賀 磊
(中鐵東方國際集團(tuán)有限公司,北京 100071)
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城市基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展越來越快。特別是在大城市,由于時(shí)間與空間的交叉,鄰近地下建筑物的價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益日益凸現(xiàn),日趨形成“高建筑而窄間距”,即地下結(jié)構(gòu)與地下結(jié)構(gòu)周邊建筑之間的間距越來越小,最終導(dǎo)致相互之間由于不均勻沉降、不同受力而受到影響。
馬來西亞吉隆坡修建DUKE 高速公路跨越吉隆坡市區(qū)。由于吉隆坡發(fā)展較早,上部和地下的很多建筑均有幾十年的歷史。工程為DUKE 高速公路第三標(biāo)段,位于吉隆坡市區(qū)DESA PANDAN,全長約2.5km,該項(xiàng)目樁基礎(chǔ)有160 根,樁徑有2500mm、2000mm、1800mm、1500mm、1350mm,樁基的混凝土強(qiáng)度為G40,其中樁徑2500mm 和2000mm 均為單樁基礎(chǔ),其余為群樁基礎(chǔ)。整個(gè)樁基工程的側(cè)面均有SMART 地下隧道,樁邊距離隧道邊的距離基本在3 ~8m。
地質(zhì)情況如下:(1)0 ~0.5m 為路面結(jié)構(gòu)層;(2)5 ~30m 為松散的沙層,褐色,黑色,含少量腐爛的植物;(3)30m 以下是石灰?guī)r,白色,灰色,紅色均有,斜巖、有夾層、溶洞均有,巖石強(qiáng)度不一,地質(zhì)情況比較復(fù)雜。
為了避免高速公路的樁基在施工期間及后期高架橋運(yùn)營時(shí)對SMART 隧道結(jié)構(gòu)造成破壞,需要采取措施避免施工期間和后期運(yùn)營時(shí)對隧道的影響。
(1)振動(dòng)錘下護(hù)筒的方式:原理上可以做到樁基孔壁的防護(hù),避免在復(fù)雜地質(zhì)情況下,樁孔坍塌對隧道及地面的影響;但此項(xiàng)目離隧道很近,周圍都是高層建筑物,避免對既有結(jié)構(gòu)的影響,不能采用此種工藝。
(2)雙鋼筒的保障措施:第一層臨時(shí)鋼護(hù)筒用于施工防護(hù)上,內(nèi)部第二層永久鋼護(hù)筒用于減少高架橋運(yùn)營時(shí)對隧道的震動(dòng)影響上;但外護(hù)筒下沉的方式就現(xiàn)場的條件很難做到,內(nèi)護(hù)筒的施工難度很大,質(zhì)量也無法保證,施工成本巨大。
(3)其他注漿方式及加固措施:均不能達(dá)到業(yè)主對質(zhì)量的要求及風(fēng)險(xiǎn)控制的要求。
綜合現(xiàn)場的具體條件、要求、工藝的實(shí)現(xiàn)性及成本考慮,選擇在樁基礎(chǔ)和SMART 隧道之間增加了一排隔離樁,通過隔離樁來隔離施工時(shí)巖石產(chǎn)生的振動(dòng),施工時(shí)避免樁孔坍塌對隧道的影響及運(yùn)營時(shí)正式樁基產(chǎn)生的振動(dòng),從而保護(hù)既有的SMART 隧道的安全。
考慮到樁邊與隧道外壁的間距,該項(xiàng)目的隔離樁主要采用直徑300mm 微型排樁和880mm 的咬合樁。隔離樁的深度一般到達(dá)隧道的中間標(biāo)高,該項(xiàng)目隔離樁的深度約22m。隔離樁距離正式樁間距1.5m。隔離樁均為素樁,灌注1 ∶36 的砂漿,保證灌注的砂漿不凝固也不松散。
由于隔離樁是排樁,施工時(shí)要間隔施工。為了減少振動(dòng),設(shè)備采用振動(dòng)較小的微型樁機(jī)施工。
根據(jù)正式樁距隧道邊距離,將隔離樁的施工分為3種類型,如表1 所示。對于1 型樁,在正式樁和隧道之間將打300mm 微型排樁;對于2 型,在正式樁和隧道之間將打880mm 的咬合樁墻,如圖1 所示。對于3 型,樁外表面到隧道外表面的距離大于8m,不用打隔離樁。
表1 隔離樁類型選擇
圖1 1 型及2 型隔離樁施工布置示意圖
(1)1 型微型排樁施工:300mm 微型排樁采用多功能鉆機(jī)施工,該項(xiàng)目采用的XCMG 150Z 型多功能鉆機(jī),配備三枚壓輪鉆頭切巖。外套管采用300mm 的鋼管,通過絲牙連接,為保證樁徑,套管跟著鉆頭一直到底。施工過程中,配備22kW 的高壓水泵從鉆桿內(nèi)注水,帶出鉆孔過程中的渣土。到設(shè)計(jì)孔深后,直接灌注1 ∶36的砂漿。灌注完成后,拔出套管。
(2)2 型咬合樁施工:880mm 咬合樁采用全套管旋挖鉆施工,該項(xiàng)目采用的XCMG 400E 鋼絲繩加壓型旋挖鉆機(jī),配備花管驅(qū)動(dòng),截齒撈沙鉆頭,筒鉆,套管。旋挖鉆機(jī)配上花管驅(qū)動(dòng)下護(hù)筒,護(hù)筒采用螺栓連接。下到設(shè)計(jì)的深度后,旋挖鉆機(jī)取出渣土和巖石,然后通過導(dǎo)管灌注1 ∶36 的砂漿。灌注完成后,拔出套管。
根據(jù)施工方案要求,隔離樁的寬度大于正式樁的樁徑600mm。以1350mm 的樁為例子,需要做7 根樁徑300mm 的微型排樁或者2 根880mm 的咬合樁。
300mm 微型排樁施工時(shí),隔樁跳打施工,即先施工1 號、3 號、5 號、7 號樁,再反過來做2 號、4 號、6 號微型排樁。由于是全套管,使用清水鉆孔即可滿足要求。
880mm 咬合樁施工時(shí),2 根樁咬合20cm,全套管跟進(jìn)至樁底。由于樁徑較大,需要出土車配合出土。該項(xiàng)目施工時(shí),地下水位豐富,到巖面時(shí),孔內(nèi)已經(jīng)有地下水,故不用往孔內(nèi)加水。
主要施工流程如下:平整場地→測設(shè)樁位→設(shè)備就位對中→吊安第一節(jié)底節(jié)套管→控測垂直度和偏位→壓入第一節(jié)套管→校核偏位和垂直度→取土,套管跟進(jìn)→測量孔深→清除虛土,檢查孔深→驗(yàn)孔→放入混凝導(dǎo)管→灌注混凝土逐次拔套管,拔導(dǎo)管→測定樁頂混凝土面→設(shè)備移位。
(1)成孔質(zhì)量控制。因?yàn)槌煽卓讖揭蟛恍∮谠O(shè)計(jì)孔徑,所以要求全套管跟進(jìn)。在鉆進(jìn)過程中,時(shí)刻檢查套管的垂直度,保證成孔的垂直度。
(2)砂漿質(zhì)量控制。由于每個(gè)孔的方量較少,砂漿均為現(xiàn)場攪拌,攪拌時(shí),沙子和水泥的量必須按照配合比攪拌。水泥過多會(huì)導(dǎo)致砂漿凝固,隔離效果減弱;水泥少,砂漿中的沙子會(huì)比較松散,對鉆孔樁施工有一定影響。
(1)地下管線的探測。該項(xiàng)目處在繁榮的商業(yè)區(qū)和密度很大的住宅區(qū),地下管線繁多、布置復(fù)雜,在施工開挖的過程中,必須注意不能損壞相關(guān)的管線,避免對社會(huì)的影響,相關(guān)措施如下:①查看原始的管線布置圖,在開挖過程中監(jiān)控,到達(dá)管線50cm 的距離,采取人工開挖,避免設(shè)備工作幅度大,對管線有影響;②對施工作業(yè)區(qū),按照地下管線探測要求,分層探測,確保安全;③成立應(yīng)急小組,避免出現(xiàn)問題,并對出現(xiàn)的問題在最小影響范圍內(nèi)進(jìn)行及時(shí)解決。
(2)既有建筑物的監(jiān)測。施工應(yīng)減少對隧道及周圍建筑物的影響,因此監(jiān)測既有建筑物的狀態(tài),也是本項(xiàng)目的一項(xiàng)重點(diǎn)工作,措施如下:①按照業(yè)主圖紙進(jìn)行相關(guān)監(jiān)測點(diǎn)的布置工作,定期進(jìn)行相關(guān)布置點(diǎn)的監(jiān)測工作,并在業(yè)主的監(jiān)測要求頻率上,加大監(jiān)測的頻率;②在一些離建筑物比較近的地區(qū),加大監(jiān)測點(diǎn)的布置密度,并加大監(jiān)測范圍,確保整體得到把控;③確?,F(xiàn)場24h,對地表、現(xiàn)場等風(fēng)險(xiǎn)較大的區(qū)域的觀測。
(3)套管的拔出工作。施工中的難點(diǎn)主要是套管的拔出,因?yàn)樘坠苋霂r后,有可能被巖石卡住,也有可能是鉆渣落在套管和巖石中間抱死了套管。300mm 的微型樁在套管入巖時(shí)上下反復(fù)提升幾次,減少卡住的概率。同時(shí)現(xiàn)場配備小型振動(dòng)錘,防止套管拔不出來。880mm的咬合樁,在施工過程中,全套管施工需要工序連續(xù),在深度較深時(shí),施工若有中斷,每隔30min 需要轉(zhuǎn)動(dòng)套管一次,減少套管抱死的風(fēng)險(xiǎn);現(xiàn)場配備拔管機(jī),避免旋挖鉆轉(zhuǎn)不動(dòng)不了套管時(shí),拔套管強(qiáng)大的扭矩,可以將套管拔出。
(4)咬合樁全套管長度的合理配置。因旋挖鉆機(jī)設(shè)備的提升高度有限,需要在套管的配置的時(shí)候進(jìn)行合理的配置,一般以1m、3m、6m、8m 各種長度的套管配置為宜。
(5)取土速率的控制。不管微型樁施工還是全套管咬合樁的施工,取土速率的控制非常關(guān)鍵,確保套管底口超出取土面1m 以上,避免超挖造成孔壁坍塌。
如圖2 所示,顯示了三維有限元模型,顯示了樁,隔離墻,隧道和連續(xù)體。在施加力時(shí)樁和周圍環(huán)境的沉降如圖3 和圖4 所示。樁的估計(jì)沉降為5mm。經(jīng)過三維有限元分析,采用在樁與隧道間施工微型樁或排樁的方法,如圖5 所示,由于樁的荷載和位移而引起的隧道附加應(yīng)力及應(yīng)變較小,可忽略不計(jì)。
圖2 三維有限元模型
圖3 沉降模型分析
該項(xiàng)目使用隔離樁的施工方法,有效控制了樁基施工對周圍既有建筑物的影響。目前該項(xiàng)目的樁基工程已經(jīng)全部完成,根據(jù)地面沉降觀測以及相關(guān)監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)控,未發(fā)現(xiàn)隧道有超過設(shè)計(jì)外的變形和位移,周圍既有建筑物也未有超出控制控制外的影響,施工完的結(jié)果與施工計(jì)算模型的結(jié)論基本一致。
圖4 沉降模型分析
圖5 隧道撓度分析
類似標(biāo)段類似條件下,采取其他注漿加固、雙護(hù)筒的工藝等,施工速度、施工成本和施工效果上,都沒有此種工藝的優(yōu)勢。相比其他工藝,在注漿加固上節(jié)省2個(gè)月工期。該項(xiàng)目合同額6000 萬人民幣,施工本工藝與雙護(hù)筒的施工工藝上,節(jié)省成本600 萬人民幣,新工藝的使用及施工完的結(jié)果,受到了業(yè)主及其他相關(guān)單位的高度贊譽(yù)。
此種工藝方法,驗(yàn)證了隔離樁在保護(hù)隧道及隧道周圍建筑的效果,其應(yīng)用具有良好的前景。對于以后一些特殊地形、特殊地質(zhì)條件,對施工要求高的一些項(xiàng)目具有一定的借鑒意義。