[摘 要]在天津城區(qū)地鐵隧道采用明挖法施工時(shí),當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件復(fù)雜,不宜于施工水泥攪拌樁止水帷幕時(shí),常采用地下連續(xù)墻。本文對(duì)鉆孔咬合樁這一圍護(hù)結(jié)構(gòu)型式在天津地鐵改、擴(kuò)建工程中的首次應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)介紹,對(duì)其在天津地鐵基坑中的應(yīng)用進(jìn)行了實(shí)際工程監(jiān)測(cè), 并進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析,認(rèn)為咬合樁在地鐵施工中有廣闊的應(yīng)用前景。
[關(guān)鍵詞]基坑;鉆孔咬合樁;工程監(jiān)測(cè)
1 前 言
天津目前正在進(jìn)行大規(guī)模地鐵建設(shè),其中在市區(qū)部分地段采用了明挖法[1]。由于城市中心地帶建筑物、交通設(shè)施稠密,故地鐵工程的基坑開(kāi)挖只能在支護(hù)結(jié)構(gòu)保護(hù)下進(jìn)行垂直開(kāi)挖。目前地鐵深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)一般采用的形式有鉆孔灌注樁加水泥攪拌樁復(fù)合結(jié)構(gòu),地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)和ＳＭＷ工法[2 3]。
相對(duì)上述圍護(hù)結(jié)構(gòu),鉆孔咬合樁在天津較少有應(yīng)用。該方法在國(guó)外及國(guó)內(nèi)部分地區(qū),已具備成熟的施工經(jīng)驗(yàn)與工法,有很多成功的工程實(shí)例。其適用于沿海地區(qū)軟弱地層、含水砂層地質(zhì)情況下的地下工程深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工。它采用的是鋼筋混凝土樁與素混凝土樁切割咬合成排樁的型式,其圍護(hù)和止水效果很好,工程造價(jià)比地下連續(xù)墻和人工挖孔樁要低20%～30%左右。為此,在天津地鐵西南角車站深基坑工程中引入了鉆孔咬合樁工法。
2 工程概況
天津地鐵1號(hào)線既有線改、擴(kuò)建工程西南角站,位于四馬路、南開(kāi)三馬路與黃河道、南馬路交口處,呈南北走向。本車站將既有結(jié)構(gòu)全部拆除,按照新的建筑平面重新構(gòu)筑新結(jié)構(gòu)。改建段結(jié)構(gòu)全長(zhǎng)244.349ｍ。
2.1 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)
改建段區(qū)間位于第四系全新統(tǒng)人工填土層(Ｑｍｌ)、新近沉積層(Ｑ43Ｎ ｓｉ)、第Ⅰ陸相層(Ｑ4 3ａ1)、第Ⅰ海相層(Ｑ2 4ｍ)中,巖性以雜填土、粉質(zhì)粘土、粉土為主,土質(zhì)松軟,多呈可塑～流塑狀,屬中～高壓縮性土。場(chǎng)地地下水類型為孔隙潛水,儲(chǔ)存于第四系粘性土、粉土及砂類土中,地下水埋深0.8～4ｍ,水位變幅1～2ｍ。
2.2 設(shè)計(jì)情況
該車站主體為地下一層多跨矩形框架結(jié)構(gòu),采用明挖順作法施工。原設(shè)計(jì)方案基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁加水泥攪拌樁止水帷幕,坑內(nèi)設(shè)鋼支撐系統(tǒng)。但由于本工程基坑開(kāi)挖較深,達(dá)到了10ｍ,且其中一段基坑與一棟高層建筑———金禧大酒店距離僅6ｍ,而且由于開(kāi)挖處雜填土中埋有原地鐵修建時(shí)拋棄的建筑垃圾,有很多如鋼筋、廢木料、模板等各種雜填物,情況非常復(fù)雜,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)一般鉆孔灌注樁成樁較困難;此外,本段地下水埋藏較淺且豐富,樁孔易發(fā)生坍塌變形。鉆孔咬合樁由于采用了全鋼套管護(hù)壁,能有效地防止孔內(nèi)流砂、涌砂現(xiàn)象的產(chǎn)生,并且通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其成孔精度即可得到有效控制,其“一葷(指鋼筋混凝土樁)”、“一素(指素凝土樁)”相互咬合排列,擋土和止水效果極佳,經(jīng)濟(jì)性好。最后經(jīng)多方面因素綜合考慮,本工程決定采用咬合樁這一新型圍護(hù)結(jié)構(gòu)型式。
3 鉆孔咬合樁施工技術(shù)
3.1 工藝原理
鉆孔咬合樁的排列方式為一根素混凝土樁(Ａ樁)與一根鋼筋混凝土樁(Ｂ樁)間隔布置。Ａ樁采用緩凝型混凝土,Ｂ樁采用普通混凝土,先施工Ａ樁,后施工Ｂ樁。天津地鐵西南角站鉆孔咬合樁采用的是全護(hù)筒沖弧法,即在兩側(cè)Ａ樁成樁后利用護(hù)筒鉆機(jī)的下壓切割能力,在切割掉Ａ樁部分混凝土的同時(shí)使Ｂ樁成樁。最后效果是使Ｂ樁嵌入兩側(cè)Ａ樁一部分,形狀類似于相互咬合,故形象的稱為咬合樁(如圖1)。
3.2 工藝流程
3.2.1 導(dǎo)墻施工
為了保證鉆孔咬合樁孔口定位的精度并提高樁體就位效率,應(yīng)在咬合樁成樁前首先在樁頂部?jī)蓚?cè)施作混凝土導(dǎo)墻或鋼筋混凝土導(dǎo)墻(見(jiàn)圖1)。
3.2.2 單根咬合樁施工工藝流程
(1)護(hù)筒鉆機(jī)就位 當(dāng)定位導(dǎo)墻有足夠的強(qiáng)度后,用吊車移動(dòng)鉆機(jī)就位,并使主機(jī)抱管器中心對(duì)應(yīng)定位于導(dǎo)墻孔位中心;
(2)單樁成孔 其步驟為隨著第1節(jié)護(hù)筒的壓入(深度為1.5～2.5ｍ),沖弧斗隨著從護(hù)筒內(nèi)取土,一邊抓土一邊繼續(xù)下壓護(hù)筒,待第1節(jié)全部壓入后(一般地面上留1～2ｍ,以便于接筒)檢測(cè)垂直度,合格后,接第2節(jié)護(hù)筒,如此循環(huán)至壓到設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高;
(3)吊放鋼筋籠 對(duì)于Ｂ樁,成孔檢查合格后進(jìn)行安放鋼筋籠工作,此時(shí)應(yīng)保證鋼筋籠標(biāo)高正確;
(4)灌注混凝土 如孔內(nèi)有水,需采用水下混凝土灌注法施工;如孔內(nèi)無(wú)水,則采用干孔灌注法施工并注意振搗;
(5)拔筒成樁 一邊澆注混凝土一邊拔護(hù)筒,應(yīng)注意保持護(hù)筒底低于混凝土面≥2.5ｍ。
3.2.3 排樁施工工藝流程
流程:Ａ1→Ａ2→Ｂ1→Ａ3→Ｂ2→Ａ4→Ｂ3……,如圖2所示。
3.3 控制措施
(1)成孔精度控制 為控制咬合樁的成孔精度達(dá)到《地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》[4]要求,采用成孔精度全過(guò)程控制的措施。本工程采用的是在成樁機(jī)具上懸掛兩個(gè)線柱控制南北、東西向護(hù)筒外壁垂直度并用兩臺(tái)測(cè)斜儀進(jìn)行孔內(nèi)垂直度檢查。發(fā)現(xiàn)有偏差時(shí)及時(shí)進(jìn)行糾偏調(diào)整。
(2)Ａ樁混凝土緩凝時(shí)間的確定 在測(cè)定出單樁成樁所需時(shí)間ｔ后,可根據(jù)下式計(jì)算Ａ樁混凝土緩凝時(shí)間Ｔ
Ｔ=3ｔ+Ｋ
其中,Ｋ為儲(chǔ)備時(shí)間,一般取1.5ｔ。
3.4施工問(wèn)題與解決方案
(1)防止管涌措施 在Ｂ樁成孔過(guò)程中,由于Ａ樁混凝土未完全凝固,還處于流動(dòng)狀態(tài),因此其有可能從Ａ、Ｂ樁相交處涌入Ｂ樁孔內(nèi),形成“管涌”?？朔胧┯?①控制Ａ樁坍落度<14ｃｍ;②護(hù)筒應(yīng)超前孔底至少1 5ｍ;③實(shí)時(shí)觀察Ａ樁混凝土頂面是否下陷,若發(fā)現(xiàn)下陷應(yīng)立即停止Ｂ樁開(kāi)挖,并一邊將護(hù)筒盡量下壓,一邊向Ｂ樁內(nèi)填土或注水(平衡Ａ樁混凝土壓力),直至制止住“管涌”為止。
(2)遇地下障礙物處理方法 由于咬合樁采用的是鋼護(hù)筒,所以可吊放作業(yè)人員下孔內(nèi)清除障礙物。
(3)克服鋼筋籠上浮方法 在向上拔出護(hù)筒時(shí),有可能帶起放好的鋼筋籠。預(yù)防措施可選擇減?。聵痘炷凉橇狭交蛘呖稍阡摻罨\底部焊上一塊比其自身略小的薄鋼板以增加其抗浮能力。
[關(guān)鍵詞]基坑;鉆孔咬合樁;工程監(jiān)測(cè)
1 前 言
天津目前正在進(jìn)行大規(guī)模地鐵建設(shè),其中在市區(qū)部分地段采用了明挖法[1]。由于城市中心地帶建筑物、交通設(shè)施稠密,故地鐵工程的基坑開(kāi)挖只能在支護(hù)結(jié)構(gòu)保護(hù)下進(jìn)行垂直開(kāi)挖。目前地鐵深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)一般采用的形式有鉆孔灌注樁加水泥攪拌樁復(fù)合結(jié)構(gòu),地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)和ＳＭＷ工法[2 3]。
相對(duì)上述圍護(hù)結(jié)構(gòu),鉆孔咬合樁在天津較少有應(yīng)用。該方法在國(guó)外及國(guó)內(nèi)部分地區(qū),已具備成熟的施工經(jīng)驗(yàn)與工法,有很多成功的工程實(shí)例。其適用于沿海地區(qū)軟弱地層、含水砂層地質(zhì)情況下的地下工程深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工。它采用的是鋼筋混凝土樁與素混凝土樁切割咬合成排樁的型式,其圍護(hù)和止水效果很好,工程造價(jià)比地下連續(xù)墻和人工挖孔樁要低20%～30%左右。為此,在天津地鐵西南角車站深基坑工程中引入了鉆孔咬合樁工法。
2 工程概況
天津地鐵1號(hào)線既有線改、擴(kuò)建工程西南角站,位于四馬路、南開(kāi)三馬路與黃河道、南馬路交口處,呈南北走向。本車站將既有結(jié)構(gòu)全部拆除,按照新的建筑平面重新構(gòu)筑新結(jié)構(gòu)。改建段結(jié)構(gòu)全長(zhǎng)244.349ｍ。
2.1 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)
改建段區(qū)間位于第四系全新統(tǒng)人工填土層(Ｑｍｌ)、新近沉積層(Ｑ43Ｎ ｓｉ)、第Ⅰ陸相層(Ｑ4 3ａ1)、第Ⅰ海相層(Ｑ2 4ｍ)中,巖性以雜填土、粉質(zhì)粘土、粉土為主,土質(zhì)松軟,多呈可塑～流塑狀,屬中～高壓縮性土。場(chǎng)地地下水類型為孔隙潛水,儲(chǔ)存于第四系粘性土、粉土及砂類土中,地下水埋深0.8～4ｍ,水位變幅1～2ｍ。
2.2 設(shè)計(jì)情況
該車站主體為地下一層多跨矩形框架結(jié)構(gòu),采用明挖順作法施工。原設(shè)計(jì)方案基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁加水泥攪拌樁止水帷幕,坑內(nèi)設(shè)鋼支撐系統(tǒng)。但由于本工程基坑開(kāi)挖較深,達(dá)到了10ｍ,且其中一段基坑與一棟高層建筑———金禧大酒店距離僅6ｍ,而且由于開(kāi)挖處雜填土中埋有原地鐵修建時(shí)拋棄的建筑垃圾,有很多如鋼筋、廢木料、模板等各種雜填物,情況非常復(fù)雜,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)一般鉆孔灌注樁成樁較困難;此外,本段地下水埋藏較淺且豐富,樁孔易發(fā)生坍塌變形。鉆孔咬合樁由于采用了全鋼套管護(hù)壁,能有效地防止孔內(nèi)流砂、涌砂現(xiàn)象的產(chǎn)生,并且通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其成孔精度即可得到有效控制,其“一葷(指鋼筋混凝土樁)”、“一素(指素凝土樁)”相互咬合排列,擋土和止水效果極佳,經(jīng)濟(jì)性好。最后經(jīng)多方面因素綜合考慮,本工程決定采用咬合樁這一新型圍護(hù)結(jié)構(gòu)型式。
3 鉆孔咬合樁施工技術(shù)
3.1 工藝原理
鉆孔咬合樁的排列方式為一根素混凝土樁(Ａ樁)與一根鋼筋混凝土樁(Ｂ樁)間隔布置。Ａ樁采用緩凝型混凝土,Ｂ樁采用普通混凝土,先施工Ａ樁,后施工Ｂ樁。天津地鐵西南角站鉆孔咬合樁采用的是全護(hù)筒沖弧法,即在兩側(cè)Ａ樁成樁后利用護(hù)筒鉆機(jī)的下壓切割能力,在切割掉Ａ樁部分混凝土的同時(shí)使Ｂ樁成樁。最后效果是使Ｂ樁嵌入兩側(cè)Ａ樁一部分,形狀類似于相互咬合,故形象的稱為咬合樁(如圖1)。
3.2 工藝流程
3.2.1 導(dǎo)墻施工
為了保證鉆孔咬合樁孔口定位的精度并提高樁體就位效率,應(yīng)在咬合樁成樁前首先在樁頂部?jī)蓚?cè)施作混凝土導(dǎo)墻或鋼筋混凝土導(dǎo)墻(見(jiàn)圖1)。
3.2.2 單根咬合樁施工工藝流程
(1)護(hù)筒鉆機(jī)就位 當(dāng)定位導(dǎo)墻有足夠的強(qiáng)度后,用吊車移動(dòng)鉆機(jī)就位,并使主機(jī)抱管器中心對(duì)應(yīng)定位于導(dǎo)墻孔位中心;
(2)單樁成孔 其步驟為隨著第1節(jié)護(hù)筒的壓入(深度為1.5～2.5ｍ),沖弧斗隨著從護(hù)筒內(nèi)取土,一邊抓土一邊繼續(xù)下壓護(hù)筒,待第1節(jié)全部壓入后(一般地面上留1～2ｍ,以便于接筒)檢測(cè)垂直度,合格后,接第2節(jié)護(hù)筒,如此循環(huán)至壓到設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高;
(3)吊放鋼筋籠 對(duì)于Ｂ樁,成孔檢查合格后進(jìn)行安放鋼筋籠工作,此時(shí)應(yīng)保證鋼筋籠標(biāo)高正確;
(4)灌注混凝土 如孔內(nèi)有水,需采用水下混凝土灌注法施工;如孔內(nèi)無(wú)水,則采用干孔灌注法施工并注意振搗;
(5)拔筒成樁 一邊澆注混凝土一邊拔護(hù)筒,應(yīng)注意保持護(hù)筒底低于混凝土面≥2.5ｍ。
3.2.3 排樁施工工藝流程
流程:Ａ1→Ａ2→Ｂ1→Ａ3→Ｂ2→Ａ4→Ｂ3……,如圖2所示。
3.3 控制措施
(1)成孔精度控制 為控制咬合樁的成孔精度達(dá)到《地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》[4]要求,采用成孔精度全過(guò)程控制的措施。本工程采用的是在成樁機(jī)具上懸掛兩個(gè)線柱控制南北、東西向護(hù)筒外壁垂直度并用兩臺(tái)測(cè)斜儀進(jìn)行孔內(nèi)垂直度檢查。發(fā)現(xiàn)有偏差時(shí)及時(shí)進(jìn)行糾偏調(diào)整。
(2)Ａ樁混凝土緩凝時(shí)間的確定 在測(cè)定出單樁成樁所需時(shí)間ｔ后,可根據(jù)下式計(jì)算Ａ樁混凝土緩凝時(shí)間Ｔ
Ｔ=3ｔ+Ｋ
其中,Ｋ為儲(chǔ)備時(shí)間,一般取1.5ｔ。
3.4施工問(wèn)題與解決方案
(1)防止管涌措施 在Ｂ樁成孔過(guò)程中,由于Ａ樁混凝土未完全凝固,還處于流動(dòng)狀態(tài),因此其有可能從Ａ、Ｂ樁相交處涌入Ｂ樁孔內(nèi),形成“管涌”?？朔胧┯?①控制Ａ樁坍落度<14ｃｍ;②護(hù)筒應(yīng)超前孔底至少1 5ｍ;③實(shí)時(shí)觀察Ａ樁混凝土頂面是否下陷,若發(fā)現(xiàn)下陷應(yīng)立即停止Ｂ樁開(kāi)挖,并一邊將護(hù)筒盡量下壓,一邊向Ｂ樁內(nèi)填土或注水(平衡Ａ樁混凝土壓力),直至制止住“管涌”為止。
(2)遇地下障礙物處理方法 由于咬合樁采用的是鋼護(hù)筒,所以可吊放作業(yè)人員下孔內(nèi)清除障礙物。
(3)克服鋼筋籠上浮方法 在向上拔出護(hù)筒時(shí),有可能帶起放好的鋼筋籠。預(yù)防措施可選擇減?。聵痘炷凉橇狭交蛘呖稍阡摻罨\底部焊上一塊比其自身略小的薄鋼板以增加其抗浮能力。