緊鄰既有建筑物低凈空全葷樁咬合樁施工技術

石 龍，周 浩，凌 濤，龍根望

(1.中鐵五局集團貴州工程有限公司，貴州 貴陽 550003；2.中鐵五局集團有限公司，湖南 長沙 410000； 3.中鐵五局集團第一工程有限責任公司，湖南 長沙 410117)

隨著我國近幾年城市軌道交通的高速發展，新建和規劃的線路往往會與既有線交叉相匯并逐步構建成網絡，將城市的各個區域串聯。因交通功能要求，新建地鐵車站往往處在人流量大，周邊建筑物繁多、環境復雜的地點，這就使得緊鄰建筑物的地鐵車站施工漸漸成為常態，伴隨而來的是施工難度和安全風險的陡增。為了增大圍護結構的剛度和整體性，有效控制緊鄰建筑物的變形，上海市軌道交通楊浦線(m8)虹口足球場站[1]和寧波市軌道交通2號線一期工程柳汀站[2]通過采用的全回轉鉆機加超緩凝混凝土的組合施工得到了大剛度整體性優良的全葷咬合圍護樁[3]。針對低凈空施工條件，全回轉鉆機本身高度就低，切削排土設備可選用短臂旋挖鉆[4]和低凈空沖抓斗。低凈空條件也導致孔樁鋼筋籠吊裝長度受限，對接次數增多，垂直要求變高。針對該方面鄭州市至鞏義市域鐵路市政配套工程商業街站[5]采用雙倍絲機械連接的施工方法，取得了較好的效果。本文將結合大運城市綜合交通樞紐的實際施工對緊鄰建筑物低凈空環境下全葷樁咬合樁施工技術進行闡述。

1 工程概況

大運城市綜合交通樞紐工程沿龍崗大道西側呈南北向布置，臨近既有地鐵3號線大運站，新建14號、16號線大運站為地下3層雙島四線車站同臺同向換乘車站，并與既有3號線、規劃深大城際換乘，如圖1所示。

大運樞紐站基坑東側圍護結構緊鄰既有3號線，該區域最小凈空為6 m(緊鄰既有大運站位置)，圍護結構與既有3號線樁基最小間距為2.1 m，如圖2所示。

工程項目穿越地層主要為：小里程施工區域地層從上至下依次為人工填土、粉質黏土、全風化砂巖，基底位于粉質黏土和全風化砂巖中；中部施工區域地層從上至下依次為人工填土、強風化砂巖(土狀)、強風化砂巖(塊狀)、中風化砂巖；大里程施工區域地層從上至下依次為人工填土、粉質黏土、強風化砂巖(土狀)、強風化砂巖(塊狀)、中風化砂巖。

地下水主要有兩種類型：一是松散巖類孔隙水，主要賦存于第四系松散地層中；二是基巖裂隙(構造裂隙)水，主要賦存于塊狀的強風化、中風化帶及斷裂構造裂隙中，略具承壓性。

2 全葷樁咬合樁施工技術

2.1 施工原理

在緊鄰建(構)筑物的低凈空和地層松散的地層條件下，先行對地層進行注漿加固，降低地面標高，滿足開鉆要求后，使用全套管全回旋鉆機將套管分節壓入地層用于護壁；再使用短臂旋挖鉆或低凈空沖抓斗切削取土，反復循環以上兩個步驟開挖至設計樁底高程；最后分節安裝鋼筋籠，澆筑混凝土成樁。圍護樁鋼筋籠分為兩類：方形鋼筋籠(Ⅰ序樁)和圓形鋼筋籠(Ⅱ序樁)，通過兩者的交叉間隔排列布置形成全葷樁咬合結構(硬咬合)，其中Ⅰ序樁樁身混凝土采用超緩凝混凝土，如圖3所示。

2.2 施工技術要點

2.2.1 注漿加固

咬合樁施工前，先行對鄰近既有3號線側的土體注漿加固。承臺和樁基區域分3排注漿管，最外側為單排φ108 mm鋼花管，注漿范圍為承臺底到樁底下3 m，間距1.5 m，距承臺邊1.2 m；內側兩排均為φ48 mm袖閥管，其中內排(靠近承臺)注漿范圍為承臺底至樁底，間距1.5 m，距承臺邊0.2 m；外排注漿范圍為承臺底至強風化巖下1 m，間距1.5 m，距承臺邊0.7 m；墩間區域分兩排注漿管，均為φ108 mm鋼花管，間距1.5 m，距承臺邊0.7 m,1.2 m，注漿范圍為地面下6 m。注漿漿液為水泥漿，水灰比(質量比)均為水∶灰=1∶(0.6～1)，鋼花管注漿壓力為0.1 MPa～0.3 MPa，袖閥管為0.4 MPa～1.5 MPa。

2.2.2 地面標高降低工程的開挖及支護

由于最小凈空只有6 m，無法滿足現有的短臂旋挖鉆和低凈空沖抓斗施工要求。且因吊裝限制的最大鋼筋籠長度僅有0.8 m，分節過短，導致吊裝和連接次數過多，不利于連接質量和垂直度的控制，且施工效率低下。遂由中間向兩端分層分臺階開挖3 m,每層厚度1 m，臺階寬度2 m，降低樁位位置地面標高。每層開挖完成后，立即掛設φ12@200 mm×200 mm鋼筋網片，噴射C25混凝土進行防護。

2.2.3 導墻施工

因鉆機施工過程中必須保持水平，且鉆機自重也比較大，要求導墻必須具有良好的承載能力和平整度，并在開口處兼具一定的護壁能力，采用向下翻口的斷面形式，如圖4所示。

2.2.4 鉆機就位

首先測量放樣，在導墻上精準的標記出孔樁中心，在周邊設置護樁，將鉆機粗略安裝到樁位位置，再使用定位底盤精確調整，采用十字交叉法，使得孔位中心與樁位中心重合，誤差偏控制不大于10 mm；孔位對中后，通過鉆機的垂直監視系統和經緯儀測得垂直度，再通過調整鉆機的四個支腿油缸使垂直度達到要求；為消除回轉鉆進時產生的反向扭矩，防止鉆機移位，導致孔位和垂直度偏差。在鉆機后部安裝平衡反力叉，并使用重物壓牢固定。

2.2.5 安裝套管和鉆進取土

在鉆機就位后，安裝第一套管節(底部帶刀頭)復核套管垂直度和中心偏差符合要求后，將套管回轉壓入地層，當地面以上套管長度剩余1.2 m～1.5 m時，接入下節套管，接入套管長度不大于作業凈高-全套管高度-吊裝高度(2.5 m)-安全距離(0.5 m)。每當壓入1節～2節套管后，用短臂旋挖鉆或沖抓斗從套管內取土，取土完成后再繼續下壓下一節套管。此過程注意不得超挖，應保持開挖面高于套管底口2倍管直徑，且不應小于2.5 m。鉆進全過程需檢測垂直度，動態糾偏調整重復以上工序直至開挖設計孔深，終孔時，也應保持開挖面高于套管底口2倍管直徑，且不應小于2.5 m的要求。

2.2.6 清孔

由于采用全套管成孔，孔內無需灌入泥漿，所以孔中懸浮顆粒沉淀極快。成孔后靜置30 min后，讓懸浮物充分沉淀。再使用短臂旋挖鉆緩慢下放在孔底無壓慢轉或將沖抓斗緩慢下放抓斗至孔底抓取沉渣；若以上兩種方法效果不佳，可采用泵吸反循環法清渣；最后使用測針測餅法測得孔底沉渣厚度，直至沉渣厚度不大于10 cm。

2.2.7 鋼筋籠吊裝、連接和定位

首先先算得單節鋼筋籠節長度，地面標高下降后凈空高度為9 m，由以下公式得鋼筋籠長度為3 m，吊裝過程如圖5所示。

單節鋼筋籠節長度=凈空高度-鉆機高度-吊裝操作高度-與建筑物的安全距離。

為保證鋼筋籠節之間的連接質量和整體的垂直度，各節鋼筋籠間采用鋼筋接駁器連接，機械連接接頭采用一級接頭。首先在下部鋼筋籠上端全長擰入連接套筒；然后將上部鋼筋籠下端與下部鋼筋籠上端對中對齊；最后反擰套筒至上部標準螺紋露1絲完成連接。連接過程見圖6。

保證咬合施工時鉆機不切割損壞方形鋼筋籠，并能夠更容易的控制Ⅱ序樁垂直度。方形鋼筋籠定位采用定位PVC管，間隔3 m，每段長度20 cm～30 cm，固定于鋼筋籠外側，與鋼筋籠同時下放入孔。

2.2.8 混凝土澆筑

鋼筋籠安裝完成后二次清孔，清孔完畢后，安裝混凝土料斗和清管球，并將導管至離孔底20 cm～50 cm的位置。混凝土初灌量應根據樁徑確定，確保初次灌入導管埋深不小于1 m。后續灌注中，應控制把控速率和高度，使導管埋深在2 m～6 m,確保不斷樁也不堵管。澆筑應當適當超灌，采用硬桿桶式取樣法測量實際樁頂高度，確保將浮漿層頂出設計樁身范圍。

此外為拔出套管時混凝土填充原套管位置導致的混凝土頂面下沉的余量。在澆筑樁頂部分時，為減小骨料下沉對成樁質量的影響，可以適當調整混凝土配合比，增大骨料比重。澆筑過程應連續不間斷作業，確保樁身完整性?；炷脸跄?，再切割吊筋，拔出護筒。

2.3 質量控制措施

2.3.1 超緩凝混凝土技術參數控制

咬合施工中，Ⅱ序樁成孔過程需切割Ⅰ序樁的咬合部，若Ⅰ序樁身混凝土凝結過快，咬合部強度過高，會導致Ⅱ序樁鉆進過程中套管刀頭出現受力不均，影響垂直度。根據下式可知垂直度與樁底咬合厚度的數值關系：

樁底咬合厚度=樁頂咬合厚度-(相鄰樁垂直度矢量差絕對值×設計樁長+設計允許偏差)。

而樁底咬合厚度是兩樁咬合厚度的最小值，直接反映咬合質量，所以Ⅰ序樁身混凝土參數控制是咬合質量控制的關鍵。

1)緩凝時間：應滿足相鄰Ⅱ序樁施工的最長間距時間，一般為48 h。

2)坍落度：滿足水下混凝土灌注要求，具有一定的流動性，能夠充分的填充拔出套管后咬合區域形成的縫隙，又不至于產生“擾流管涌”現象，取160 mm～200 mm為宜。

3)早期強度：滿足穩定周邊地層的作用，并能被較容易的切削，3 d強度不大于3 MPa。

2.3.2 Ⅱ序樁成孔過程中防“繞流管涌”措施

在咬合施工過程中，可能由于混凝土參數控制不當，流動性過大，套管底與開挖面的高差過小，導致繞流路徑太短，產生“繞流管涌”現象，直接影響咬合和成樁質量。

為有效的防止“繞流管涌”現象，可采取以下措施加以控制：

1)在Ⅱ序樁的鉆孔施工過程中，必須密切觀察相鄰的兩根已灌注完畢的Ⅰ序樁樁頂混凝土面的高程變化。關注Ⅱ序樁排土渣樣混凝土含量比例是否正常(參考咬合區域占Ⅱ序樁截面的面積之比)。

2)嚴格控制Ⅰ序樁身混凝土配比參數，這點上文已說明，不再贅述。

3)通過增大套管底與開挖面的高差(一般情況不小于2 m)，使混凝土繞流路徑變長，增大繞流過程中的摩阻力，達到減弱“繞流管涌”的目的。

4)“繞流管涌”現象的本質是由于Ⅰ序、Ⅱ序樁形成的U形回路兩端的底部壓力不平衡，所以還可以往Ⅱ序樁孔內注水，降低壓力差。

2.3.3 鋼筋籠的定位和抗浮措施

因Ⅰ序樁內放置的是方形鋼筋籠，與護筒的貼合度有限，為了使方形鋼筋籠更好的定位，保障咬合質量，可通過在咬合部設置定位PVC管的措施(上文已說明)；針對方形鋼筋籠可能發生的扭轉現象，可將鋼筋籠頂部加設定位鋼筋，與套管焊接牢固。

在混凝土澆筑過程中，為避免鋼筋籠因受沖擊造成上浮，可加設定位鋼筋(與上文同理)；或在鋼筋籠底部焊接抗浮鋼板。

3 安全防護措施

針對緊鄰既有3號線低凈空條件，采取的安全防護措施如下：

1)使用的設備均自帶限位功能，設備吊臂端部安裝有探測雷達，與既有車站上部結構和高架橋設置的紅外線報警系統組合，當設備與結構物間距小于1 m報警，小于0.5 m自動制動。

2)在靠近既有車站上部結構和高架橋底部向上3 m的范圍內布置橡膠輪胎結合擠塑板，用于防撞防護。

4 結語

深圳市大運城市綜合樞紐緊鄰既有3號線低凈空條件下基坑全葷咬合樁的施工結果表明，使用全回轉全套管鉆機+低凈空排土設備，輔以良好的工序安排、質量控制和安全防護措施：

1)可以有效的減小和控制基坑圍護結構施工對緊鄰的既有建筑物的影響(監控量測數據表明，整個施工過程中，周邊土體和既有3號線結構變位情況較小可控)。

2)適合低凈空的施工設備施工效率高，布設靈活，組織簡單，較傳統設備能有效的縮短工期(節約工期3個月)。

3)與傳統的葷素咬合樁相比，形成的全葷咬合樁成樁質量好，整體性和剛度高。

4)由于使用了全套管護臂有效的防止了孔壁塌孔和超挖現象，減少了混凝土超耗節約了成本(節約造價284.2萬元)。

5)成孔過程噪聲和震動小，對環境的污染小。