旋挖鉆機泥漿護壁法施作咬合樁施工技術

王起飛

(中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設有限公司, 北京 101100)

旋挖鉆機泥漿護壁法施作咬合樁施工技術

王起飛

(中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設有限公司, 北京 101100)

以昆明市軌道交通首期工程八標工程為背景，對工程地質及鉆孔灌注樁施工工藝進行分析，提出了采用旋挖鉆泥漿護壁法施作咬合樁施工工藝，并針對背景工程制定了具體的實施方案。對實際施工的效果進行分析，證明了所采取的施工工藝的合理性和正確性，為鉆孔咬合樁施工提供了新思路,為以后相關施工內容提供可借鑒的經驗和依據。

旋挖鉆機; 泥漿護壁; 咬合樁; 施工工藝

隨著城市化建設進程的推進，咬合樁越來越多地應用于地鐵車站圍護結構中來。傳統全套筒鉆孔咬合樁具有以下特點:首先,需要安裝全套筒。安裝及卸除套筒費時費力，會對基坑后續作業工序產生影響，如不拆除(時間緊迫時)，則使造價提高；成孔垂直度難以較精確保證。其次,采用的是超緩凝混凝土。超緩凝混凝土凝固時間不確定，易于造成施工停滯的情況；存在鋼筋混凝土樁施工時的素混凝土樁凝固問題，樁身質量難以保證。最后,成孔過程中施工進度緩慢。

昆明市軌道交通首期工程展覽中心站附屬結構施工過程中,由于受到各方面影響，需盡快提供工作面給后續施工單位，在充分考慮地層特性、旋挖鉆施工工藝、鉆孔樁施工經驗的基礎上，對采用旋挖鉆泥漿護壁法施作咬合樁進行了前期調研分析，決定采用旋挖鉆機泥漿護壁法施作咬合樁。

1 工程概況

展覽中心站車站設置4個出入口與1個員工疏散口。車站附屬建筑面積為3 200.56 m2。

出入口結構采用明挖法施工，結構形式為箱型框架結構，結構設置外包防水層。圍護結構均采用Φ800@600套筒鉆孔咬合樁，其中配筋樁混凝土強度等級為C30，素混凝土為C20。出入口設置二道支撐，均為Φ609×12鋼支撐，基坑深度約為10 m。頂板、底板及側墻混凝土為C35防水混凝土，抗滲等級為P8。

出入口范圍內地質情況從上到下依次為：雜填土、黏土、粉土、泥炭質土、粉砂、黏土、泥炭質土、圓礫、粉質黏土,具體見表1所示。

表1 展覽中心站出入口地質情況

2 地質情況及旋挖鉆機切削能力分析

素樁施工過程中，可依據普通鉆孔灌注樁進行考慮，依據不同地層情況，配置護壁泥漿。在泥炭質土中，由于該地層為軟塑～流塑狀態，泥漿參數需進行調整，避免出現坍孔及樁徑縮小的情況。經過對展覽中心站鉆孔灌注樁施工情況進行分析，并對云南省相關工程進行參考，依據實際情況采用高黏度、低濃度優質泥漿，泥漿性能指標為：黏度22s，pH值9，密度1.08～1.12 kg/L。

葷樁施工過程中，由于未采用全套筒進行施工，需素樁終凝后開始施工，考慮到旋挖鉆機的切削能力，特對商品混凝土攪拌站C20水下混凝土進行驗證，并做4組試塊，在標養情況下對3d、7d、14d和28d強度進行試驗，具體數據如表2。

表2 C20水下混凝土抗壓強度增長 MPa

參照《混凝土抗剪強度物理試驗方法研究與理論分析》，混凝土抗剪強度約與其軸心抗拉強度等值，混凝土抗拉強度是其抗壓強度的1/20～1/10，所以依據混凝土抗壓強度對其抗剪強度進行推算，并且對旋挖鉆鉆頭受力情況進行分析，對其單位高度范圍所受扭矩進行計算。

圖1 旋挖鉆鉆頭受力示意

對受力情況進行簡化，簡化為均勻受力，旋挖鉆頭約0.1 m范圍與素樁接觸，混凝土對鉆頭阻力Tj計算為：

Tj=τh×0.3×0.1×0.2×2

式中：τh為混凝土抗剪強度。具體計算結果如表3。

表3 素樁邊緣對鉆頭扭矩影響分析

施工過程中，素樁與相鄰葷樁施工間隔時間可選擇3～7 d，普通旋挖鉆機扭矩為120～360 kN·m，完全可對咬合樁素樁進行切削。

3 工藝原理

咬合樁相鄰兩樁中心間距小于單樁樁徑，在施工過程中先施工素樁(A序樁)，等到素樁終凝后，再施工兩素樁之間的葷樁，采用旋挖鉆機鉆頭能夠在素混凝土中鉆進的特點，省去了套管的使用，直接進行鉆進，旋挖鉆機對素樁切削后，可達到混凝土結構鑿毛的效果，因此使葷樁與素樁能夠有效連接從而起到止水的效果(圖2、圖3)。

圖2 鉆孔咬合樁施工流程

圖3 施工現場鉆孔施工

4 操作要點

鉆孔咬合樁可采用普通旋挖鉆機施工，先施工素混凝土A序奇數號樁，等到終凝后開始施工素樁偶數號樁，然后等素樁終凝后開始進行葷樁的奇數號樁的施工，最后施工素樁的偶數號樁，其施工順序見圖4所示。

圖4 鉆孔咬合樁施工順序示意

5 施工工藝特點

(1) 由于采用旋挖鉆施作咬合樁施工工藝不用安裝全套筒，而且此施工工藝素樁采用的是普通混凝土而不是超緩凝混凝土。因此此施工工藝就省去了安裝與卸除全套筒的時間，同時避免了因為超緩凝混凝土凝固時間不確定而造成的施工停滯的情況，故工作效率大大提高。

(2) 鉆孔咬合樁圍護結構適用地層范圍廣，尤其在富水軟地層中施工的排樁圍護結構防滲效果好，無需另外增加輔助截水帷幕等防水措施，本施工工藝省去了全套筒及超緩凝混凝土的使用，因而成本大幅度降低。

(3) 采用旋挖鉆機施工，成孔垂直度能由旋挖鉆機垂直度控制系統自動調整和保證。因此，咬合樁終端持力層處錯位交叉的偏離精度可控，樁型標準。即用旋挖鉆機在樁身混凝土終凝狀態下完成切割咬合過程形成的排樁圍護結構整體性狀好、支護強度大、防滲效果佳。一些廠家生產的旋挖鉆機甚至可通過駕駛室內的HMI操控系統，可清楚判定和記錄所穿越地層的土質情況及樁底持力層情況，因此成樁過程容易控制。

(4) 旋挖鉆機施工鉆孔咬合樁施工技術通用性強，易掌握，利于推廣。

(5) 根據水下混凝土的凝結時間來控制葷樁施工時間，旋挖鉆在葷樁成孔過程中能夠將素樁切削成粗糙的混凝土面，近似于地下連續墻刷壁效果，能夠有效將葷樁及素樁連接成為整體，形成良好的止水效果。

(6) 鉆機的安裝比較簡單，在施工場地移動比較快捷方便。

(7) 由于鉆頭的拆卸方便，可以根據土層的變化和鉆進的需要隨時更換鉆頭，加快了鉆進速度，擴大咬合樁的適用范圍。

(8) 由于是在素樁混凝土終凝后才開始葷樁施工，有效避免了傳統施工方法中葷樁施工時素樁凝固的問題。

6 施工效果

施工速度快，本工程以展覽中心站3號出入口作為試驗首先進行施工，2011年12月2日開始咬合樁施工，2012年1月5日完成咬合樁施工，正常施工速度下，每天可施工10～12根樁,充盈系數保持在1.1以內。2012年2月開始冠梁施工，施工前對樁體進行檢測，檢測結果均為合格。2012年3月開始基坑開挖，基坑開挖過程中樁間無滲水現象，樁體較平整，垂直度控制良好，圖5為展覽中心站3號出入口的開挖效果。

圖5 展覽中心站3號出入口基坑開挖效果

7 結論

采用旋挖鉆機施工咬合樁施工工藝，施工效果與全套筒施工效果相當，施工有效降低磨樁機的使用，占用場地較小，施工速度快。開挖后咬合效果良好，無滲漏水情況，開挖受限制較小。也為咬合樁施工的發展起到了很好的推動作用，具有很好的示范意義和廣泛的推廣應用價值。

[1] 崔萬璽. 混凝土抗剪強度物理試驗方法研究與理論分析 [J]. 赤峰學院學報：自然科學版，2010，26(6)

[2] 王安龍.鉆孔咬合樁——地鐵工程圍護結構新型式[J].鐵道工程學報，2003，(1)：53-59

[3] 韓毅昌，過國平.泥炭地層鉆孔灌注樁施工技術措施[J].探礦工程，2003，(3)：7-9

TU94+2

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[定稿日期]2015-03-20