旋挖灌注樁在地鐵工程中的應(yīng)用

陳 亮 馬 潔

(1.石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院，河北 石家莊 050043;2.石家莊鐵道大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河北 石家莊 050043)

0 引言

旋挖灌注樁是采用較為先進(jìn)的具有自動(dòng)化操作技術(shù)的鉆孔設(shè)備，快速旋挖成孔，迅速灌注水下混凝土，成樁質(zhì)量好的一種樁基施工工藝。這種施工工藝具有成孔速度快、成樁質(zhì)量?jī)?yōu)良、施工噪聲小、環(huán)境污染少、施工工期短等特點(diǎn)。隨著文明施工、環(huán)境保護(hù)、城市綜合治理等對(duì)工程施工要求的不斷提高，這種施工工藝在現(xiàn)代化城市建設(shè)中，尤其是在大中城市主城區(qū)地鐵工程建設(shè)中，具有很廣闊的應(yīng)用前景。

1 地鐵工程實(shí)例及旋挖施工方案的確定

1.1 工程實(shí)例

正在修建的成都地鐵四號(hào)線(xiàn)某明挖車(chē)站位于成都市西三環(huán)內(nèi)清江西路下方，車(chē)站基本呈東西方向布置，車(chē)站總長(zhǎng)227.8 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬18.7 m，基坑深17.0 m～19.7 m，車(chē)站東端設(shè)計(jì)有停車(chē)線(xiàn)(長(zhǎng)222.8 m，基坑寬9.8 m，基坑深 15.4 m ～16.5 m)，西端盾構(gòu)吊出，東端盾構(gòu)始發(fā)。車(chē)站主體結(jié)構(gòu)采用明挖順作法施工，圍護(hù)樁采用φ1200@2400鋼筋混凝土灌注樁+鋼管內(nèi)支撐，4個(gè)盾構(gòu)區(qū)間洞門(mén)處為φ1500@1800玻璃纖維筋樁，樁間采用C20鋼筋網(wǎng)噴射混凝土(鋼筋網(wǎng)采用橫向Φ8，縱向Φ10，間距150 mm，混凝土噴射厚度150 mm)。車(chē)站圍護(hù)樁樁長(zhǎng)20.5 m～23.2 m，停車(chē)線(xiàn)圍護(hù)樁樁長(zhǎng)18.9 m～20.0 m，樁身為C30水下混凝土，樁端嵌入底板以下密實(shí)砂卵石地層3.5 m。設(shè)計(jì)要求灌注樁施工誤差在滿(mǎn)足JGJ 94-94建筑樁基技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的前提下，樁體不得侵入基坑內(nèi)車(chē)站主體結(jié)構(gòu)，樁位中心線(xiàn)應(yīng)適當(dāng)外放，樁位中心線(xiàn)偏差不大于50 mm，樁體垂直度小于1%。

該站地質(zhì)條件:由上自下為人工雜填土層、粉質(zhì)粘土、粉土、松散砂卵石、稍密砂卵石、中密砂卵石、密實(shí)砂卵石地層，底板位于密實(shí)砂卵石地層。

1.2 方案確定

該站位于成都市西三環(huán)內(nèi)主城區(qū)，周邊建筑物較多，車(chē)站南面緊鄰居民群樓，周邊環(huán)境對(duì)地鐵文明施工、施工噪聲控制、城市環(huán)境保護(hù)等均提出了較高要求。為滿(mǎn)足盾構(gòu)始發(fā)關(guān)鍵工期的要求，該站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)于2012年2月29日開(kāi)工，410條樁基需于2012年4月29日完成，施工工期僅2個(gè)月。在研究、制定圍護(hù)樁施工方案時(shí)，綜合考慮工程周邊環(huán)境、建設(shè)工期等要求，排除了施工技術(shù)相對(duì)落后、施工工期較長(zhǎng)、施工噪聲較大、泥漿排放量較多的沖擊成孔施工方案，采用旋挖成孔施工工藝。為加快該站圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度，確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)如期完工，在工程實(shí)施中配備了4臺(tái)徐工XR280型旋挖鉆機(jī)(最大成孔深度73 mm，扭矩280 kN·m)用于該站圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工。

2 工藝流程及施工技術(shù)措施

2.1 工藝流程

進(jìn)行該站圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工時(shí)，對(duì)清江西路實(shí)施全封閉打圍(施工場(chǎng)地外南北兩側(cè)留有人行通道)，對(duì)車(chē)站中部橫跨基坑的蜀金路實(shí)施兩期交通疏解。一期打圍時(shí)在右線(xiàn)東端盾構(gòu)始發(fā)井上方修建交通疏解便道，二期打圍時(shí)在蜀金路跨停車(chē)線(xiàn)位置修建鋼便橋，分期對(duì)蜀金路交通進(jìn)行疏解。一、二期打圍時(shí)均分兩個(gè)工區(qū)進(jìn)行施工，西工區(qū)為車(chē)站部分，東工區(qū)為停車(chē)線(xiàn)部分，每個(gè)工區(qū)各配備2臺(tái)旋挖機(jī)。車(chē)站工區(qū)鋼筋加工場(chǎng)布置在西側(cè)，場(chǎng)地內(nèi)施工通道位于圍護(hù)結(jié)構(gòu)南北兩側(cè);停車(chē)線(xiàn)位于車(chē)站東端左線(xiàn)，鋼筋加工場(chǎng)布置在圍護(hù)結(jié)構(gòu)南側(cè)，場(chǎng)地內(nèi)北側(cè)留有施工通道。圖1為二期施工場(chǎng)地圍蔽情況，交通疏解便橋?yàn)閱螌恿氖借F路軍用梁鋼便橋(橋?qū)?8.0 m，全長(zhǎng)12.4 m，雙向四車(chē)道)，鋼便橋的架設(shè)是在該處圍護(hù)樁完成后進(jìn)行;一期圍蔽時(shí)疏解便道(鋼便橋西側(cè))的圍護(hù)樁待鋼便橋開(kāi)通后，由車(chē)站工區(qū)負(fù)責(zé)旋挖施工。在旋挖成孔施工過(guò)程中，根據(jù)成都地區(qū)砂卵石地層含泥量較大的特點(diǎn)，采取了清水成孔工藝，主要工藝流程如圖2所示。

2.2 施工技術(shù)措施[1-4]

在施工過(guò)程中，主要采取了如下技術(shù)措施:

1)平整場(chǎng)地:征地拆遷完畢，按市政施工要求立即圍蔽場(chǎng)地，做好“三通一平”工作，對(duì)主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)外邊線(xiàn)0.5 m以外的場(chǎng)地及時(shí)進(jìn)行了硬化處理，對(duì)鋼筋加工、鋼筋籠堆放、料場(chǎng)、施工通道等進(jìn)行了合理布置。在進(jìn)出施工場(chǎng)地大門(mén)口內(nèi)，修建自動(dòng)化沖洗設(shè)備，進(jìn)出車(chē)輛按要求沖洗干凈。

2)施工測(cè)量及樁孔定位。

a.業(yè)主組織交接樁后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行復(fù)測(cè)和施工導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)的加密測(cè)量，設(shè)置好加密點(diǎn)，為施工測(cè)量以及施工放樣做好準(zhǔn)備工作。

b.圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工藍(lán)圖審定后，按照施工設(shè)計(jì)圖給出的圍護(hù)結(jié)構(gòu)控制點(diǎn)的坐標(biāo)，利用施工測(cè)量加密點(diǎn)準(zhǔn)確測(cè)設(shè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)控制點(diǎn)(結(jié)構(gòu)陰、陽(yáng)角樁位控制點(diǎn))，測(cè)設(shè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)控制點(diǎn)時(shí)樁位外放量按10 cm考慮。

c.控制點(diǎn)測(cè)設(shè)完畢，用挖掘機(jī)對(duì)排樁實(shí)施開(kāi)槽(開(kāi)槽寬度W=樁徑 +2×0.3 m，深度H≈0.5 m，長(zhǎng)度L≈50 m，開(kāi)槽用途:灌注樁身混凝土?xí)r，對(duì)樁孔溢出的泥漿進(jìn)行處理，以便提高場(chǎng)地內(nèi)文明施工管理水平)。開(kāi)槽完畢，隨即進(jìn)行樁孔定位放樣。

3)埋設(shè)護(hù)筒。

a.樁孔定位放樣后即進(jìn)行埋設(shè)護(hù)筒，本工程地面為雜填土，護(hù)筒埋設(shè)深度按2.5 m考慮，護(hù)筒頂高出槽底30 cm。護(hù)筒安放好后，在護(hù)筒頂掛十字線(xiàn)，十字線(xiàn)中心與樁中心重合以后固定護(hù)筒(用粘土在護(hù)筒四周夯填密實(shí))。同時(shí)測(cè)量護(hù)筒頂標(biāo)高，計(jì)算鉆孔深度。

b.護(hù)筒埋設(shè)好后，隨即應(yīng)進(jìn)行旋挖成孔施工。根據(jù)成都地區(qū)砂卵石土層粘土含量比較高的特點(diǎn)，旋挖施工采用清水成孔工藝，旋挖成孔時(shí)不單獨(dú)制備泥漿，而是利用筒式旋挖鉆斗循環(huán)鉆進(jìn)在孔內(nèi)自造泥漿對(duì)孔壁實(shí)施必要的防護(hù)。通過(guò)試樁施工可以發(fā)現(xiàn)，此種工藝比較適合粘土含量較高的成都地區(qū)砂卵石地質(zhì)條件。但在循環(huán)鉆進(jìn)過(guò)程中，操作手必須注意掌握好旋挖操作技巧，鉆筒下壓鉆進(jìn)、鉆斗土滿(mǎn)提升鉆筒時(shí)，操作應(yīng)勻速、平穩(wěn)，使鉆筒與孔壁始終保持良好、穩(wěn)定、順滑的接觸，最大限度地保證孔壁的穩(wěn)定性。鉆筒下壓和提升時(shí)切忌過(guò)快、過(guò)猛，應(yīng)勻速旋轉(zhuǎn)下壓或提升。

4)循環(huán)旋挖成孔基本方法。考慮成孔安全，一般地段采用隔一跳挖的方法進(jìn)行，在相鄰樁身混凝土達(dá)到70%強(qiáng)度后旋挖成孔;在距建筑物較近處，為確保建筑物安全，采用隔三跳挖的方法進(jìn)行。為提高場(chǎng)地內(nèi)的文明施工水平，旋挖成孔施工時(shí)，每臺(tái)旋挖機(jī)配備了1臺(tái)小型挖掘機(jī)對(duì)渣土進(jìn)行集中處理，每日夜間及時(shí)將渣土外運(yùn)。渣土車(chē)按成都市有關(guān)部門(mén)的要求封蓋嚴(yán)密，出場(chǎng)時(shí)用高壓自動(dòng)沖洗設(shè)備沖洗干凈，較好地滿(mǎn)足了現(xiàn)場(chǎng)文明施工及市政綜合治理的要求。

5)旋挖成孔深度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求時(shí)，在施工自檢合格的基礎(chǔ)上，報(bào)經(jīng)監(jiān)理工程師檢查驗(yàn)收，然后及時(shí)安裝鋼筋籠、下導(dǎo)管、安裝混凝土料斗，安裝鋼筋籠。

6)鋼筋籠加工、安裝。

a.樁縱向主筋按設(shè)計(jì)5d搭接長(zhǎng)度要求焊接牢固;

b.定位加勁筋采用φ20螺紋鋼，間距2000 mm，與縱筋全部焊接;

c.箍筋與縱筋交接處全部焊接牢固，鋼筋籠外焊接耳筋以保證保護(hù)層的厚度;

d.鋼筋籠焊接好以后，及時(shí)按設(shè)計(jì)要求預(yù)埋樁基測(cè)斜管，測(cè)斜管牢固固定在鋼筋籠上。安裝測(cè)斜管時(shí)注意解決好了4個(gè)方面問(wèn)題:一是確保了測(cè)斜管安裝的順直性，未出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象;二是綁扎十分牢固，澆筑混凝土?xí)r未出現(xiàn)滑落、松動(dòng)問(wèn)題;三是測(cè)斜管安裝的外露長(zhǎng)度高出地面，開(kāi)挖土方時(shí)進(jìn)行了妥善保護(hù)，施作冠梁后進(jìn)行了必要處理，滿(mǎn)足了測(cè)斜的需要;四是安裝測(cè)斜管時(shí)，將管的兩端封堵嚴(yán)密，避免混凝土或雜物堵塞管道，保證了測(cè)斜管的正常使用;

e.灌注混凝土?xí)r為有效地防止鋼筋籠的上浮，鋼筋籠頂部采取了壓固限位措施。

7)注意加強(qiáng)商品混凝土進(jìn)場(chǎng)質(zhì)量的檢查與驗(yàn)收。每車(chē)需檢查和易性，測(cè)試坍落度，制作混凝土試件，供貨無(wú)異常情況時(shí)判定混凝土質(zhì)量合格，允許澆筑水下混凝土。

8)澆筑水下混凝土之前檢查沉渣厚度。從本工程的檢查情況看，沉渣厚度控制在80 mm～100 mm之間，較好地滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求和成樁質(zhì)量。

9)由于旋挖成孔功效很高，每天需成批澆筑樁基混凝土，混凝土需求量很大，因此供貨的及時(shí)性與連續(xù)性尤為重要。為確保樁基混凝土澆筑施工順利進(jìn)行，工地上每天指派專(zhuān)人負(fù)責(zé)商品混凝土的聯(lián)系與協(xié)調(diào)工作，較好地保證了批量澆筑樁基混凝土的需要。

3 應(yīng)用效果

從本工程的實(shí)施情況來(lái)看，旋挖灌注樁取得了如下的應(yīng)用效果:

1)旋挖灌注樁在本工程中的應(yīng)用，所取得的最顯著的效果是極大地提高了施工工效，緩解了征地拆遷、管線(xiàn)遷改滯后情況下的巨大的工期壓力。本工程的應(yīng)用實(shí)踐證明，在成都砂卵石地層旋挖成孔，最大進(jìn)尺可達(dá)7 m/h，平均進(jìn)尺可達(dá)5 m/h左右，20 m～23 m的樁基單機(jī)日成孔數(shù)可達(dá)5條以上，其工效為普通沖擊鉆機(jī)的20倍～25倍之多。本工程施工過(guò)程中，盡管先后兩次倒邊施工對(duì)蜀金路的交通進(jìn)行了疏解，架設(shè)了鋼便橋等，但整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工于2012年4月20日全部提前完成，從而為土方開(kāi)挖提供了有利條件。

2)成樁質(zhì)量?jī)?yōu)良的特點(diǎn)也得到了充分體現(xiàn)。由于旋挖成孔快、成孔質(zhì)量好，成孔垂直度控制在1%之內(nèi)，基本無(wú)縮徑、擴(kuò)孔現(xiàn)象，從未發(fā)生坍孔問(wèn)題，從而為成樁質(zhì)量提供了良好保障。成孔后及時(shí)灌注了樁身水下混凝土，并保證了灌注的連續(xù)性與穩(wěn)定性，使得成樁質(zhì)量非常優(yōu)良。本站圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁基共410條，按樁基總數(shù)10%的比例，用低應(yīng)變檢測(cè)了41條樁基，均為Ⅰ類(lèi)樁，質(zhì)量評(píng)定為優(yōu)良。

3)旋挖施工噪聲小不擾民，采用清水成孔工藝泥漿排放量非常少，極大地提高了文明施工的水平。整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工期間，從未發(fā)生居民投訴和城管處罰事件，不僅工程進(jìn)展十分順利，而且創(chuàng)建了取信于民的安全與文明施工的標(biāo)準(zhǔn)化工地，極大地提升了地鐵施工的良好形象。

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