套管咬合樁施工技術(shù)在土巖復(fù)合地層中的應(yīng)用

摘要：以徐州地鐵2號線九里山車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)工程為研究對象，闡述全套管鉆孔咬合灌注樁技術(shù)在高水位、土巖結(jié)合復(fù)合地層中施工的常見問題與處治措施，并對開挖過程中圍護(hù)樁的實(shí)際變形量等進(jìn)行研究，對套管咬合樁施工工藝要點(diǎn)進(jìn)行分析，為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：高水位；土巖復(fù)合地層；套管咬合樁；車站圍護(hù)；施工技術(shù)

0" "引言

采用傳統(tǒng)施工模式在高水位、土巖結(jié)合復(fù)合型地層進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工時，存在成樁質(zhì)量差、入巖施工難度大、對周邊地層擾動大等問題。全套管咬合樁施工工藝具有施工速度快、造價低、對周邊地層擾動小、開挖后樁間無滲水、安全穩(wěn)定等優(yōu)勢。本文以徐州地鐵2號線九里山車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)工程為研究對象，闡述全套管鉆孔咬合灌注樁技術(shù)在高水位、土巖結(jié)合復(fù)合地層中施工的常見問題與處治措施，并對開挖過程中圍護(hù)樁的實(shí)際變形量等進(jìn)行研究，對套管咬合樁施工工藝要點(diǎn)進(jìn)行分析。

1" "工程概況

1.1" " 設(shè)計概況

九里山站車站基坑寬度19.7～24.3m，基坑長206m，車站深度為深15.5～18.5m。套管咬合樁主要通過樁間咬合來保證基坑形成封閉的整體，施工時采用φ1000樁徑@800/750，樁中心間距標(biāo)準(zhǔn)段為800mm，咬合200mm，端頭井為750mm，咬合面為250mm。樁長為23.79～20.31m，入巖深度2.5～6m；咬合樁分鋼筋混凝土樁（葷樁）和素混凝土樁兩種，其中葷樁（B樁）采用C35 混凝土，素樁（A樁）樁身采用C20超緩凝混凝土，緩凝時間不得小于60h。

1.2" " 工程地質(zhì)

九里山站從上向下所揭示的地層主要為1-1雜填土、2-2-1層淤泥質(zhì)黏土、2-3-4黏土、5-3-4黏土夾砂疆，基底下伏地層主要為12-5N-2強(qiáng)風(fēng)化泥巖、12-5N-3中風(fēng)化泥巖、12-5H-3中風(fēng)化灰?guī)r[1]。

1.3" " 水文地質(zhì)

九里山站場區(qū)內(nèi)地下水類型分布為潛水、弱承壓水、基巖裂隙水。其中弱承壓水主要賦存于5-3-4層黏土夾砂礓地層中，水位埋深約4.5m?；鶐r裂隙水具有承壓性且水量較大，其主要賦存于下伏巖層的裂隙中。兩種水文情況在成樁過程中極易發(fā)生管涌。

2" "主要施工機(jī)械配備

2.1" " 液壓搖動式全套管咬合樁機(jī)

設(shè)備選型采用MZ-2型搖動式全套管鉆機(jī)配合徐工360型旋挖鉆機(jī)。鉆機(jī)主要部件包括主機(jī)（磨樁機(jī)）、鋼套筒、液壓工作站。采用50t履帶起重機(jī)與之配合，入巖部分成孔配合旋挖鉆機(jī)。全套管鉆機(jī)的主機(jī)（磨樁機(jī)）是整套機(jī)組中的工作機(jī)械，其主要由機(jī)架、提升缸、鎖定油缸、搖動缸、調(diào)節(jié)油缸、定位缸等組成[2]。

機(jī)架上設(shè)有鎖定油缸和夾具，用于緊固或松開套管。機(jī)架隨主機(jī)底座上的升降缸上下移動，工作時機(jī)架緊固鋼套管用于控制鋼套管上下移動。為了使套管在一定角度范圍內(nèi)圓周擺動，在機(jī)架上安裝搖動缸和左右擺臂。鋼管的垂直度利用支架上的定位調(diào)節(jié)缸來調(diào)整。為了升降鋼套管，調(diào)整鎖緊裝置的位置，防止套管掉落，將兩個定位缸和定位裝置固定在底座上。

2.2" " 錘式?jīng)_抓斗

沖抓斗常用于雜填土層和黏土層中。套管壓入土壤時抓斗的工作流程如下：采用卷揚(yáng)筒將沖抓斗提升至一定高度，提升過程中抓斗保持打開。然后放松卷揚(yáng)筒，沖抓斗利用自重急速落入套筒內(nèi)。閉合抓斗并將其從孔中取出，將其放至指定位置后打開抓斗棄土。

2.3" " 旋挖鉆機(jī)

土巖結(jié)合段和入巖段采用旋挖鉆施工，鉆具配置選擇如下：5-3-4黏土層具有高黏度特性，不易卸荷，因此優(yōu)先選用鉆進(jìn)效率較高的兩瓣斗。待完全鉆進(jìn)土巖結(jié)合面后，卸除兩瓣斗，換用適合堅硬而復(fù)雜地層的雙底雙開門截齒鉆斗。進(jìn)入中風(fēng)化的灰?guī)r后，卸除雙底雙開門截齒鉆頭，換用適用于硬巖鉆進(jìn)的牙輪鉆筒套取巖石 [3]。

2.4" " 鋼套筒

鋼套管作為咬合樁施工工藝的重要組成部分，其特點(diǎn)是成孔時代替泥漿作為護(hù)壁，保證成孔質(zhì)量，同時采用控制套管垂直度的方式來進(jìn)行樁體垂直度控制。套管間采用子母扣連接，裝卸移動快速，工效高。鋼套筒首節(jié)長度9.5m，其余管節(jié)長度為6m。

3" "施工工藝

3.1" " 施工工藝流程

套管咬合樁施工工藝流程如下：樁位測量放樣→混凝土導(dǎo)墻施工→樁機(jī)就位對中→吊放首節(jié)套管→壓入首節(jié)套管→抓斗取土、套管鉆進(jìn)（入巖使用旋挖鉆）→清除虛土、檢測孔底→B樁吊放鋼筋籠→吊裝導(dǎo)管→灌注混凝土、拔出套管→樁頂測量→鉆機(jī)移位。

3.2" " 定位放線

在施工放樣中，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)及試樁數(shù)據(jù)考慮外放120mm，并作為導(dǎo)墻施工的控制中心線。

3.3" " 導(dǎo)墻施工

在樁頂設(shè)置混凝土導(dǎo)墻，其主要功能是樁位定位、控制樁底標(biāo)高、承載力，為樁機(jī)施工提供反力作用，同時導(dǎo)墻內(nèi)部的溝槽還用于限制泥水外流，保證工地文明施工等。導(dǎo)墻內(nèi)部根據(jù)咬合樁樁型設(shè)置鋼質(zhì)月牙型芯模，以提高鉆孔咬合樁孔的定位精度和穩(wěn)定性。

3.4" " 咬合樁施工工藝安排

首先施作沒有鋼筋籠的素樁（A樁）。咬合樁施工采用“4A+1B”的施工順序，即施作4根素樁，再回過頭施作1根葷樁，施工順序根據(jù)超緩凝混凝土的初凝時間進(jìn)行調(diào)整。

3.5" " 鉆進(jìn)成孔

3.5.1" "鉆機(jī)就位

鉆機(jī)套管中心和樁位中心點(diǎn)使用全站儀校核，并控制孔口的位置偏差。如果大于±10mm，則重新定位，首節(jié)偏差不得大于2‰。

3.5.2" "成孔

非嵌巖段成孔方法如下：在樁機(jī)就位后，先壓入一節(jié)9m帶有合金刀頭的套管，套管的垂直度校核完成后下壓套管，并及時糾偏。首節(jié)套管入土后地面以上至少留2m，以供后續(xù)套管接長使用，同時檢測垂直度，合格后安裝第二節(jié)管繼續(xù)施工。施工時持續(xù)觀測垂直度，發(fā)現(xiàn)偏差及時糾偏，重復(fù)以上步驟，直至施工至巖層。施工過程中套管底口超前與開挖面不得＜2.5m。

流程嵌巖段成孔方法如下：遇到局部區(qū)域樁體入巖情況，可采用旋挖鉆鉆巖跟進(jìn)（需搭配短套管調(diào)節(jié)外露管節(jié)尺寸）進(jìn)行處理。鉆孔咬合樁嵌巖段均采用全套管鉆機(jī)進(jìn)行施工。施工時先鉆進(jìn)取土至巖面，然后撤掉沖抓斗，采用旋挖鉆鉆巖跟進(jìn)，利用全套管樁機(jī)提供給底部帶有合金齒刀的套管回旋力切削巖石。

3.6" " 鋼筋籠加工、安裝

直螺紋車絲前，鋼筋原材端部采用鋸床切割，以提高直螺紋車絲質(zhì)量。鋼筋籠箍筋采用滾籠機(jī)將螺旋箍筋纏繞在籠身上，人工配合點(diǎn)焊固定。采用定位筋措施保證樁身保護(hù)層厚度；鋼筋籠吊放時，先讓鋼筋籠中心與樁中心對應(yīng)，再緩慢下放。

3.7" " 混凝土灌注

混凝土灌注采用導(dǎo)管法。將混凝土倒入吊斗內(nèi)，再用50t履帶起重機(jī)將吊斗內(nèi)混凝土倒入導(dǎo)管頂部的漏斗內(nèi)。為保證導(dǎo)管密封性，導(dǎo)管使用前先進(jìn)行水密試驗(yàn)。下放導(dǎo)管時導(dǎo)管底部應(yīng)高出孔底30～50cm，以保證底部的下料空間。澆筑開始后，隨時計算混凝土灌注量及導(dǎo)管埋深，確保管道底端埋在混凝土面以下2～6m。套管和導(dǎo)管的拆除應(yīng)與混凝土灌入量匹配。為避免鋼筋籠上浮，套管拔出時應(yīng)緩慢提升。

4" "施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1" " 樁的垂直度控制

根據(jù)設(shè)計圖紙及規(guī)范要求，圍護(hù)樁的垂直度允許偏差為3‰。施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制孔位誤差和樁的垂直度，確保樁底部有足夠的咬合量，防止“劈叉”。套管垂直度總體偏差應(yīng)控制在1‰～2‰，鉆孔咬合樁施工前，應(yīng)檢查每一節(jié)套管的垂直度并根據(jù)情況進(jìn)行校正。鋼套管施工時垂直度檢測采用鉛垂法。將鉛垂設(shè)置兩個垂直方向，侵入油桶防止晃動。地面以下套管垂直度檢查，采用線錘法在孔內(nèi)進(jìn)行檢測。垂直度沒有偏差方可繼續(xù)施工。

成孔過程常用的糾偏方法如下：A樁出現(xiàn)較大偏差時，采用與樁相同的超緩凝混凝土填充套管，并在填充的同時拔出套管，將套管提到最后檢查合格位置，檢測垂直度符合要求，再次將套管下壓正常施工即可。B樁糾偏與A樁基本相同，區(qū)別在于B樁直接采用砂土或者黏土填充套管即可。

4.2" " 接頭樁及事故樁的處理方法

根據(jù)施工籌劃，多鉆機(jī)分段施工時，分段施工的接頭采用砂樁法，即在每個施工段的首樁（B樁）位置設(shè)置一個砂樁，A樁施工到此接頭時，采用硬切割方式挖出砂子并輔以高壓旋噴樁止水。

施工過程中，對于相鄰A樁（素樁）早凝的事故樁處理方式有兩種：對于單側(cè)A樁早凝，采用平移樁位單側(cè)咬合加高壓旋噴樁，即向一側(cè)平移樁位保證單側(cè)咬合，同時在未咬合的樁體背后采用高壓旋噴樁堵漏。對于雙側(cè)A樁早凝，采取全回轉(zhuǎn)硬切割加高壓旋噴止水樁處理，即采用鉆機(jī)對兩側(cè)樁體進(jìn)行硬切割，同時在咬合面背后采用高壓旋噴止水樁處理。

4.3" " 土巖結(jié)合面“管涌”

4.3.1" “管涌”成因分析

施工過程中，由于B樁入巖成孔時土巖結(jié)合面起伏不平，套管刀口位置不能形成密貼。已澆筑A樁（素樁）此時初凝時間未到，仍處于流動狀態(tài)，受承壓水作用A樁混凝土可能由B樁套管與土巖結(jié)合位置的縫隙涌入B樁套管，便可形成“管涌”。如圖1所示。

4.3.2" "預(yù)防“管涌”關(guān)鍵技術(shù)

成孔過程中，隨時觀察施工樁周圍土體及已澆筑混凝土的動態(tài)。在孔內(nèi)預(yù)留一定厚度的反壓土層，阻止混凝土流動，同時套管下壓過程中要保持超前不少于2.5m，與鄰近土體保持壓力（水壓）平衡，以限制“管涌”。

B樁成孔過程中，密切觀察抓斗取出來的土是否為夾心土。若其為夾心土，觀察相鄰A樁樁面也存在下陷的情況，應(yīng)立即下壓套管，同時停止B樁施工，采用素混凝土進(jìn)行回填，以制止“管涌”的進(jìn)一步發(fā)展。

縮短穿越土巖結(jié)合面時間，穿越時套管強(qiáng)力下壓，以減小“管涌”發(fā)生概率。B型樁成孔期間，應(yīng)以對兩側(cè)A型樁混凝土的擾動為控制重點(diǎn)，降低沖抓斗高度，輕抓慢進(jìn)，預(yù)防混凝土“管涌”問題。

5" "施工效果評價

套管咬合樁樁可降低孔壁坍塌的風(fēng)險，減小充盈系數(shù)，節(jié)省混凝土；可節(jié)省泥漿，降低廢漿處理成本，環(huán)保性較好；對周邊建筑物影響較小，開挖過程中樁體位移變形較小，有效保證了深基坑施工安全。

5.1" " 樁體的水平位移

在基坑開挖過程中，土壓力對咬合樁的內(nèi)向位移和變形都會產(chǎn)生影響。樁體水平位移數(shù)據(jù)如圖2所示。通過對端頭井和標(biāo)準(zhǔn)剖面樁位移監(jiān)測點(diǎn)分析可知，基坑開挖過程中樁體位移滿足變形規(guī)律。樁位移監(jiān)測數(shù)據(jù)最大變化值為0.22mm/天，最大累積值為13.8mm滿足基坑安全要求。

5.2" " 止水效果及外觀質(zhì)量

圍護(hù)樁施工完成后，經(jīng)對外觀質(zhì)量檢查可知，除存在少量濕漬，并無滲水及漏水現(xiàn)象，整體外觀質(zhì)量較好，無漏筋、鼓包、侵限問題出現(xiàn)。

6" "結(jié)論

本文以徐州地鐵2號線九里山車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)工程為研究對象，闡述全套管鉆孔咬合灌注樁技術(shù)在高水位、土巖結(jié)合復(fù)合地層中施工的常見問題與處治措施，并對開挖過程中圍護(hù)樁的實(shí)際變形量等進(jìn)行研究。

按照以往施工經(jīng)驗(yàn)，同等地層下鉆孔灌注樁或者其他結(jié)構(gòu)形式，外放量至少要達(dá)到150mm，而九里山站采用套管咬合樁的外放量僅為120mm。九里山站最長樁長度為32m，最大垂直度偏差≤94mm，而最小咬合量為200mm，滿足樁的咬合不開叉要求。

徐州地鐵2號線九里山站圍護(hù)結(jié)構(gòu)3.5個月施工順利完成，成樁隔水效果、外觀質(zhì)量以及環(huán)保效果等多方面均表現(xiàn)良好，驗(yàn)證了該工法在此類地層施工的可行性。

參考文獻(xiàn)

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[3] 杜平，楊平，陳爭.鉆孔咬合樁在地鐵車站深大基坑施工中的應(yīng)用[J].常州工學(xué)院學(xué)報，2008，21（S1）：136-139.