簡章宇
(中國水利水電第十工程局有限公司,四川 都江堰,611830)
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。
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
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。
(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。
(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。
3.1.1 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。
3.2.1 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。
(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。
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。
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。