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全套管鑽孔咬合樁在基坑支護的應用
來源: | 作者:pmo16d5c3 | 發布時間: 968天前 | 1074 次瀏覽 | 分享到:

摘要:介紹全套管鑽孔咬合樁在臨近地鐵基坑支護工程中的應用情況以及咬合樁施工技術要點。

關鍵詞:全套管;鑽孔;咬合樁;基坑支護

鑽孔咬合樁具有配筋率較低、抗滲能力更強、施工速度快、支護結構的抗剪強度和安全性高等特點,目前在國內已成為一項十分成熟的支護結構施工技術,在地鐵、道路下穿線、高層建築物等城市構築物的深基坑工程中已廣泛推廣,特別適用於有淤泥、流砂、地下水富集等不良條件的地層。但是在部分具有岩石地層的基坑支護工程中,因基坑周邊環境複雜,安全文明施工程度高,工期要求緊,普通的鑽(衝)孔灌注樁和地連牆很難滿足實際要求,咬合樁在此類地形下顯示出了十分突出的技術優勢。

1工程概況

1.1工程概述

凱達爾樞紐國際廣場位於廣州市增城新塘鎮,該工程用地麵積38697.1m2,規劃總建築麵積約38萬m2,由四層地下室、六層裙房以及兩棟超高層塔樓(西塔樓260m,東塔樓182m)組成。基坑開挖麵積35026.9m2,基坑周長約797.0m,略呈三角型布局,裙樓區域開挖深度17.7m,塔樓區開挖深度21.4m;屬於典型的超大深基坑工程。

1.2基坑北側環境情況

基坑北側緊鄰正在進行主體施工的廣州地鐵13號線新塘站,其基坑開挖深度約15m,地鐵13號線基坑支護形式采用地下連續牆+三道支撐,距本工程北側支護最近處僅2.3m;詳見圖1。

1.3基坑北側地質、水文情況

1.3.1地質情況根據野外鑽探編錄,按成因、狀態、岩土性劃分,場區岩土層自上而下可分為:人工填土層、坡積層、殘積層、基岩本工程的基坑北側中(微)風化岩層埋深較淺,強度較高,中風化最淺埋深-7.71m,其平均強度為11.9MPa,微風化最淺埋深為-8.5m,其平均強度值為90MPa。1.3.2水文情況根據勘察報告,鑽探期間場地範圍內未發現地表水存在,各鑽孔測得混合水靜止水位相對標高為-2.00~-9.70m,場地長期水位變化幅度大概在3~4m。

1.4北側支護設計概況

1.4.1北側豎向支護結構的選型為保證地鐵結構安全,北側支護結構施工時造成水土流失,影響地鐵基坑安全,原設計方案由普通鑽(衝)孔排樁改為與地鐵基坑相同的地下連續牆支護形式。但因本工程的岩層淺(局部場地下去8m進入微風化)、硬度大(根據地鐵施工單位的施工經驗,強度最大可超過100MPa),能夠進行如此高強度岩層施工地下連續牆的施工機械少(雙輪銑槽機,受場地限製隻能進場一台),施工速度慢(完成北側支護需7個月),造價高,不適用於本工程。在項目部進場後,根據實際情況和地保辦的相關要求,並經過充分市場調研及實地考察後,決定采用咬合樁的支護形式,且北側采用咬合樁的施工方案最終也通過了地保辦專家的審核。1.4.2咬合樁設計概況本工程的基坑北側咬合樁一共372根(A樁186根,B樁186根),A樁樁底需進入中風化岩層1.5m或微風化岩層1m,B樁樁底需進入基坑底加上嵌固深度(進入全風化岩不少於7.0m或強風化岩不少於5.0m或中風化岩不少於3.0m或微風化岩不少於2.0m),咬合樁樁徑1.2m,咬合0.35m。2咬合樁簡介套管鑽孔灌注咬合樁是采用磨樁機壓套管下沉,采用衝抓鬥或旋挖機出土成孔,使樁與樁之間相互咬合排列的一種基坑圍護結構。樁的排列方式為一條不配筋並采用超緩凝素混凝土樁(A樁)和一條鋼筋混凝土樁(B樁)間隔布置,其中鋼筋混凝土樁(B樁)利用套管鑽機的切割能力切割掉相鄰超緩凝素混凝土樁(A樁)相交部分的混凝土,使之形成具有良好防滲作用的整體連續防水、擋土圍護結構。

3咬合樁工藝優缺點

3.1優點

(1)由於素樁的主要作用為咬合鋼筋混凝土樁,形成整體止水帷幕,不承受荷載,隻用進入中風化岩層即可,故整體施工速度較快,造價低;較易滿足本工程的工期要求並在最大程度上節約成本。(2)咬合樁采用旋挖成孔的工藝具有噪音低、振動小的特點,完全滿足廣州市地保辦的要求。(3)咬合樁采用鋼護筒進行護壁,無需泥漿護壁,安全施工文明程度較好,能最大程度防止水土流失,將支護施工對周邊影響減至最低。

3.2缺點

由於咬合樁的施工工藝要求先施工素樁,再施工鋼筋混凝土樁。為防止形成冷縫,影響止水效果,對素樁混凝土的初凝時間要求較高,一般要求大於60h,鋼筋混凝土樁的成孔時間要求較高。

4咬合樁工藝流程及施工要點

咬合樁利用轉動液壓裝置(全套管鑽機,簡稱磨樁機),采用轉動方式入套管,同時衝抓鬥從套管內取土,一邊抓土、一邊下壓套管說明:通過磨樁機將鋼護筒壓入中風化岩層,通過衝抓頭或旋挖機在鋼護筒內成孔,可取消泥漿護壁。套管進入中風化岩層時,因磨樁機壓入套管困難,為防止出現“湧砂”現象,快進入岩層時提前向套管內注水反壓保持套管內外水土壓力平衡,改用采用旋挖機進行成孔作業。

4.1施工流程

4.1.1單樁施工流程導牆施工→鑽機就位對中→吊放並壓入第一節套管、校對垂直度、旋挖取土→衝抓鬥(旋挖機)取土(石)→終孔檢查→(B樁吊放鋼筋籠)→安裝混凝土導管→灌注水下混凝土→樁機移位(重複上述工序)。備注:A樁施工流程同B樁施工流程,但無吊放鋼筋籠。4.1.2咬合樁整體施工順序如圖4所示,全套管咬合樁總的施工原則是先施工A序列樁(素混凝土樁,簡稱A樁),後施工B序列樁(鋼筋混凝土樁,簡稱B樁),其施工工序是:A1→A2→B1→A3→B2→A4→B3,如此循環。

4.2咬合樁施工重要工序操作要點

4.2.1導牆施工為保證咬合樁定位誤差要求小於10mm,需要硬化地麵並做混凝土導牆,導牆寬3.24m、厚度為0.3m;定位孔直徑比樁徑大4cm。4.2.2鑽機就位對中導牆混凝土達到強度後,重新定位咬合樁中心位置,將點位反到導牆麵上,作為鑽機定位控製點;移動套管鑽機至正確位置,使套管鑽機抱管器中心對應咬合樁樁位中心。4.2.3吊放並壓入第一節套管、校對垂直度、衝抓取土鑽機就位後,將第一節管吊裝在樁機鉗口中,找正套管垂直度後,磨樁機下壓套管,壓入深度約為2.5~3.5m深,然後用衝抓鬥從套管內取土,一邊抓土、一邊下壓套管,保持套管底口到開挖麵的深度大於2.5m。第一節套管全部壓入土中後(套管高出導牆頂麵1.2~1.5m,便於接管),檢測垂直度,如不合格則進行糾偏調整,如合格則安裝第二節套管繼續下壓取土。4.2.4注水、旋挖取土(岩)套管進入中(微)風化岩層時,因岩石堅硬,衝抓錐受機械設備性能限製難以抓土作業,此時,需向套管中注水,采用旋挖機進行取土(岩)作業。4.2.5終孔檢查將孔底的虛土全部清除,然後測量孔深、垂直度,直至滿足設計要求。4.2.6灌注水下混凝土終孔檢查合格後(B樁須吊放鋼筋籠,鋼筋籠標高誤差±10cm),然後安裝準250導管進行水下混凝土澆灌;澆築時檢查每車混凝土類型與標號、坍落度情況,以免素樁與鋼筋樁混凝土混用或發生灌注事故;每根樁製取一組試件,監測其緩凝時間及強度;施工時邊澆注混凝土邊拔管,但始終保持套管底低於混凝土麵不小於2.5m,樁頂標高誤差±20cm。

5質量控製

5.1孔口定位誤差的控製

孔口的定位精度,主要靠導牆澆築精度控製。在進行導牆澆築前,需對每根樁進行進行定位,保證導牆的中心與樁位中心重合。

5.2樁的垂直度的控製

當咬合樁垂直度超過允許範圍時,可能造成咬合樁底部未進行咬合。在進行樁位成孔時,需嚴格控製孔口定位誤差外,還應對其樁孔垂直度進行嚴格的控製。每節套管壓完後安裝下一節套管之前,都要停下來用測斜儀或“測環”進行孔內垂直度檢查,不合格時需進行糾偏,直至合格才能進下一節套管施工。成孔過程中如發現垂直度偏差過大,必須及時利用磨樁機兩側的油缸進行頂升或推拉套管,調節套管的垂直度進行糾偏調整。

5.3預防“管湧”

在場地有淤泥、流砂、地下水富集等不良條件的地層,因B樁成孔過程中,A樁混凝土未凝固,還處於流動狀態,A樁混凝土有可能從A、B樁相交處湧入B樁孔內,稱之為“管湧”,克服“管湧”有以下幾個方法:(1)A樁混凝土的坍落度應盡量小一些,不宜超過18cm,以便於降低混凝土的流動性。(2)套管底口應至少低於開挖麵2.5m,以便於造成一段“瓶頸”,阻止混凝土的流動。(3)當套管遇地下障礙物或岩層較淺時,套管底口無法保持低於開挖麵標高2.5m,可向套管內注入一定量的水,使其保持一定的反壓力來平衡A樁混凝土的壓力。阻止“管湧”的發生。

5.4緩凝時間的確定

A樁混凝土緩凝時間應根據單樁成樁時間來確定,單樁成樁時間與地質、樁長、樁徑和鑽機能力等因素有關。A樁混凝土緩凝時間可根據下式來計算:T=3t+K式中:T———A樁混凝土的緩凝時間(初凝時間);K———儲備時間,一般為1~2t;t———單樁成樁時間,一般取12h。一般超緩凝混凝土初凝時間>60h,為滿足這一要求,混凝土配合比經現場試驗後確定。

6結語

凱達爾樞紐國際廣場基坑支護工程具有如下特點:地下岩層埋深較淺(約8m)、岩石硬度大(約90MPa)、入堅硬岩石深度深(約15m)、地鐵保護措施要求高、安全文明施工程度高、水土保持要求高、工期要求緊等。普通的鑽(衝)孔灌注樁和地下連續牆牆很難滿足實際要求,通過套管咬合樁在本工程中的應用,驗證咬合樁在岩層地層中施工的可行性和可靠性,也凸顯了咬合樁在此類地形下的技術優勢。在施工過程中總結了以下幾點,供後續類似工程參考。(1)套管咬合樁施工通過使用全鋼護筒施工工藝,在周邊存在地鐵,地下岩層埋深較淺的複雜地形條件下,有利於環境保護和水土保持,能滿足地鐵保護區範圍內的施工要求。(2)相對於排樁,咬合樁具有止水效果好,有利於周邊環境的水土保持等特點。(3)與地下連續牆施工相比,咬合樁具有施工速度快,本工程的咬合樁已施工了206根,每台設備的平均施工進度為2根/d,可應用於在工期十分緊張且對環境保護要求高的工程。(4)咬合樁自身具有較好的止水效果,相對於排樁,不需要再施工止水樁,降低了施工成本;相對於地下連續牆,其配筋率低,在地質情況相近條件下,咬合樁施工成本約為地下連續牆施工成本的60%。(5)咬合樁施工在兩個施工段之間無法避免形成冷縫的地方設置砂樁(B樁成孔後回填砂),並在砂樁背麵使用高壓旋噴樁進行止水,減少基坑滲水幾率。(6)本工程在堅硬岩石埋深較淺、岩石成孔時間較長的情況下,通過先成孔鋼筋混凝土樁(B樁),使用砂回填B樁後,在施工兩側的A樁,最後再次施工回填後B樁,依次施工,有效減少了因素樁成型後B樁再澆築混凝土形成冷縫。

參考文獻

[1]沈保漢.全套管鑽孔咬合灌注樁施工工法.

[2]宋誌彬,馮起贈,許本衝,等.全套管鑽進機理和全回轉套管鑽機的研究[J].建築機械,2013(23):87~91

作者:李林森 單位:廣州珠江工程建設監理有限公司