咬合樁與地連墻聯(lián)合施工技術

胡祥輝 黃新

1.深圳市威鵬建設科技有限公司，中國·廣東 深圳 518100

2.深圳市正大建業(yè)建筑工程有限公司，中國·廣東 深圳 518000

11 引言

隨著中國城市化進程的推進，土地資源日趨緊張，高層、超高層建筑、城市地鐵、商業(yè)建筑都向地下空間發(fā)展，深基坑支護設計與施工是其中一個重要環(huán)節(jié)。近幾年，國內(nèi)城市軌道交通工程快速發(fā)展，90%以上的地鐵車站基坑施工采用明挖法，其中地下連續(xù)墻是最常用的設計支護方式[1-3]。實踐證明，地下連續(xù)墻支護方式在城市地鐵建設中取得了顯著效果。

雖然地下連續(xù)墻施工技術理論成熟、積攢了豐富的施工經(jīng)驗、應用范圍廣，但是由于地下連續(xù)墻成槽設備的局限，遇到地下有障礙時，通常采用沖擊成槽的方法，如果地下障礙是需要保護的地下結(jié)構(gòu)，則不能采用沖擊，地下連續(xù)墻施工和使用存在局限之處。如在已經(jīng)建好的地鐵隧道上新增一個車站，需要切割隧道，同時不破壞原結(jié)構(gòu)、不破壞防水，并保證隧道的安全。

針對上述問題，論文建設性的提出一種咬合樁與地下連續(xù)墻聯(lián)合施工技術，即隧道范圍內(nèi)采用咬合樁施工，其他范圍采用地下連續(xù)墻施工。此施工技術在廣州市軌道交通九號線新增清塘站得到了成功的應用，取得了很好的經(jīng)濟效益與社會效益。

2 工程概況

因城市建設發(fā)展與總體布局規(guī)劃，需要在廣州市軌道交通九號線高增站與清布站之間增設一個車站，車站模型見圖1。項目位于廣州市迎賓大道與清塘路的交叉路口，基坑長160 米、寬29.25m、開挖深度約15m，為地下兩層島式站臺車站，采用明挖法。穿過的地層由上至下依次為人工填土層、粉細砂層與中粗砂層。

圖1 清塘站車站平面模型圖

針對車站基坑，原設計采用地下連續(xù)墻方式，其中隧道切割采用大面積冷凍法，即地面冷凍＋隧道內(nèi)冷凍。建設方要求在規(guī)定的時間內(nèi)完成施工，但按原設計施工，不能滿足工期要求、耗資大。

3 施工技術的提出

3.1 面臨的問題

①大面積冷凍法，從開始冷凍到結(jié)構(gòu)板澆筑需要約一年時間，期間不確定性因素（如停電、材料供應）多，不能保證施工的可靠性。工期長，不滿足工期要求。

②地下連續(xù)墻施工，碰到地下障礙時采用沖擊成孔。雖然被切割的隧道周圍已經(jīng)被冷凍，但是施工過程中不可避免的會破壞隧道原有結(jié)構(gòu)、同時還會破壞防水。

3.2 技術的提出

隨著施工機械的不斷創(chuàng)新，成孔工藝目前也已多樣化，咬合樁及地下連續(xù)墻作為基坑圍護結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件，在地鐵車站建設中扮演重要角色。咬合樁是指采用機械鉆孔，護壁，取土，現(xiàn)澆混凝土灌注成樁，樁與樁之間相互咬合(相交)排列的一種基坑圍護結(jié)構(gòu)形式。

論文建設性的提出一種咬合樁與地下連續(xù)墻聯(lián)合施工技術，即隧道范圍內(nèi)采用咬合樁施工，其他范圍采用地下連續(xù)墻施工。因論文提出的是一種聯(lián)合施工技術，故對冷凍法施工不進行詳細敘述。

3.3 方案比較

3.3.1 工期比較

純地下連續(xù)墻施工，采用地面冷凍＋隧道內(nèi)冷凍法，冷凍的工法施工的組織協(xié)調(diào)難度大，在隧道內(nèi)進行材料運輸及冷凍設備組裝，工作空間狹小，施工效率低。根據(jù)施工實際情況，冷凍法只能從一側(cè)向另一側(cè)施工，不能同時進行，導致工期變長。另外，場地還不具備開工條件且臨電未通。

采用全回轉(zhuǎn)全套管進行硬咬合樁施工，可隨兩側(cè)連續(xù)墻一起施工，對工期基本沒影響。

3.3.2 安全性比較

基坑長時間暴露階段，冷凍加固體裸露冷凍，靠近基坑側(cè)未受約束，可能導致加固體向基坑內(nèi)移動，存在加固體松散失效以及冷凍管發(fā)生折斷失效的風險；開挖階段四個端頭同時冷凍，如出現(xiàn)停電，可能導致加固體在12小時內(nèi)失效，一方面對基坑安全產(chǎn)生影響，另一方面，重新進行冷凍對工期產(chǎn)生滯后；冷凍法埋管深度過長，端部無法保證搭接區(qū)域，可能存在冷凍盲區(qū)，導致基坑支護不安全的風險；冷凍管進入不透水層后，凍結(jié)時破壞地層巖體結(jié)構(gòu)，會導致巖體膨脹，形成新的裂隙水通道，引起地下水、砂饒流入基坑，導致基底涌水涌砂的風險；隧道內(nèi)進行冷凍管施工，垂直及水平運輸時間長，導致施工周期長，且由于冷凍管長、數(shù)量多，且多數(shù)穿越砂層，對砂層擾動大，成孔時可能引起涌水涌砂，會造成既有隧道管片下沉的風險，導致整個區(qū)間的線路無法滿足鋪軌要求。

采用全回轉(zhuǎn)全套管硬咬合樁施工，基坑處于完全封閉狀態(tài)，樁間咬合處不存在涌水涌砂的風險，基坑施工安全性高。

3.3.3 工法適用性比較

原設計垂直冷凍＋洞內(nèi)冷凍在廣佛地鐵修復單條管片隧道中使用過，并取得顯著效果，但廣佛地鐵修復時隧道底部為紅黏土層，地質(zhì)條件較好，且修復開挖工作面小，冷凍周期短。

全回轉(zhuǎn)硬咬合成樁已經(jīng)在深圳和華東天津等地大規(guī)模使用，且在天津地鐵6 號線北運河站的修復100m 的管片隧道是采用的全回轉(zhuǎn)鉆機施工，同時上海地鐵4 號線的聯(lián)絡通道修復時也采用的此工法，均取得顯著效果。

3.3.4 經(jīng)濟性比較

地面冷凍＋隧道內(nèi)冷凍法造價需752 萬元，咬合樁＋水平冷凍法造價需530 萬元，減少投資222 萬元。

綜合上述比較可知，該技術方案工期短、不破壞原結(jié)構(gòu)與防水、施工方便、適用性強、造價相對低廉。

4 施工方法

4.1 施工思路

隧道影響區(qū)域采用鉆孔咬合樁，其它部分采用地下連續(xù)墻施工，咬合樁與地下連續(xù)墻接頭處同時施工，兩側(cè)用高壓旋噴樁止水。平面與剖面布置見圖2。

圖2 咬合樁施工平面與剖面圖

咬合樁施工前，對基坑洞門以外30m 隧道進行加固，1.5m 范圍內(nèi)澆輕質(zhì)泡沫混凝土墻，最后施工硬咬合樁。

4.2 隧道填充

流程為：施工放線→安裝模板與加固→鋪設防水→灌注混凝土。

咬合樁成孔作業(yè)過程中，因鉆進過程中壓入力和沖砸的影響，對鄰近側(cè)完好隧道可能造成損壞，為最大程度避免全回轉(zhuǎn)全套管鉆機鉆進切割管片時對鄰近隧道造成破壞，在管片切割部位及管片切割孔邊緣向兩側(cè)隧道管片方向不小于1.5m 范圍，澆筑C15 混凝土墻，地面施鉆直徑為300mm下料孔，以接觸到管片為終孔標準，成孔后埋設直徑為200mm 鋼套管，套管與管片外側(cè)頂部接縫注入水灰比為1 ∶1 水泥漿固結(jié)（根據(jù)現(xiàn)場情況確定是否需要采用雙液漿，水玻璃溶液：質(zhì)量比為1 的水泥漿溶液體積比=1 ∶1），在套管的保護下采用地質(zhì)鉆機抽芯成孔，孔徑為168mm，最后在地面往隧道內(nèi)泵送填充物。

4.3 咬合樁施工

咬合樁施工流程具體見圖3。

圖3 咬合樁施工流程

施工時，先施工素樁A，在施工葷樁B，具體樁位順序見圖4。

圖4 咬合樁施工順序

成孔：鉆機就位后，保證套管與樁中心偏差小于2cm，壓入套管，然后用抓斗從套管內(nèi)取土，一邊抓土，一邊繼續(xù)下壓套管，至樁底標高止；抓土過程中，隨時監(jiān)控檢測和調(diào)整套管垂直度，發(fā)生偏移及時糾偏調(diào)整（垂直度控制用線垂垂直方向控制，同時采用兩臺經(jīng)緯儀垂直方向監(jiān)控套管垂直度）。

混凝土灌注：孔內(nèi)無水時，采用干孔導管法流態(tài)灌注，砼采用商品砼，將砼通過導管注入孔內(nèi)；孔內(nèi)有水時，水下混凝土要連續(xù)澆筑不得中斷，邊灌注邊拔套管和導管，并逐步拆除。

套管埋深控制：采用全套管法混凝土灌注過程中，需及時測量混凝土面高度，掌握套管的埋置深度，同時設備應不停地做搖擺和少量上拔套管的動作。一是防止因孔內(nèi)混凝土高度不足，而不能抵抗周圍地層壓力，造成樁體縮頸；二是防止套管埋置深度過深，使套管因內(nèi)外管壁摩阻力過大而不能拔出。

浮籠控制措：由于套管內(nèi)壁與鋼筋籠外緣之間的空隙比較小，因此在上拔套管時，鋼筋籠將有可能被套管帶著一起上浮；嚴格控制鋼筋籠加工的外徑尺寸；葷樁混凝土的骨料粒徑應盡量小些，不宜大于25mm；上拔套管前，先反復搖擺套管2～3 次，以減少鋼筋籠與套管壁間摩擦力。

5 施工成果

采用咬合樁與地下連續(xù)墻聯(lián)合施工技術，在預定的時間內(nèi)完成了對隧道的無損切割，開挖以后，取得圓滿成果。開挖后的結(jié)果見圖5。

圖5 咬合樁切割開挖圖

6 結(jié)語

咬合樁與地下連續(xù)墻聯(lián)合施工技術，在切割隧道管片中，實現(xiàn)了不破壞原結(jié)構(gòu)、不破壞防水，縮短了工期，降低了造價。

此成果可以運用到全套管全回轉(zhuǎn)鉆機入巖中，具有很強的施工指導意義。同時也可廣泛用于城市地鐵新增車站等大型地下基礎設施建設，具有很強的現(xiàn)實意義和社會效應。