兩種盾構推進障礙樁處理工藝及適用性分析

孫艷玲

杭州某地鐵盾構區間施工,在盾構機組裝好,準備始發前,發現在盾構機前進方向有1根直徑1 m的鋼筋混凝土樁,該樁所在位置地勢平坦,周圍沒有建筑物,主要穿越地層如下:①1雜填土:含磚瓦碎屑及生活垃圾,局部含較多的碎石,在擬建場地內均有分布;①2素填土:以黏性土粉土為主,含少量碎石、植物根系等雜物。②1粘質粉土夾粉質黏土:褐黃～灰黃色,含氧化鐵質及云母碎屑,局部夾砂質粉土,俗稱“硬殼層”。③1砂質粉土:灰色;③2灰色粉砂,擬建場地內均有分布,層面起伏平緩,但③2層厚變化較大,局部夾薄層黏性土。為保證盾構順利推進,必須把地面以下15 m以內的樁體全部清除,并在15 d左右完成,為此計劃采用全套管設備斷樁和沖擊錘碎樁兩種工藝。

1 兩種樁處理方案施工工藝

1.1 全套管設備斷樁

1.1.1 施工所需資源

全套管設備斷樁施工資源見表1。

表1 全套管設備斷樁施工資源表

1.1.2 施工流程

樁頂清理→全套管設備場地布置與機械、電力系統、后臺作業指揮系統定位→作業平臺就位→吊裝設備就位→套管回旋壓入→回旋偏心切削→槽內抽水、清土→全斷面回旋切斷→起拔斷樁→吊離斷樁→由上第5步驟進入下一循環→分段取樁直至作業深度→起拔套管→同步回填作業→清場、竣工、撤離。

1.1.3 施工工藝簡介

1)樁頂清理。用風鎬清理地面,鑿出樁頭并找平。2)測量放線、全套管機及吊裝設備就位。全套管設備就位,與樁頂中心偏差應小于2 cm。3)套管回旋壓入、回旋偏心切削。確定原有樁的大小,選擇合適的套管,將套管置于需清除樁的正上方,開始旋挖(深度:3.5 m～4 m)。4)全斷面回旋切斷樁身。確定原有樁的位置,在套管內壁與樁之間插入倒三角錘,回轉套管,切斷原有樁(倒三角錘、重量 5 t、長 5 m)。5)吊離斷樁。當原有樁與套管同時旋轉時,將倒三角錘取掉,用抓斗取出原有樁,清理孔內泥土。6)循環作業直至達到作業深度。7)分段起拔套管,同步向套管內回填低標號砂漿。8)清理斷樁運輸出場,機械設備退場。

1.2 沖擊錘破樁

1.2.1 施工所需資源

沖擊錘破樁施工資源見表2。

表2 沖擊錘破樁施工資源表

1.2.2 施工流程

樁頂清理→泥漿設備、沖擊設備就位→沖擊沖抓→泥漿護壁→沖擊20 cm左右→清理破碎混凝土及碎石→強磁清理斷鋼筋→由第3步驟進入下一循環→回填作業。

1.2.3 施工工藝簡介

1)樁頂清理。利用風鎬把樁體鑿出2 m左右,形成一個下口1.2 m直徑圓坑。2)沖擊設備就位。用線錘掛在重裝機天車上,使線錘的中心與破碎中心線在同一垂線上,線錘中心與樁位中心偏差應小于20 mm。沖擊錘直徑為1 200 mm,中心對中后靠自由落體進行垂直度控制。3)開始沖擊,形成泥漿循環系統。沖擊錘定位好以后,在挖孔內注入性能好的黏土泥漿,平衡底層的側壓力,以保證孔壁的穩定性,防止塌孔。泥漿比重控制在1.2～1.4,具體方法是:破碎成孔時不停的向孔內倒優質黏土,使孔內的泥漿比重保持在一定的水平上,保證不塌孔。4)清孔換漿。在沖擊過程中,使混凝土破碎至碎石,用3PN泥漿泵換漿或沖抓置換。鋼筋沖碎至5 cm以下長度,把強磁鐵吊入坑底清理碎斷鋼筋,不斷重復,直至地面下15 m(沖至盾構環下1 m)。5)孔洞回填低標號砂漿,機械設備退場現場清理。

2 施工技術特點分析

2.1 進出場

全套管機斷樁設備所需主要設備為全套管設備、100 t履帶吊、外徑1.2 m、長4 m的鋼套管。其中100 t履帶吊組織進場時間一般在10 d左右,市場上全套管設備較少,進場時間比較難以確定。即使進場也不能保證有合適的套管,考慮套管加工時間,至少需要30 d以上才能進場。沖擊設備破樁所需設備主要為沖擊錘,設備要求簡單,在10 d內即可組織進行施工。

2.2 工藝要求

全套管機操作要求較高,尤其吊車需要持證上崗。工藝復雜,尤其斷樁、起吊的要求較高。沖擊錘、泥漿泵等均屬常規設備,操作容易,工藝簡單,對人員要求不高。

2.3 設備的適用性

全套管機設備對場地要求較高,要求場地具備一定的平整性和強度,需要對軟弱地面進行加固處理,否則很容易造成施工的偏差;沖擊錘破樁對場地要求不高,沖擊錘靠自由落體沖擊樁體,垂直度有保證,設備輕便容易調整位置。

2.4 施工時間分析

全套管設備施工速度快,截除15 m樁體,大概需要16 h;沖擊設備施工速度較慢,截除15 m樁體,大概需要8 d。

2.5 環境保護與安全性

全套管設備斷樁在起吊過程中存在一定安全隱患,但不產生泥漿,噪聲較低,環境污染較小。沖擊設備破樁安全系數相對較高,施工需要較多泥漿,施工噪聲大,環境污染較重。

3 施工費用估算

3.1 進出場費用

1)全斷面套管斷樁。套管和全斷面套管設備進場費用5 000元;100 t履帶吊進場費用 15 000元;小計20 000元。

2)沖擊錘碎樁。所有設備進場:5 000元。

3.2 人工費計算(完成1根15 m樁)

1)全斷面套管斷樁:2×2×60=240元。2)沖擊錘碎樁:2×16×60=1 920元。

3.3 材料費

C10～C15砂漿:17×200=3 400元。

3.4 周轉性材料使用費

1)全斷面套管斷樁。套管使用費按30%計算:16 753元。2)沖擊錘碎樁。泥漿箱、強磁等:3 000元。

3.5 機械使用費

1)全斷面套管斷樁。全套管設備2個臺班,共4 000元。100 t吊車2個臺班:2×3 000=6 000元。8 t自卸汽車外運斷樁:250元。小計:10 250元。2)沖擊錘碎樁。5 t沖擊錘16個臺班:16×380=6 080元。泥漿泵8個臺班:8×200=1 600元。泥漿外運80 m3:80×25=2 000元。小計:9 680元。

3.6 費用匯總公式

1)全斷面套管斷樁。20 000+16 753+(240+3 400+10 250)×x。即36 753+13 890x。其中,x為樁的根數(樁長15 m)。2)沖擊錘碎樁。5 000+3 000+(1 920+3 400+9 680)×x。即8 000+15 000x。其中,x為樁的根數(樁長15 m)。

4 適用情況總結

4.1 技術適用性

由兩種工藝的施工特點可以分析出,相對于全套管斷樁工藝沖擊錘碎樁工藝具有進場速度快,工藝簡單,對場地適用性強的優點。但是施工周期較長,對環境影響較大。而全套管斷樁工藝最大的優點是施工速度快,但工藝復雜,對場地要求較高。全斷面斷樁工藝適合施工準備周期相對寬松,斷樁工程量較大,整體工期非常緊張的情況。沖擊錘碎樁工藝適合施工準備周期較短,工期緊張,工程量較小的情況。從工藝特點分析,破除該盾構推進方向的障礙樁優先采用沖擊錘碎樁工藝,沖擊錘碎樁7 d組織設備進場,8 d施工完成,正好可以滿足工期的需要。而全套管斷樁設備組織難度大,預計至少在30 d后才具備開工條件。

4.2 經濟適用性

本工程中僅清除樁體1根,全套管斷樁預計費用50 643元,沖擊錘碎樁預計費用23 000元,從經濟適用性考慮也需采用沖擊錘斷樁工藝。

4.3 綜合分析

1)本工程實際應用對比。無論從技術適用性還是從經濟適用性上看,本工程均需采用沖擊錘斷樁工藝,而在實際使用中也達到了相應的效果。

2)其他適用性分析。若令36 753+13 890x=8 000+15 000x,可得x=26根,即,破除樁的根數多于26根后,全套管斷樁工藝經濟適用性更好。若考慮工期影響,令7+8x=30+x,可得 x=3根,即,若破除樁根數多于3根,全套管斷樁在施工時間上有明顯優勢,不考慮準備時間的影響,全套管施工時間優勢更加明顯。

[1] 沈保漢.樁基與深基坑支護技術進展[M].北京:水利水電出版社,2006.