通的建設(shè)，車站及附屬設(shè)施的設(shè)置越來(lái)越多，存在各類型抗拔樁施工的情況。由于抗拔樁設(shè)置于基坑底部，地鐵車站建設(shè)工期緊張，如何安全快速地施工抗拔樁就顯得尤為重要，特別是人工挖孔樁施工。鄧志勇、林和壽、周治國(guó)等針對(duì)地下建筑工程抗拔樁施工進(jìn)行了研究，表明了抗拔樁技術(shù)的施工操作要點(diǎn)，并且對(duì)地下建筑工程抗拔樁施工技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了分析，提出了具體措施[1-3]。郭魯軍、施建榮等針對(duì)擴(kuò)底抗拔樁在地下工程中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，通過(guò)工程實(shí)例，研究了擴(kuò)底抗拔樁鉆孔施工的技術(shù)要點(diǎn)[4-5]。本文結(jié)合成都某地鐵車站下方新建地下車站工程實(shí)踐，對(duì)擴(kuò)底抗拔樁人工挖孔與旋挖鉆孔施工進(jìn)行研究，為今后類似工程的設(shè)計(jì)施工提供借鑒。

1 工程基本情況

1.1 工程概況

成都軌道交通某新建線路車站位于寧波路東段與夔州大道交匯處，平行寧波路東段呈東西向布置，與6號(hào)線三期車站十字節(jié)點(diǎn)換乘。車站結(jié)構(gòu)主要形式為雙柱三跨四層結(jié)構(gòu)，采用明挖法施工，車站總長(zhǎng)220m，標(biāo)準(zhǔn)段寬28.6m，有效站臺(tái)長(zhǎng)186m。車站底板埋深約36.32m～37.12m，坐落在中風(fēng)化泥巖中。該站采用擴(kuò)底抗拔樁進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)，抗拔樁共75根，樁徑φ1500，擴(kuò)底鉆樁徑φ2400，實(shí)樁長(zhǎng)度12m，C35水下混凝土灌注，設(shè)計(jì)安全等級(jí)為一級(jí)?？拱螛杜c車站關(guān)系見圖1、圖2。

圖1 抗拔樁與車站關(guān)系斷面

圖2 抗拔樁剖面

1.2 工程水文地質(zhì)

該站位于低瓦斯地段，抗拔樁位于中風(fēng)化泥巖、砂巖地層中，與空氣中的氧氣接觸或具有一定臨空面，在動(dòng)水作用下，泥巖具有易軟化、崩解、強(qiáng)度急劇降低的特點(diǎn)，對(duì)工程施工不利。車站區(qū)域含水層地下水富集規(guī)律性較差，在一定條件下，某些地方可形成富水塊段；但在砂巖及巖層較破碎的情況下，常形成局部富水段。根據(jù)相關(guān)水文地質(zhì)資料及已有工程資料顯示，滲透系數(shù)K為0.025m/d～2.01m/d，平均為0.44m/d，屬弱～中等透水層。

2 人工挖孔樁方案研究

2.1 施工工藝

(1)車站基坑開挖至基底后組織人工進(jìn)行挖孔樁施工，按兩班制每孔每班組織3人配置施工人員，每天下挖深度按1m考慮。

(2)人工挖孔樁孔口設(shè)置高度約30cm，C20擋墻，防止地表水流入孔中。人工挖孔樁施工在每天開工前，將孔內(nèi)積水抽干，并用鼓風(fēng)機(jī)向孔內(nèi)送風(fēng)5min以上，使孔內(nèi)混濁空氣排出后下人。

(3)人工挖孔樁開挖深度超過(guò)5m后，每天開工前必須進(jìn)行有毒氣體的檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果滿足有關(guān)規(guī)定要求時(shí)方可下孔作業(yè)，并進(jìn)行孔內(nèi)通風(fēng)。

(4)人工挖孔樁護(hù)壁采用C20鋼筋混凝土，厚度為150mm，樁護(hù)壁每節(jié)長(zhǎng)度不得大于1.0m。對(duì)于在施工時(shí)有淤泥、砂土等軟弱松散土層時(shí)，每節(jié)開挖深度應(yīng)控制在0.5m以內(nèi)，并應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件加強(qiáng)支護(hù)，當(dāng)淤泥、砂層地質(zhì)條件較差時(shí)，可采用鋼套筒、注漿等措施對(duì)淤泥、砂層進(jìn)行加固，以免塌孔和流砂，確保樁成孔的安全。第一節(jié)護(hù)壁厚度應(yīng)比下面的護(hù)壁厚100m～150mm，并應(yīng)高出地面0.1m～0.2m。

(5)挖孔樁挖出的土石方應(yīng)及時(shí)運(yùn)走，孔口周邊2m范圍內(nèi)不得堆放渣土、淤泥等雜物，加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)管理，做好施工圍護(hù)，車輛行人不得在施工場(chǎng)地內(nèi)通行。

(6)當(dāng)挖孔樁成孔至設(shè)計(jì)深度時(shí)，應(yīng)清除護(hù)壁淤泥、孔底殘?jiān)头e水，并及時(shí)通知監(jiān)理等有關(guān)單位人員對(duì)孔底形狀、尺寸、巖性、入巖深度等進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格并滿足設(shè)計(jì)要求后，應(yīng)迅速封底。同時(shí)，當(dāng)滲水量過(guò)大時(shí)應(yīng)采取有效的措施止水，在孔內(nèi)無(wú)積水、滲水時(shí)，方可吊裝鋼筋籠和澆灌混凝土?？椎讕r樣應(yīng)妥善保存?zhèn)洳?。澆注混凝土?xí)r，相鄰10m范圍內(nèi)的挖孔樁臨空面均應(yīng)封閉護(hù)壁，挖孔作業(yè)應(yīng)停止，并不得在孔底留人。

(7)在人工挖孔樁成孔施工過(guò)程中，認(rèn)真留意孔內(nèi)的一切動(dòng)態(tài)，如發(fā)現(xiàn)流砂、涌水、護(hù)壁變形等不良預(yù)兆以及有異味氣體時(shí)，應(yīng)停止作業(yè)并迅速撤離，同時(shí)立即報(bào)告有關(guān)單位或部門，組織有關(guān)人員前往現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)進(jìn)行處理。

2.2 方案小結(jié)

(1)本車站含水層地下水富集規(guī)律性較差，在砂巖及巖層較破碎的情況下，常形成局部富水段，滲透系數(shù)K為0.025m/d～2.01m/d，變化區(qū)間較大，勘察區(qū)域地下水位埋深一般3.5m～18m。車站圍護(hù)樁旋挖成孔時(shí)孔內(nèi)水流較多(車站圍護(hù)樁施工時(shí)地下水豐富，造成孔后壁垮塌現(xiàn)象嚴(yán)重，大量滲水區(qū)段為地面以下7m～9m)。

(2)本車站所屬地層為低瓦斯地層，在人工挖孔樁施工期間作業(yè)環(huán)境為地下密閉環(huán)境作業(yè)，作業(yè)持續(xù)時(shí)間不能太長(zhǎng)，需配置的班組較多，且開挖巖層硬樁深12m，人工開挖工效低，作業(yè)空間狹小，人員施工難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高。

(3)人工挖孔樁危險(xiǎn)因素多，尤其是擴(kuò)孔區(qū)域輪廓挖成基本成“神仙土”，再加上中風(fēng)化泥巖遇裂隙水將會(huì)產(chǎn)生膨脹塌孔危險(xiǎn)。

(4)由于工期緊張，采用人工挖孔施工工藝的關(guān)鍵線路為車站基坑開挖→人工挖孔及灌注、養(yǎng)護(hù)→車站結(jié)構(gòu)施工，關(guān)鍵線路多且各工序施工時(shí)間較長(zhǎng)，不利于現(xiàn)場(chǎng)高效施工。

綜上所述，人工挖孔樁施工風(fēng)險(xiǎn)較大、施工工期較長(zhǎng)，需研究一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)低、功效高的優(yōu)化方案。

3 旋挖成孔樁方案研究

3.1 方案研究

3.1.1 成孔

本工程抗拔樁位于中風(fēng)化泥巖、砂巖地層，擴(kuò)底段開挖后土體自穩(wěn)性較好，機(jī)械成孔時(shí)慢鉆施工可避免塌孔現(xiàn)象。根據(jù)本工程擴(kuò)底挖孔樁的特點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)段(φ1500)可采用普通旋挖鉆成孔，擴(kuò)底段(φ1500擴(kuò)底為φ2400)采用變徑鉆頭成孔。旋挖擴(kuò)孔鉆頭見圖3。

圖3 旋挖擴(kuò)孔鉆頭

3.1.2 鋼筋籠

根據(jù)本工程擴(kuò)底挖孔樁的特點(diǎn)，鋼筋籠標(biāo)準(zhǔn)段(φ1500)結(jié)構(gòu)形式與普通鉆孔樁鋼筋籠一致，鋼筋籠擴(kuò)底段(φ1500擴(kuò)底為φ2400)借用雨傘的鉸接受力體系采用“傘”形鋼筋籠(見圖4)。

圖4 擴(kuò)底段“傘”型鋼筋籠設(shè)計(jì)

擴(kuò)底段“傘”形鋼筋籠分為三大部分，“傘”棒為φ1400反力內(nèi)籠(設(shè)置于主籠內(nèi)，8φ25鋼筋均勻布置)，主“傘”骨、次“傘”骨為28φ25均勻布置鋼筋。主“傘”骨兩端鉸接于“傘”棒反力內(nèi)籠和次“傘”骨，次“傘”骨上端與主籠定位筋鉸接、下端呈自由狀。擴(kuò)底段“傘”形鋼筋籠同主籠一起加工后吊裝入孔，擴(kuò)底段“傘”棒先接觸基底提供反力，撐開擴(kuò)底段“傘”形鋼筋籠。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.2.1 成孔

試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)選取一塊空地，地層條件為強(qiáng)風(fēng)化泥巖，采用SR360旋挖鉆機(jī)配置變徑鉆頭(φ1500變徑φ2400)成孔，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)開孔φ1500，擴(kuò)底φ2500，擴(kuò)底深度4m，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2.2 鋼筋籠

試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)選取一塊空地，采用30t汽車吊吊裝鋼筋籠，起吊時(shí)鋼筋籠全部φ為1400，鋼筋籠觸地時(shí)，擴(kuò)底段“傘”形鋼筋籠有效打開，擴(kuò)底段鋼筋籠呈“傘”形φ2400均布分布，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2.3 單樁抗拔承載力試驗(yàn)

試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)選取一塊空地，抗拔樁按旋挖樁施工工藝成孔，養(yǎng)護(hù)28d后進(jìn)行單樁豎向抗拔靜載荷試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)值為7800kN，滿足設(shè)計(jì)要求抗拔樁單樁抗拔承載力特征值5770kN。

4 旋挖鉆成孔施工

4.1 施工工藝

(1)抗拔樁施工放線時(shí)，除根據(jù)樁設(shè)計(jì)中心坐標(biāo)外放不超過(guò)允許垂直施工誤差1/200、樁徑偏差不超過(guò)50mm外，尚應(yīng)考慮樁身最大水平位移30mm的外放值，鉆孔灌注樁平面定位應(yīng)準(zhǔn)確，樁頂中心線施工偏差不得大于50mm；嚴(yán)格控制樁身垂直度偏差(鉆孔樁)不大于0.3%。

(2)鉆孔樁采用跳挖方法施工，旋挖樁施工前必須試成孔，數(shù)量不得少于2個(gè)，以便檢驗(yàn)所選的設(shè)備、施工工藝以及技術(shù)要求是否適宜。施工現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備、設(shè)施、安全裝置、工具配件以及個(gè)人勞保用品必須經(jīng)常檢查，確保完好和使用安全。

(3)本工程樁端入土深度較大，施工中嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行二次清孔操作，并采取必要的施工措施，以減少樁底沉渣。在鋼筋籠沉放到位且澆筑混凝土前測(cè)孔底中心點(diǎn)的沉渣厚度，沉渣厚度<200mm。鋼筋籠放入后要盡快澆灌混凝土，連續(xù)灌注直至樁完成。確?；炷恋膹?qiáng)度和密實(shí)性要求，并做好每根樁的成樁原始記錄。內(nèi)容主要包括：鉆孔、一二次清孔、沉渣厚度、泥漿比重、水下混凝土灌注等項(xiàng)目質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定。

(4)鉆孔樁鋼筋籠制作時(shí)，應(yīng)盡量裝配成一個(gè)整體，必須分節(jié)時(shí)，主筋連接應(yīng)采用焊接或機(jī)械連接，接頭位置應(yīng)盡量選在受力較小處，并相互錯(cuò)開，且在35d的同一接頭連接區(qū)段范圍內(nèi)鋼筋接頭不得超過(guò)鋼筋數(shù)量的50%。施工時(shí)應(yīng)注意上、下段鋼筋對(duì)位準(zhǔn)確，保證鋼筋籠順直。

(5)樁混凝土的灌注必須采用混凝土導(dǎo)管，管口距混凝土面不得大于2.0m，嚴(yán)禁在孔口拋鏟或倒車卸入?；炷翍?yīng)連續(xù)灌注，不得中斷，導(dǎo)管在提升時(shí)不得碰撞鋼筋籠。在有預(yù)埋鋼筋或預(yù)埋件等鋼筋排布較密處澆注混凝土?xí)r，需反復(fù)振搗確保混凝土密實(shí)，防止出現(xiàn)蜂窩麻面現(xiàn)象，保證混凝土的灌注質(zhì)量。圍護(hù)樁鋼筋籠入孔后至澆筑混凝土完畢的時(shí)間不超過(guò)4h。

4.2 施工小結(jié)

在保證設(shè)計(jì)要求的抗拔樁單樁抗拔承載力特征值前提下，擴(kuò)底抗拔樁采用旋挖鉆成孔施工避免了人工挖孔樁密閉空間作業(yè)、塌孔、有害氣體等施工風(fēng)險(xiǎn)，在基坑開挖期間組織基底抗拔樁施工，縮短工程關(guān)鍵線路，對(duì)提高施工效率十分顯著。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在中風(fēng)化泥巖、砂巖的瓦斯地區(qū)，由于人工挖孔樁施工風(fēng)險(xiǎn)高、功效低，在有效的管理措施上，擴(kuò)底抗拔樁采用擴(kuò)底鉆頭和“傘”形結(jié)構(gòu)擴(kuò)挖鋼筋籠以旋挖鉆成孔組織施工更安全、高效，可用于今后類似工程。