淺談南京地鐵咬合樁圍護(hù)型式設(shè)計(jì)與施工

趙紅光

(南京地鐵建設(shè)有限責(zé)任公司， 江蘇南京 210008)

淺談南京地鐵咬合樁圍護(hù)型式設(shè)計(jì)與施工

趙紅光

(南京地鐵建設(shè)有限責(zé)任公司， 江蘇南京 210008)

地鐵建設(shè)過(guò)程中的基坑開(kāi)挖屬于風(fēng)險(xiǎn)控制難點(diǎn)?；訃o(hù)選型是從源頭上把控風(fēng)險(xiǎn)，其選擇的合理與否決定了項(xiàng)目管理過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)性與安全性能否平衡統(tǒng)一。文章通過(guò)研究南京地鐵某車站咬合樁基坑圍護(hù)型式，梳理出南京地鐵咬合樁的應(yīng)用適用情況，為南京地鐵后續(xù)建設(shè)提供參考性的經(jīng)驗(yàn)。

圍護(hù)型式； 咬合樁； 工藝原理； 技術(shù)要求； 適用性

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)各城市軌道交通建設(shè)規(guī)劃獲批，地鐵建設(shè)項(xiàng)目陸續(xù)開(kāi)展。由于軌道交通行業(yè)技術(shù)專業(yè)性較強(qiáng)，從業(yè)人員較少，在項(xiàng)目管理、方案設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)施工方面都需要加強(qiáng)研究，其中設(shè)計(jì)和施工屬于最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。軌道交通工程在城市中心區(qū)一般采用地下線路敷設(shè)，建設(shè)時(shí)需要進(jìn)行基坑開(kāi)挖施工，而地鐵的基坑開(kāi)挖屬于建設(shè)期間的風(fēng)險(xiǎn)控制難點(diǎn)?；訃o(hù)型式的選擇是從源頭上把控風(fēng)險(xiǎn)，從方案上控制造價(jià)，其選擇的合理與否決定了項(xiàng)目管理過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)性與安全性是否平衡統(tǒng)一，達(dá)到項(xiàng)目建設(shè)的最優(yōu)值。本文通過(guò)研究南京地鐵建設(shè)過(guò)程成功應(yīng)用的咬合樁圍護(hù)設(shè)計(jì)施工方案，力求能夠梳理出南京地鐵咬合樁的應(yīng)用適用情況，為南京地鐵后續(xù)建設(shè)提供參考性的經(jīng)驗(yàn)。

1 南京地區(qū)典型咬合樁工程案例

1.1 工程概況

南京某地鐵車站位于金江公路與機(jī)場(chǎng)東路交叉口偏北側(cè)，沿金江公路方向設(shè)置，跨機(jī)場(chǎng)東路路口，站后設(shè)雙停車線。車站為12 m島式站臺(tái)，地下兩層三跨(局部雙跨)矩形框架結(jié)構(gòu)，車站標(biāo)準(zhǔn)段寬度為20.7 m，車站總長(zhǎng)為391.9 m。車站頂板覆土3.6～4.3 m，標(biāo)準(zhǔn)段底板埋深16.6～17.2 m，端頭井底板埋深17.8～18.6 m?；硬捎妹魍陧樧鞣ㄊ┕ぃ瑖o(hù)型式選用鉆孔咬合樁+水平內(nèi)支撐的支護(hù)體系。車站臨近的建構(gòu)筑物主要為南京恒昌汽車服務(wù)中心的4幢5層混凝土結(jié)構(gòu)樓房和2幢4層混凝土結(jié)構(gòu)樓房，距離車站結(jié)構(gòu)外皮最近約24.8 m，其他附屬結(jié)構(gòu)均位于現(xiàn)狀綠地或施工空地中。東站總平面見(jiàn)圖1。

圖1 某地鐵車站總平面

1.2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

本站地貌單元屬于侵蝕堆積崗地，地形較為平坦，北段略高，車站基坑影響范圍內(nèi)的主要巖土層由上至下依次為：①-1層雜填土；①-2層素填土；②-1b2-3層粉質(zhì)黏土；②-2b4層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土；②-3b2層粉質(zhì)黏土；③-1a1-2層黏土；③-1cb2層粉土夾粉質(zhì)黏土；③-2d2-3層粉砂；③-2bc2層粉質(zhì)黏土夾粉土；③-3b1-2層粉質(zhì)黏土；③-4b2層粉質(zhì)黏土；④-1b1層粉質(zhì)黏土；④-3d1層粉細(xì)砂；④-4b2層粉質(zhì)黏土；④-4e層中粗砂混卵礫石；④-5e層中粗砂混卵礫石。

基巖為K2c-2強(qiáng)風(fēng)化巖和K2c-3中風(fēng)化巖。其中K2c-2強(qiáng)風(fēng)化巖層風(fēng)化強(qiáng)烈，巖芯多呈碎塊、短柱狀，工程地質(zhì)性能良好；K2c-3層中風(fēng)化巖巖芯多呈長(zhǎng)柱狀，工程地質(zhì)性能良好。車站底板位于較好的③-1a1-2層粉質(zhì)黏土(fak=200 kPa)、③-2d2-3層粉砂(fak=170 kPa)和④-1b1層粉質(zhì)黏土(fak=250 kPa)。地質(zhì)縱斷面見(jiàn)圖2。

圖2 地鐵車站地質(zhì)縱斷面

場(chǎng)地地下水的類型主要有上部松散層中孔隙水和基巖風(fēng)化帶裂隙水兩類。

孔隙水分為孔隙潛水和孔隙承壓水含水層組兩大類。①層填土及各黏性土層為孔隙潛水主要含水層，地下水位埋深0.20～2.40 m，水位年變化幅度0.5～1.0 m左右?？紫冻袎核饕植加趫?chǎng)區(qū)③-2d2-3層粉砂、④-3d1層細(xì)粉砂、④-4e中粗砂混卵礫石層、④-5e中粗砂混卵礫石層。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)埋管水頭測(cè)試結(jié)果，③-2d2-3層承壓水水頭高程約為8.70 m，④-3d1層及④-4e層、④-5e層承壓水水頭高程1.65 m左右。

基巖裂隙含水層主要由碎屑巖類組成，淺部以風(fēng)化裂隙水為主，深部風(fēng)化作用逐漸減弱，以構(gòu)造裂隙水為主，富水性較差。

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)型式

車站基坑選用鉆孔咬合樁(φ1 000@800/φ1 000@750葷素間隔)+水平內(nèi)支撐支護(hù)體系；樁頂設(shè)置鋼筋混凝土冠梁，斷面尺寸1 000 mm×1 000 mm；基坑標(biāo)準(zhǔn)段采用1道混凝土支撐+3道鋼支撐，端頭井段采用1道混凝土支撐+4道鋼支撐，其中第一道支撐均為800 mm×1 000 mm混凝土支撐，其余均為φ609×16鋼管支撐。車站基坑圍護(hù)樁通過(guò)設(shè)置壓頂梁參與抗浮以滿足結(jié)構(gòu)抗浮要求，立柱樁不參與結(jié)構(gòu)抗浮。

2.2 降水方案

基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)主要土層為②-1b2-3粉質(zhì)黏土、②-3b2粉質(zhì)黏土、②-2b4淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③-1a1-2粉質(zhì)黏土，為不透水層?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)采用咬合樁單層結(jié)構(gòu)，擋土、截水功能合一，因此對(duì)場(chǎng)地潛水采取坑內(nèi)管井降水輔以明溝排水的降排水方案。

車站北端頭基底以下存在③-2d2-3粉砂層中的承壓水，水頭標(biāo)高約8.70 m，層頂埋深約15～19 m，咬合樁兼作止水帷幕已截?cái)嘣摮袎核畬印?/p>

3 工程施工

3.1 鉆孔咬合樁施工工藝原理

為便于切割，咬合樁的排列方式為素混凝土樁(B樁)和鋼筋混凝土樁(A樁)間隔布置。施工時(shí)先施工B樁后施工A樁，B樁采用超緩凝混凝土，要求必須在B樁混凝土初凝前完成A樁的施工，A樁施工時(shí)采用全套管鉆機(jī)切割掉相鄰B樁相交部分的混凝土，實(shí)現(xiàn)咬合(圖3)。

圖3 鉆孔咬合樁平面示意

3.2 咬合樁施工技術(shù)要求

(1)鉆孔咬合樁施工前必須試成孔，數(shù)量不得少于兩個(gè)，以便檢驗(yàn)所選的設(shè)備、施工工藝以及技術(shù)要求是否適宜。

(2)鉆孔咬合樁成孔設(shè)備就位后，必須平整、穩(wěn)固，確保在施工中不發(fā)生傾斜、移動(dòng)。為準(zhǔn)確控制成孔深度，在樁架或樁管上應(yīng)設(shè)置控制深度的標(biāo)尺，以便在施工中進(jìn)行觀測(cè)記錄。

(3)鉆孔咬合樁施工現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備、設(shè)施、安全裝置、工具配件以及個(gè)人勞保用品必須經(jīng)常檢查，確保完好和使用安全。

(4)鉆孔咬合樁分先期施工和后期施工樁，先期樁和后期樁間隔設(shè)置。先期樁采用超緩凝素混凝土(素樁)，超緩凝混凝土應(yīng)進(jìn)行試配，以保證先期樁混凝土在后期樁成孔期間呈可以被挖除的狀態(tài)，以便后期樁的成孔。后期樁(葷樁)施工時(shí)挖除先期樁間的土和部分先期樁混凝土，形成與先期樁咬合的狀態(tài)，保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁間沒(méi)有滲漏水。

(5)鉆孔咬合樁后期樁施工時(shí)的混凝土強(qiáng)度在水下灌注時(shí)應(yīng)提高一級(jí)，并保證樁底沉渣不超過(guò)100 mm。鉆孔咬合樁的澆注標(biāo)高應(yīng)比設(shè)計(jì)標(biāo)高增加500 mm，澆注冠梁前，應(yīng)將樁頂浮漿鑿除清理干凈。鋼筋籠在制作、運(yùn)輸、吊裝過(guò)程中應(yīng)采用有效措施防止鋼筋籠變形。

(6)咬合樁應(yīng)采用聲波透射法檢測(cè)樁身完整性，檢測(cè)數(shù)量不少于葷樁的20 %，且不得小于10根。當(dāng)根據(jù)聲波透射法判定的樁身缺陷可能影響樁的水平承載力時(shí)，應(yīng)采用鉆芯法補(bǔ)充檢測(cè)進(jìn)行驗(yàn)證。

(7)咬合樁施工如形成冷縫時(shí)，應(yīng)記錄在冊(cè)并對(duì)已成樁外側(cè)補(bǔ)強(qiáng)防水處理，咬合排樁冷縫處理后滲透系數(shù)≤10-7cm/s。

3.3 咬合樁導(dǎo)墻關(guān)鍵技術(shù)

為提高鉆孔咬合樁孔口的定位精度并提高就位效率，在樁頂上部施作鋼筋混凝土導(dǎo)墻(圖4)，這是鉆孔咬合樁施工前必須具備的首要條件。

(1)平整場(chǎng)地：清除地表雜物，填平碾壓地下管線遷移的溝槽。

(2)測(cè)放樁位：根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑淖鴺?biāo)和外放值進(jìn)行外放(為抵消咬合樁在基坑開(kāi)挖時(shí)在外側(cè)土壓力作用下向內(nèi)位移和變形而造成的基坑結(jié)構(gòu)凈空減小變化，為了消除樁身垂直度及放樣誤差可能引起的傾斜及為主體結(jié)構(gòu)外放預(yù)留空間)，計(jì)算咬合樁中心線坐標(biāo)，采用全站儀根據(jù)地面導(dǎo)線控制點(diǎn)進(jìn)行實(shí)地放樣，并做好護(hù)樁，作為導(dǎo)墻施工的控制中線。

(3)導(dǎo)墻溝槽開(kāi)挖：在樁位放樣線符合要求后即可進(jìn)行溝槽的開(kāi)挖，采用人工開(kāi)挖施工。開(kāi)挖結(jié)束后對(duì)溝槽整平夯實(shí)，并立即將溝槽中心線引入溝槽下，以控制底模及模板施工，確保導(dǎo)墻中心線的正確無(wú)誤。

(4)鋼筋綁扎：溝槽開(kāi)挖結(jié)束后綁扎導(dǎo)墻鋼筋，經(jīng)“三檢”合格報(bào)監(jiān)理驗(yàn)收，經(jīng)驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行下道工序的施工。

(5)模板施工：模板采用自制整體鋼模(轉(zhuǎn)角處可用磚砌)，導(dǎo)墻預(yù)留定位孔模板直徑為設(shè)計(jì)樁徑擴(kuò)大20 mm。模板加固采用角鋼支撐，支撐間距不大于1 m，確保加固牢靠，嚴(yán)防跑模，并保證軸線和凈空的準(zhǔn)確?；炷凉嘧⑶跋葯z查模板的垂直度和中線以及凈距是否符合要求，經(jīng)“三檢”合格報(bào)監(jiān)理通過(guò)方可進(jìn)行混凝土澆注。

(6)混凝土澆注施工：混凝土澆注時(shí)兩邊對(duì)稱交替進(jìn)行，嚴(yán)防走模。如發(fā)生走模，應(yīng)立即停止混凝土的澆注，重新加固模板，并糾正到設(shè)計(jì)位置后方可進(jìn)行混凝土的澆注。振搗采用插入式振搗器，振搗間距為600 mm左右，防止振搗不均，同時(shí)也要防止在一邊過(guò)振而發(fā)生走?，F(xiàn)象。

(7)等導(dǎo)墻有足夠的強(qiáng)度后，拆除模板，重新定位放樣排樁中心位置，將點(diǎn)位反到導(dǎo)墻頂面上，作為鉆機(jī)定位控制點(diǎn)。

圖4 咬合樁導(dǎo)墻

3.4 咬合樁超緩凝混凝土的質(zhì)量控制

咬合樁的超緩凝混凝土?xí)r間控制是技術(shù)重點(diǎn)。

(1)提前做好超緩凝混凝土配合比，進(jìn)行試樁確定各施工參數(shù)。

(2)商品混凝土攪拌站駐場(chǎng)人員嚴(yán)格監(jiān)測(cè)混凝土配合比及外加劑的摻入量。

(3)做好混凝土施工記錄，保證各工序施工均處于可控狀態(tài)。

(4)控制素樁成孔進(jìn)度，成孔過(guò)快或過(guò)慢均有可能對(duì)葷樁混凝土質(zhì)量造成損害。

(5)素樁混凝土緩凝時(shí)間應(yīng)根據(jù)單樁成樁時(shí)間來(lái)確定，單樁成樁時(shí)間又與地質(zhì)條件、樁長(zhǎng)、樁徑和鉆機(jī)能力等直接的聯(lián)系。因此，素樁混凝土緩凝時(shí)間根據(jù)以下方法來(lái)確定：

T=3t+K

式中：T為B樁混凝土的緩凝時(shí)間(初凝時(shí)間)；K為儲(chǔ)備時(shí)間，一般取12 h；t為單樁成樁所需時(shí)間。

本例中鉆孔咬合樁所用超緩凝混凝土緩凝時(shí)間為60 h，單樁成樁時(shí)間為12 h，則T=48 h<60 h，超緩凝混凝土緩凝時(shí)間滿足施工要求。

超緩凝混凝土的施工質(zhì)量控制辦法如下：

①混凝土的初凝時(shí)間須≥60 h；

②采用C35超緩凝水下混凝土；

③每車混凝土在使用前必須由試驗(yàn)室檢查其坍落度及觀感質(zhì)量是否符合要求，坍落度超標(biāo)或觀感質(zhì)量太差的堅(jiān)決退回，絕不使用。

④每車混凝土均取一組試件，監(jiān)測(cè)其緩凝時(shí)間及坍落度損失情況，直至該樁兩側(cè)葷樁全部完成為止。如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)反饋信息，以便采取應(yīng)急措施。

⑤規(guī)范要求取試件檢查混凝土最終強(qiáng)度，混凝土最終強(qiáng)度必須滿足設(shè)計(jì)要求。

4 南京地區(qū)咬合樁適用性研究

南京地鐵迄今已運(yùn)營(yíng)7條線路，本文中對(duì)于地下車站數(shù)量較多的、地質(zhì)條件變化較為多樣性的1、2、3號(hào)線進(jìn)行咬合樁應(yīng)用情況的回顧。

(1)1號(hào)線。南京地鐵1號(hào)線一期工程(包括西延線)全線穿越低山丘陵地貌、古河道沖積平原地貌、長(zhǎng)江漫灘地貌三種地質(zhì)地貌單元。全線共設(shè)地下車站11座，南京站和鼓樓站坐落在低山丘陵地貌單元；西延線中勝站、元通站、奧體中心站等3車站坐落于河西長(zhǎng)江漫灘地貌單元；其余6座車站均坐落在古河道沖積平原地貌單元之上。1號(hào)線應(yīng)用咬合樁匯總見(jiàn)表1。

(2)2號(hào)線。根據(jù)地鐵2號(hào)線自西向東所經(jīng)地段的地形、

表1 1號(hào)線應(yīng)用咬合樁匯總

地貌及地質(zhì)特征，將沿線劃分為四個(gè)地形地貌單元：應(yīng)天路-漢中門為長(zhǎng)江江漫灘地貌單元，地勢(shì)平坦；漢中門-管家橋?yàn)槲迮_(tái)山南側(cè)崗地地貌單元，地勢(shì)略有起伏；管家橋-御道街為秦淮河古河道地貌單元，古河道呈近南北向延伸，與地鐵2號(hào)線垂直相交，地勢(shì)平坦；御道街-馬群為紫金山南側(cè)丘陵-崗地地貌單元，地面起伏較大。2號(hào)線應(yīng)用咬合樁匯總見(jiàn)表2。

表2 2號(hào)線應(yīng)用咬合樁匯總

(3)3號(hào)線。南京地鐵3號(hào)線北起江北林場(chǎng)，南至江寧秣周路，由江北至江南穿越南京市區(qū)，線路經(jīng)過(guò)地區(qū)主要由崗地、崗間谷地和長(zhǎng)江階地、漫灘及長(zhǎng)江河道、秦淮河河谷堆積平原區(qū)等地形地貌組成。長(zhǎng)江以北多為崗地，而江南則多為河谷堆積平原區(qū)。3號(hào)線應(yīng)用咬合樁匯總見(jiàn)表3。

表3 3號(hào)線應(yīng)用咬合樁匯總

根據(jù)以上回顧情況，咬合樁圍護(hù)型式在南京地鐵1、2、3號(hào)線多次使用，不論是長(zhǎng)江漫灘、秦淮河古河道，還是沖積平原、崗間坳谷地貌單元，可以說(shuō)在南京地區(qū)各種地貌單元都有應(yīng)用咬合樁的圍護(hù)型式。

綜上所述，南京地鐵應(yīng)用咬合樁圍護(hù)型式總體上是成功的，不僅安全可靠，而且經(jīng)濟(jì)合理。對(duì)于南京地鐵規(guī)劃線路的建設(shè)，具有一定的借鑒意見(jiàn)。

5 總結(jié)與建議

通過(guò)南京地鐵應(yīng)用咬合樁圍護(hù)型式的成功實(shí)踐，形成以 下幾點(diǎn)總結(jié)和建議：

(1)咬合樁與地下連續(xù)墻、鉆孔樁相比，具有功能優(yōu)勢(shì)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)、環(huán)保優(yōu)勢(shì)和工期優(yōu)勢(shì)，綜合優(yōu)勢(shì)明顯，有廣闊的市場(chǎng)前景，建議在適合的土層和環(huán)境中推廣應(yīng)用。

(2)咬合樁葷素樁相互咬合，構(gòu)成的連續(xù)樁墻是真正意義上的地下連續(xù)墻、無(wú)墻縫，剛度與止水功能兼具。

(3)建議制定南京地方規(guī)范，以指導(dǎo)設(shè)計(jì)、施工，推動(dòng)工法的廣泛應(yīng)用。

(4)咬合樁中無(wú)筋樁抗剪作用機(jī)理尚待深入研究。

[1] 郭志武,陳洪光,馮健，等. 超緩凝混凝土在咬合樁施工中的應(yīng)用[J].隧道建設(shè), 2004 , 24 (3) :32-35.

[2] 隋忠慶,于占雙. 鉆孔咬合樁施工工藝的探討[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào), 2005 ,22 (6) :70-76.

[3] 石偉國(guó),邵正俊. 鄰近地鐵的深基坑咬合樁結(jié)合內(nèi)支撐支護(hù)體系施工及監(jiān)測(cè)[J].建筑技術(shù), 2013, 44 (5): 430-434.

趙紅光(1972～)，男，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，從事軌道交通工程建設(shè)管理工作。

U231.3

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[定稿日期]2017-07-04