110 kV高壓線下地鐵施工樁基成孔選擇應(yīng)用研究

段 旺 左 敏 張?zhí)毂?王志偉

(中建五局第三建設(shè)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410600)

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110 kV高壓線下地鐵施工樁基成孔選擇應(yīng)用研究

段 旺 左 敏 張?zhí)毂?王志偉

(中建五局第三建設(shè)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410600)

結(jié)合長(zhǎng)沙市5號(hào)線湘龍路站110 kV高壓線下樁基成孔工程實(shí)況，并基于樁基成孔的理論依據(jù)，從成本、質(zhì)量、安全等角度，比較分析了沖擊成孔與人工挖孔兩種方式，指出高壓線下低凈空成孔選擇沖擊成孔方式更合理。

樁基，高壓線，沖擊成孔，人工挖孔

1 工程背景

湘龍路站位于萬(wàn)家麗路與湘龍路交匯處，單柱雙層雙框結(jié)構(gòu)。車站整體長(zhǎng)度193.7 m，標(biāo)準(zhǔn)寬度為20.7 m。采用明挖法進(jìn)行基坑開挖。車站西側(cè)，沿南北向有一根110 kV高壓線。車站北側(cè)，沿東西向有一根110 kV高壓線。2根高壓線敷設(shè)車站西側(cè)與北側(cè)，整體影響著車站前期圍護(hù)結(jié)構(gòu)和后期主體結(jié)構(gòu)施工。于整個(gè)車站進(jìn)度而言，降效的表象尤為明顯。

2 樁基成孔理論依據(jù)

一方面在考慮樁基成孔時(shí)會(huì)根據(jù)巖層、樁深，選擇適合的成孔方式。另一方面，在考慮樁基成孔時(shí)，會(huì)優(yōu)先考慮鉆孔效率,以節(jié)約進(jìn)度成本。湘龍路站非高壓線影響區(qū)域內(nèi)采用旋挖成孔，分析旋挖成孔效率。

旋挖成孔效率分析。旋挖成孔：旋挖鉆機(jī)施工中每當(dāng)鉆頭裝滿土后都要提鉆卸土，然后再把鉆具下到孔底。顯然孔深越小，效

率越高。

鉆進(jìn)效率：V=H1/(t1+t2+2H/V1)。

其中，H1為每鉆進(jìn)尺量；t1為鉆滿一斗所需時(shí)間；t2為卸土?xí)r間；H為孔深；V1為提鉆速度。

從上式可知，當(dāng)其他參數(shù)不變時(shí)，H越大則V越小，當(dāng)孔深超過100 m后，鉆進(jìn)效率急劇下降，當(dāng)孔深超過100 m時(shí)鉆進(jìn)效率會(huì)低于其他工法效率，且事故率大幅升高。在其他參數(shù)不變時(shí)(孔徑、巖層同等下)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況V=0.2 m/min，也就是說在孔深25 m的情況下，成孔時(shí)間大約在2 h。因此在不受高壓線影響區(qū)域下采用旋挖成孔是一種有效的提效措施。

3 110 kV高壓線下樁基成孔

原計(jì)劃采用的旋挖成孔，由于受車站西側(cè)和北側(cè)高壓線影響，施工作業(yè)的安全高度無法滿足旋挖機(jī)械的高度需求。只能采取其他成孔方式。

表1 起重機(jī)械與架空線路邊線的最小安全距離

從表1中可以看出，110 kV高壓線安全凈空需求在5.0 m(以垂直方向?yàn)橹?。經(jīng)過實(shí)測(cè)實(shí)量，車站西側(cè)高壓線最低位置點(diǎn)在13 m左右，無法滿足旋挖機(jī)械的作業(yè)高度需求。一方面根據(jù)實(shí)測(cè)實(shí)量，兩側(cè)高壓影響樁基為85根。另一方面當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況無法滿足時(shí)，我們考慮其他成孔方式，并對(duì)其效率、成本、質(zhì)量、安全進(jìn)行比較分析，擇優(yōu)選取合適的成孔方式。

3.1 沖擊成孔的選擇

沖擊成孔是指利用沖孔鉆機(jī)動(dòng)力裝置將具有一定重量的沖擊鉆頭提升到一定高度后讓其自由下落，利用自由下落的沖擊動(dòng)力對(duì)孔底進(jìn)行周期性的沖擊破碎，過程中用泥漿循環(huán)的方式對(duì)孔內(nèi)碎屑進(jìn)行清理，形成具有一定直徑和深度的樁孔。從效率來說：沖擊成孔鉆機(jī)自身重量有限，進(jìn)行硬土地層鉆孔時(shí)，難以保證鉆頭施加足夠的壓力，從而影響了成孔的速率，且每鉆進(jìn)1 m～2 m需停鉆掏渣，大部分作業(yè)時(shí)間消耗在提放鉆頭和停鉆掏渣上，樁孔越深，提鉆、掏渣耗時(shí)越長(zhǎng)，其整體沖進(jìn)速度較低。另外隨著沖擊深度的加深，沖擊力的增大，沖擊高度相應(yīng)減少，沖擊次數(shù)相應(yīng)增多，也影響著成孔速率。

表2 沖擊高度與沖擊次數(shù)關(guān)系表

從表2中可以看出，當(dāng)鉆具沖擊高度越高時(shí)，合理的每分鐘沖擊次數(shù)越小，因此我們?cè)跊_擊成孔時(shí)更多的根據(jù)巖層的不同考慮沖擊高度，從而減少?zèng)_擊次數(shù)，才能有效的提高沖擊效率。成孔后的操作平臺(tái)移動(dòng)，也影響著成孔效率。

湘龍站鉆孔深度25 m，沖擊成孔在考慮同等參數(shù)情況下成孔所需時(shí)間為3 d。綜上所述，沖擊成孔在成孔效率上，明顯低于旋挖成孔。但是沖擊成孔在鉆進(jìn)過程中，已用泥漿護(hù)壁，對(duì)于成孔過程中的塌孔、跨孔有很好的支護(hù)作用。

從成本上分析，沖擊成孔在機(jī)械成本上投入明顯低于旋挖成孔，與人工成孔機(jī)械相比投入相差無幾。沖擊成孔在材料成本上，主要體現(xiàn)在成孔過程中的泥漿護(hù)壁，使得泥漿稠度將會(huì)偏稀，護(hù)壁厚度偏薄，同時(shí)會(huì)擴(kuò)大孔徑造成充盈系數(shù)的偏大。另外由于沖錘上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，隨著鋼絲繩的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)沖錘擺動(dòng)容易造成樁孔不圓，擴(kuò)孔率較高，其混凝土充盈系數(shù)會(huì)增大。在運(yùn)輸成本上，因?yàn)闆_擊成孔采用泥漿循環(huán)方式清渣，淤泥含水量高，淤泥量大約是理論方量的1.8倍，運(yùn)輸工程量增大且運(yùn)輸不便。在管理成本上，由于沖擊成孔施工工藝，會(huì)產(chǎn)生大量的泥漿泥渣，影響現(xiàn)場(chǎng)文明施工，管理投入加大。

從質(zhì)量上分析，沖擊成孔采用循環(huán)泥漿進(jìn)行護(hù)壁，鉆進(jìn)過程中對(duì)塌孔、堵漏有一定的積極作用，但是在鉆進(jìn)過程中，機(jī)械本身的自重性和重錘的重力作用會(huì)影響孔徑變化。另外，對(duì)于持力層的判定，沖孔樁是有其特殊優(yōu)勢(shì)的，沖孔樁機(jī)靠泥漿循環(huán)能將孔底的巖渣帶出，能及時(shí)準(zhǔn)確判斷出巖層沉渣，能及時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

從安全上分析，沖擊成孔屬于機(jī)械鉆進(jìn)，不易造成人員的損傷。

3.2 人工成孔的選擇

人工成孔是指人工通過小型機(jī)械進(jìn)行開挖樁基土石方，現(xiàn)場(chǎng)澆筑鋼筋混凝土的成孔形式。從效率來說，人工挖孔以地層情況為主，需邊挖邊進(jìn)行人工鋼模的支護(hù)。湘龍站地層上部為素填土、粉砂土、淤泥質(zhì)土。每挖一模，需采用砂漿進(jìn)行鋼模支護(hù)。并且隨著孔深越來越深，支模次數(shù)越來越多，單個(gè)成孔時(shí)間長(zhǎng)。人工開挖后的渣土需靠機(jī)械進(jìn)行孔內(nèi)裝運(yùn)，作業(yè)面小，影響開挖效率。其優(yōu)勢(shì)為，施工工藝簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)無需大型機(jī)械設(shè)備，場(chǎng)地要求小。

從成本上分析人工成孔，人工成孔的機(jī)械設(shè)備投入低廉，占地要求低，用電量小，成本投入低。人工成孔在材料成本投入上，人工開挖需要砂漿護(hù)壁，并且護(hù)壁時(shí)要擴(kuò)孔，按每邊15 cm計(jì)算，擴(kuò)孔后直徑會(huì)比原來孔內(nèi)徑大30 cm。以湘龍路鉆孔灌注樁直徑1 m來計(jì)算充盈系數(shù)。

湘龍路站鉆孔樁樁號(hào)E100設(shè)計(jì)地面標(biāo)高為41.0，樁底標(biāo)高為26.0,樁長(zhǎng)為25 m。計(jì)算出鋼筋截面面積:3.14×0.432=0.58 m2，那么理論混凝土為25×0.58=14.5 m3。

實(shí)際方量則根據(jù)實(shí)際鉆孔深度進(jìn)行計(jì)算，實(shí)際樁底標(biāo)高為25.5。根據(jù)實(shí)際情況，我們?cè)跐仓^程中會(huì)超過樁頂標(biāo)高1.5 m，也就是澆筑過程中實(shí)際深度為(25.5+1.5)×0.58=15.66 m3，我們把這個(gè)結(jié)果叫做實(shí)際理論方量值，用來計(jì)算充盈系數(shù)。那么現(xiàn)場(chǎng)混凝土攪拌車的澆筑量為最終準(zhǔn)確值，共計(jì)22 m3，充盈系數(shù)也就等于現(xiàn)場(chǎng)澆筑值/實(shí)際理論方量值即22/15.66=1.4。從上述結(jié)果可以看出因?yàn)樽o(hù)壁擴(kuò)孔的影響，人工挖孔的充盈系數(shù)達(dá)到了1.4，對(duì)材料成本的浪費(fèi)是顯而易見的。在管理成本上主要體現(xiàn)在進(jìn)度加快之后，人員的投入使得現(xiàn)場(chǎng)的管理難度加大，另外，人工挖孔在使用小型機(jī)械時(shí)，易造成揚(yáng)塵，對(duì)城市區(qū)域內(nèi)的環(huán)境污染加重。

從質(zhì)量上分析，人工挖孔對(duì)于地層巖層要求非常高，以湘龍站地層為由，地下有淤泥質(zhì)土、構(gòu)造角礫巖，在開挖成孔過程中的護(hù)壁要求很高。另外，在施工過程中，正逢長(zhǎng)沙雨季，開挖成孔過程中的排水，清孔，清渣，更易造成塌孔。另一方面，人工樁在單樁軸向承載力上大于機(jī)械樁基。就承載力而言，人工成孔時(shí)占據(jù)優(yōu)勢(shì)。

從安全上分析，湘龍路站高壓線影響區(qū)域內(nèi)的鉆孔灌注樁離西邊臨時(shí)通行車道不過4 m,以設(shè)計(jì)要求按照地面超載的側(cè)向荷載10 kPa來估算，按照每米逐漸側(cè)壓，會(huì)對(duì)正在開挖的人工成孔造成側(cè)向擠壓，導(dǎo)致在地質(zhì)松散的土層以及孔內(nèi)承載力不夠的情形下，造成孔內(nèi)塌孔、跨孔。另外，人工挖孔時(shí)要時(shí)刻保持開挖過程中的空氣流通，要時(shí)刻注意工人在進(jìn)出孔內(nèi)的安全措施是否到位。再者，人工挖孔過程中遇到的巖溶、流砂等不明地質(zhì)情況易造成人員掩埋等安全問題。

4 結(jié)語(yǔ)

湘龍路站鉆孔灌注樁在高壓線影響區(qū)域內(nèi)，通過人工挖孔與沖擊成孔在效率、成本、質(zhì)量、安全的對(duì)比分析，明確了沖擊成孔在效率和安全上的優(yōu)勢(shì)，指出了在湘龍路站周圍環(huán)境下的人工挖孔樁的不足；肯定了在高壓線下施工采取沖擊成孔的施工工藝，減小了由于高壓線因素造成的降效。

最后，城市地鐵樁基施工在考慮選擇何種成孔工藝時(shí)，應(yīng)根據(jù)周圍環(huán)境，施工進(jìn)度，設(shè)計(jì)要求來選擇合適的施工工藝，并應(yīng)在效率、成本、質(zhì)量、安全上進(jìn)行一分為二的分析才能滿足施工需求，提高施工效率。

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Research on the selection and application of railway construction pile foundation drilling under 110 kV high voltage wire

Duan Wang Zuo Min Zhang Tianbing Wang Zhiwei

(ThirdConstructionLimitedCompany,ChinaConstructionFifthBureau,Changsha410600,China)

Combining with the pile foundation drilling engineering situation of 110 kV high voltage wire of Changsha No.5 line Xianglong Road Station, and based on the theoretical basis of pile foundation drilling, from the cost, quality, safety and other point of views, comparatively analyzed the impact drilling and artificial digging two ways, pointed out that the low clearance drilling selected impact drilling more reasonable under the high voltage wire.

pile foundation, high voltage wire, impact drilling, artificial digging

1009-6825(2017)07-0058-03

2016-12-23

段 旺(1986- )，男，工程師； 左 敏(1989- )，男，助理工程師； 張?zhí)毂?1989- )，男，工程師； 王志偉(1993- )，男，助理工程師

TU473.1

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