簡章宇

(中國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、周治國等針對地下建筑工程抗拔樁施工進行了研究，表明了抗拔樁技術(shù)的施工操作要點，并且對地下建筑工程抗拔樁施工技術(shù)的應(yīng)用進行了分析，提出了具體措施[1-3]。郭魯軍、施建榮等針對擴底抗拔樁在地下工程中的設(shè)計與應(yīng)用，通過工程實例，研究了擴底抗拔樁鉆孔施工的技術(shù)要點[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踐，對擴底抗拔樁人工挖孔與旋挖鉆孔施工進行研究，為今后類似工程的設(shè)計施工提供借鑒。

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號線三期車站十字節(jié)點換乘。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220m，標(biāo)準(zhǔn)段寬28.6m，有效站臺長186m。車站底板埋深約36.32m～37.12m，坐落在中風(fēng)化泥巖中。該站采用擴底抗拔樁進行抗浮設(shè)計，抗拔樁共75根，樁徑φ1500，擴底鉆樁徑φ2400，實樁長度12m，C35水下混凝土灌注，設(shè)計安全等級為一級?？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，在動水作用下，泥巖具有易軟化、崩解、強度急劇降低的特點，對工程施工不利。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5m后，每天開工前必須進行有毒氣體的檢測，檢測結(jié)果滿足有關(guān)規(guī)定要求時方可下孔作業(yè)，并進行孔內(nèi)通風(fēng)。

(4)人工挖孔樁護壁采用C20鋼筋混凝土，厚度為150mm，樁護壁每節(jié)長度不得大于1.0m。對于在施工時有淤泥、砂土等軟弱松散土層時，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)條件加強支護，當(dāng)淤泥、砂層地質(zhì)條件較差時，可采用鋼套筒、注漿等措施對淤泥、砂層進行加固，以免塌孔和流砂，確保樁成孔的安全。第一節(jié)護壁厚度應(yīng)比下面的護壁厚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)及時運走，孔口周邊2m范圍內(nèi)不得堆放渣土、淤泥等雜物，加強施工現(xiàn)場管理，做好施工圍護，車輛行人不得在施工場地內(nèi)通行。

(6)當(dāng)挖孔樁成孔至設(shè)計深度時，應(yīng)清除護壁淤泥、孔底殘渣和積水，并及時通知監(jiān)理等有關(guān)單位人員對孔底形狀、尺寸、巖性、入巖深度等進行檢驗，檢驗合格并滿足設(shè)計要求后，應(yīng)迅速封底。同時，當(dāng)滲水量過大時應(yīng)采取有效的措施止水，在孔內(nèi)無積水、滲水時，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程中，認真留意孔內(nèi)的一切動態(tài)，如發(fā)現(xiàn)流砂、涌水、護壁變形等不良預(yù)兆以及有異味氣體時，應(yīng)停止作業(yè)并迅速撤離，同時立即報告有關(guān)單位或部門，組織有關(guān)人員前往現(xiàn)場及時進行處理。

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。車站圍護樁旋挖成孔時孔內(nèi)水流較多(車站圍護樁施工時地下水豐富，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)時間不能太長，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)險高。

(3)人工挖孔樁危險因素多，尤其是擴孔區(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產(chǎn)生膨脹塌孔危險。

(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→車站結(jié)構(gòu)施工，關(guān)鍵線路多且各工序施工時間較長，不利于現(xiàn)場高效施工。

綜上所述，人工挖孔樁施工風(fēng)險較大、施工工期較長，需研究一個風(fēng)險低、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，擴底段開挖后土體自穩(wěn)性較好，機械成孔時慢鉆施工可避免塌孔現(xiàn)象。根據(jù)本工程擴底挖孔樁的特點，標(biāo)準(zhǔn)段(φ1500)可采用普通旋挖鉆成孔，擴底段(φ1500擴底為φ2400)采用變徑鉆頭成孔。旋挖擴孔鉆頭見圖3。

圖3 旋挖擴孔鉆頭

3.1.2 鋼筋籠

根據(jù)本工程擴底挖孔樁的特點，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，鋼筋籠擴底段(φ1500擴底為φ2400)借用雨傘的鉸接受力體系采用“傘”形鋼筋籠(見圖4)。

圖4 擴底段“傘”型鋼筋籠設(shè)計

擴底段“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。擴底段“傘”形鋼筋籠同主籠一起加工后吊裝入孔，擴底段“傘”棒先接觸基底提供反力，撐開擴底段“傘”形鋼筋籠。

3.2 現(xiàn)場試驗

3.2.1 成孔

試驗現(xiàn)場選取一塊空地，地層條件為強風(fēng)化泥巖，采用SR360旋挖鉆機配置變徑鉆頭(φ1500變徑φ2400)成孔，試驗現(xiàn)場開孔φ1500，擴底φ2500，擴底深度4m，滿足設(shè)計要求。

3.2.2 鋼筋籠

試驗現(xiàn)場選取一塊空地，采用30t汽車吊吊裝鋼筋籠，起吊時鋼筋籠全部φ為1400，鋼筋籠觸地時，擴底段“傘”形鋼筋籠有效打開，擴底段鋼筋籠呈“傘”形φ2400均布分布，滿足設(shè)計要求。

3.2.3 單樁抗拔承載力試驗

試驗現(xiàn)場選取一塊空地，抗拔樁按旋挖樁施工工藝成孔，養(yǎng)護28d后進行單樁豎向抗拔靜載荷試驗，現(xiàn)場試驗值為7800kN，滿足設(shè)計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，除根據(jù)樁設(shè)計中心坐標(biāo)外放不超過允許垂直施工誤差1/200、樁徑偏差不超過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，以便檢驗所選的設(shè)備、施工工藝以及技術(shù)要求是否適宜。施工現(xiàn)場所有設(shè)備、設(shè)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。

(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孔底中心點的沉渣厚度，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恋膹姸群兔軐嵭砸螅⒆龊妹扛鶚兜某蓸对加涗?。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目質(zhì)量檢驗評定。

(4)鉆孔樁鋼筋籠制作時，應(yīng)盡量裝配成一個整體，必須分節(jié)時，主筋連接應(yīng)采用焊接或機械連接，接頭位置應(yīng)盡量選在受力較小處，并相互錯開，且在35d的同一接頭連接區(qū)段范圍內(nèi)鋼筋接頭不得超過鋼筋數(shù)量的50%。施工時應(yīng)注意上、下段鋼筋對位準(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?；炷撩軐崳乐钩霈F(xiàn)蜂窩麻面現(xiàn)象，保證混凝土的灌注質(zhì)量。圍護樁鋼筋籠入孔后至澆筑混凝土完畢的時間不超過4h。

4.2 施工小結(jié)

在保證設(shè)計要求的抗拔樁單樁抗拔承載力特征值前提下，擴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，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，對提高施工效率十分顯著。

5 結(jié)語

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)險高、功效低，在有效的管理措施上，擴底抗拔樁采用擴底鉆頭和“傘”形結(jié)構(gòu)擴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。