螺旋潛孔錘在地鐵車站圍護(hù)樁施工中的應(yīng)用

常 煒 袁名旺

(中交二公局三公司，陜西 西安 710016)

0 引言

隨著為滿足人民日益增長的美好生活需要，各大城市的公共交通工程建設(shè)日新月異，地鐵交通在各大城市發(fā)揮不可替代的作用，隨著交通建設(shè)行業(yè)逐漸由“工程質(zhì)量”向“品質(zhì)工程”追求，對地鐵建設(shè)的要求越來越苛嚴(yán)，圍護(hù)樁作為地鐵車站的基礎(chǔ)措施工程，其施工快慢與施工質(zhì)量對車站整體進(jìn)度影響很大，同時(shí)還影響車站基坑開挖的安全。地鐵車站圍護(hù)樁的施工進(jìn)度與質(zhì)量越來越被關(guān)注。地鐵車站圍護(hù)樁施工進(jìn)度問題，泥漿處理問題以及樁基施工效率問題日益成了亟待解決的問題。

1 鹽田港車站工程概況

1.1 鹽田港車站概況

深圳市城市軌道交通8號線工程鹽田港站位于深圳市鹽田區(qū)，車站為島式車站。車站采用雙層單柱雙跨箱型結(jié)構(gòu)，局部為雙層雙柱三跨結(jié)構(gòu)。車站長約309 m。車站的基坑支護(hù)方案采取“長短相間(一長一短)灌注樁+內(nèi)支撐”的支護(hù)形式，基坑深度為16.5 m～17.5 m，圍護(hù)樁采用φ1 000@1 200鉆孔灌注樁，樁間φ600旋噴樁止水。

車站原始地貌為海沖積平原，地表已被填挖成深鹽路，地勢較平坦，地面高程一般在3.76 m～4.51 m之間。站內(nèi)分布有人工素填土、填碎石、填塊石、卵石、粉質(zhì)粘土、全風(fēng)化凝灰?guī)r、砂土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r、塊狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r、中等風(fēng)化凝灰?guī)r和微風(fēng)化凝灰?guī)r等，基巖風(fēng)化程度不均，且?guī)r面起伏大，地面以下5 m～13 m入巖，其中微風(fēng)化地層單軸抗壓強(qiáng)度為70 MPa～120 MPa，根據(jù)強(qiáng)度分類屬于堅(jiān)硬巖。施工前期采用沖擊錘+旋挖鉆施工，由于周邊建筑多、地質(zhì)復(fù)雜、基巖巖面高、強(qiáng)度高，施工效率慢、成孔周期長、成孔垂直度差、安全風(fēng)險(xiǎn)性高。為了解決沖擊鉆與旋挖鉆施工的系列問題，項(xiàng)目引進(jìn)了SWSD全套筒跟進(jìn)式螺旋鉆機(jī)。采用旋挖鉆+SWSD全套筒跟進(jìn)式螺旋鉆機(jī)施工。SWSD全套筒跟進(jìn)式螺旋鉆機(jī)成孔周期短，保證潛孔錘頭垂直，成孔質(zhì)量好、精度高、安全風(fēng)險(xiǎn)性低、鑿巖效果好，特別是強(qiáng)度高的硬巖施工功效高。

1.2 SWSD多功能鉆機(jī)介紹

SWSD雙動(dòng)力頭螺旋潛孔錘鉆機(jī)主要由履帶行走系統(tǒng)、柴油動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)、液壓動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、空壓機(jī)組、供風(fēng)管路、樁架、套管螺旋鉆具及套管潛孔錘組成。

SWSD雙動(dòng)力頭螺旋潛孔錘鉆機(jī)有兩個(gè)動(dòng)力頭，兩個(gè)動(dòng)力頭可以分別向上和向下運(yùn)動(dòng)，分別驅(qū)動(dòng)內(nèi)側(cè)鉆桿、潛孔垂和外側(cè)套筒逆向旋轉(zhuǎn)鉆孔；兩個(gè)動(dòng)力頭全部液壓驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力頭動(dòng)力性能優(yōu)異，功率大、扭矩大；螺旋鉆桿和潛孔錘頭與外側(cè)套管組合成復(fù)合式鉆具，在土層鉆進(jìn)時(shí)由外側(cè)套管護(hù)壁，潛孔錘在液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行鉆進(jìn)，在空氣壓力作用下渣土沿螺旋鉆桿連續(xù)排出。螺旋整體剛性大，潛孔錘帶風(fēng)壓鉆進(jìn)鉆削能力大。鉆機(jī)采用微電腦控制系統(tǒng)，液壓驅(qū)動(dòng)，成孔精度高，施工速度快，外套管與潛孔錘配置高壓風(fēng)，SWSD雙動(dòng)力頭螺旋潛孔錘在合適長度的套管與風(fēng)壓下工作，能在各種土層、卵石層、漂石層及堅(jiān)硬巖層等地質(zhì)條件下快速高效鉆孔成樁。

2 SWSD施工方法

2.1 工藝流程

施工場地準(zhǔn)備→鉆機(jī)進(jìn)場驗(yàn)收→安全技術(shù)準(zhǔn)備→測量放樣→鉆機(jī)就位→沖孔及排渣→終孔標(biāo)高檢查→清孔檢查孔底沉渣→鋼筋籠加工→鋼筋籠安裝→安裝導(dǎo)管→灌注水下混凝土→拔出套筒→樁基檢測。

2.2 施工準(zhǔn)備

現(xiàn)場準(zhǔn)備：地鐵施工場地狹小，安全文明施工要求高，在施工前項(xiàng)目對圍護(hù)樁施工場地布置、交通疏解進(jìn)行周密策劃，施工前地質(zhì)雷達(dá)掃描、挖探等方式查明地下管線，對施工范圍內(nèi)的地下、地面以及空中的各種暗埋以及架空電力線纜、通訊線路、燃?xì)狻⑽鬯⒂晁雀鞣N障礙物進(jìn)行清理，以免施工過程中觸碰損傷影響居民生產(chǎn)生活。

機(jī)械準(zhǔn)備：在施工前進(jìn)場SWSD雙動(dòng)力頭螺旋潛孔錘鉆機(jī)及附屬空壓機(jī)組，現(xiàn)場拼裝鉆機(jī)、檢查并試運(yùn)，對機(jī)械施工前進(jìn)行驗(yàn)收，取得監(jiān)理施工許可。SWSD雙動(dòng)力頭螺旋潛孔錘體積大、機(jī)械設(shè)備配套設(shè)備多，在施工前提前購置容易損壞的零配件，以備不時(shí)之需，以免影響鉆機(jī)正常施工。

安全技術(shù)準(zhǔn)備：為了保證圍護(hù)樁施工過程中施工安全與質(zhì)量，快速推進(jìn)工程進(jìn)度，在施工前組織現(xiàn)場管理人員學(xué)習(xí)施工圖紙、技術(shù)規(guī)范，對施工操作人員進(jìn)行安全技術(shù)交底，做到應(yīng)知應(yīng)會，熟悉施工工藝流程、了解現(xiàn)場安全管理要點(diǎn)、掌握機(jī)械設(shè)備操作要領(lǐng)，經(jīng)考核合格后持證上崗。

測量放樣：項(xiàng)目在施工前對平面控制網(wǎng)高程控制網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)測，測量成果上報(bào)監(jiān)理工程師批復(fù)。測量人員對圍護(hù)樁坐標(biāo)、高程進(jìn)行復(fù)核無誤后開始放樣，放樣誤差控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)，在樁位打木樁，在木樁上打圓釘定出圍護(hù)樁樁位。放出樁位后，工人采用4根1.5 m的短鋼筋以騎馬樁的形式作為護(hù)樁，打入地面以下至少0.5 m，用水泥混凝土或砂漿將護(hù)樁固定，防止任何擾動(dòng)。

2.3 施工方法

套管制作與安裝。在施工前施工技術(shù)人員要全面掌握圍護(hù)樁位置的地質(zhì)情況，根據(jù)地質(zhì)圖查出圍護(hù)樁硬巖頂面高程，計(jì)算套筒的長度，確保套筒長度不小于土層及軟巖厚度，確保套筒嵌入巖層20 cm～30 cm。套管采用1 cm厚鋼板卷制而成，直徑較樁基直徑大5 cm左右，長度保證嵌巖深度不小于20 cm控制，在套管底部均勻焊引腳以利于套筒切入巖層中，在套管上部焊接套管卡塊以及吊裝穿鋼絲繩的卡孔。在鉆機(jī)就位前將套管安裝在套管動(dòng)力頭下端。在動(dòng)力頭位置掛連接鋼絲繩，用卡口穿過套管頂部將套管通過鋼絲繩與套筒動(dòng)力頭連接，啟動(dòng)套管動(dòng)力頭向上提升，將套管立于地面，緩慢向下移動(dòng)套管動(dòng)力頭，將鋼套管頂部的卡塊對準(zhǔn)套管動(dòng)力頭下端的套管插座接口并插入，針旋轉(zhuǎn)套管動(dòng)力頭鋼套管卡塊卡入套管插座的卡槽內(nèi)，完成套管安裝。

鉆機(jī)就位。啟動(dòng)鉆機(jī)行使系統(tǒng)，將鉆機(jī)挪到圍護(hù)樁位置，通過微電腦控制系統(tǒng)將套管中心與所放樁位中心處于同一垂線上，通過護(hù)樁復(fù)核無誤后啟動(dòng)套管動(dòng)力頭向下移動(dòng)，利用鉆機(jī)微電腦控制鉆機(jī)鉆架的垂直度，以保證樁基的垂直度。

沖孔排渣。鉆機(jī)就位后，首先帶管鉆進(jìn)，當(dāng)套管進(jìn)入巖層后潛孔錘在巖層中鉆進(jìn)成孔。先啟動(dòng)鉆桿動(dòng)力頭，鉆桿動(dòng)力頭帶動(dòng)鉆桿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)潛孔錘做順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)；同時(shí)啟動(dòng)空壓機(jī)，向潛孔錘提供不小于2.5 MPa的高壓空氣，潛孔錘向地層鉆進(jìn)。與此同時(shí)啟動(dòng)套管動(dòng)力頭向逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，鋼套管切入土層直至進(jìn)入硬巖與潛孔錘同步跟進(jìn)成孔，當(dāng)套管切入硬巖20 cm～30 cm時(shí)關(guān)閉套管動(dòng)力頭，鉆桿動(dòng)力頭繼續(xù)驅(qū)動(dòng)潛孔錘在巖層中沖擊切削巖層，高壓空氣沿螺旋鉆桿將渣土帶出，完成樁基鉆進(jìn)。注意在土層內(nèi)控制鉆桿動(dòng)力頭緩慢沖擊，進(jìn)入土層一定深度后方可勻速推進(jìn)，進(jìn)入巖層后再加大沖擊力。當(dāng)渣土輸送不暢時(shí)可以提起鉆桿進(jìn)行排渣。鉆進(jìn)過程中需要保證鉆頭齒輪與巖棉密貼，有利于傳遞沖擊器的沖擊功，提高鉆孔效率。壓力控制在90 kg/cm左右；不能過大也不能過小，過小影響沖孔效率，過大損壞鉆頭。同時(shí)潛孔錘鉆進(jìn)時(shí)轉(zhuǎn)速與沖擊器的沖擊頻率和巖石相匹配。鉆進(jìn)過程中空壓機(jī)提供的風(fēng)量，既要滿足沖擊器的要求風(fēng)量，保證沖擊器正常工作；同時(shí)還要保證風(fēng)力能將孔底渣土和巖屑吹出地表。開孔時(shí)采用小風(fēng)量，然后逐漸慢慢增加風(fēng)量并密切注意地表變化，防止因風(fēng)量過大造成塌孔，同時(shí)關(guān)注排渣情況避免因風(fēng)力過小造成排渣困難。一般情況可采取以下公式粗略計(jì)算所需風(fēng)量：

Q=47×K1K2(D2～d2)V。

式中：Q——鉆進(jìn)時(shí)所需空氣量，m3/min；

K1——孔深修正系數(shù)，1～1.1；

K2——孔內(nèi)涌水系數(shù)，1～1.5；

D——鉆孔直徑，mm；

d——鉆桿外徑，mm；

V——環(huán)狀間隙氣流上返速度，15 m/s～25 m/s。

終孔與清孔。沖孔達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后再加深5 cm～10 cm到達(dá)終孔標(biāo)高，技術(shù)人員檢測符合終孔條件后開始清孔。采用高壓空氣將孔底沉渣沿螺旋鉆桿吹出，停鉆吹3 min～5 min可以達(dá)到沉渣厚度小于5 cm的要求，經(jīng)檢測達(dá)不到清渣效果時(shí)需要重新清理，同時(shí)加大氣壓與清理時(shí)間，達(dá)到清孔效果為止。

鋼筋籠的制作與安裝。由于本地鐵車站圍護(hù)樁樁長在22 m以內(nèi)，鋼筋籠在鋼筋加工廠集中加工整體吊裝。鋼筋籠需要進(jìn)行對中后再固定牢靠，以免影響樁基侵入主體結(jié)構(gòu)。

水下混凝土灌注。鋼筋籠安裝后，安裝導(dǎo)管，導(dǎo)管距離孔底30 cm～40 cm。灌注水下混凝土滿足首灌混凝土的量使導(dǎo)管埋深不小于1 m，灌注過程中不允許中斷，拆除導(dǎo)管控制導(dǎo)管埋置深度在2 m～6 m的要求。

吊拔套管。在樁基灌注完成后在1 h內(nèi)開始用振錘邊振動(dòng)邊吊拔套管，吊拔速度小于0.5 m/min。

3 結(jié)語

SWSD雙動(dòng)力頭螺旋潛孔錘鉆機(jī)在地鐵車站圍護(hù)樁施工中體現(xiàn)了快速、高效、高質(zhì)、無泥漿的優(yōu)點(diǎn)。在施工過程中也發(fā)現(xiàn)該鉆機(jī)的局限性，鉆機(jī)本身塔架高，鉆機(jī)底盤寬度大，打開支腿占地較大，施工需要搭載四臺以上空壓機(jī)組方能運(yùn)行，同時(shí)樁基直徑也受到一定的制約。對于類似地質(zhì)條件的圍護(hù)樁有一定的借鑒價(jià)值。