復(fù)合式防護(hù)快速成孔技術(shù)在臨近地鐵樁基施工中的應(yīng)用

陳震 中國(guó)鐵建港航局集團(tuán)有限公司第一工程分公司

1.工程概況

廣州新白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)第二高速公路北段工程SG08標(biāo)管段長(zhǎng)3.437km，與運(yùn)營(yíng)中的地鐵3號(hào)線北延段隧道及G106國(guó)道共線，主線橋部分樁基距地鐵隧道距離較近，理論最小凈距僅為2.25m，位于地下工程（車站、隧道等）結(jié)構(gòu)外邊線5m內(nèi)特別保護(hù)區(qū)。

臨近地鐵樁基穿過砂層、淤泥層，并且層厚較厚，處理難度大，地質(zhì)極不穩(wěn)定，較容易出現(xiàn)塌孔，縮頸等特殊地質(zhì)情況，對(duì)工程質(zhì)量及地鐵結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生影響，因此需要特別處理。結(jié)合本項(xiàng)目樁基實(shí)際地質(zhì)情況及樁基施工經(jīng)驗(yàn)等綜合考慮，在臨近地鐵0～5m內(nèi)采用水泥攪拌樁進(jìn)行地質(zhì)處理，永久鋼護(hù)筒和濃泥漿進(jìn)行防護(hù)，旋挖鉆施工。

2.設(shè)計(jì)原理

2.1 水泥攪拌樁防護(hù)

水泥攪拌樁的作用主要是在開孔階段和鉆機(jī)鉆進(jìn)初期對(duì)覆蓋層的加固防護(hù)作用，由于攪拌樁作用為穩(wěn)定土體可不參考相互咬合，沿樁基周圍布置。樁長(zhǎng)要求打穿淤泥層，樁端達(dá)到強(qiáng)風(fēng)化泥巖。

2.2 永久鋼護(hù)筒防護(hù)

首先進(jìn)行鋼護(hù)筒準(zhǔn)備工作，在加工廠或施工現(xiàn)場(chǎng)按設(shè)計(jì)長(zhǎng)度制作整條鋼護(hù)筒，并在鋼護(hù)筒頂端割出安裝吊孔，以便在安裝時(shí)快速完成。

開孔完成后，鉆機(jī)調(diào)整鉆頭直徑，比永久鋼護(hù)筒直徑大5cm，在原孔位對(duì)中調(diào)整豎直后繼續(xù)鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過程中要求勻速緩慢鉆進(jìn)，避免產(chǎn)生過大振動(dòng)影響地鐵結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員實(shí)時(shí)掌握鉆進(jìn)深度，當(dāng)孔深達(dá)到地鐵結(jié)構(gòu)以下5m位置標(biāo)高時(shí)，停止鉆進(jìn)，開始吊裝永久鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒采用吊車埋設(shè)，吊點(diǎn)設(shè)在護(hù)筒對(duì)稱位置，埋設(shè)過程中應(yīng)保持鋼護(hù)筒中心與引孔孔位中心保持一致，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼護(hù)筒的垂直度及平面位置偏差，出現(xiàn)偏差及時(shí)修正。

2.3 泥漿護(hù)壁

本工程地質(zhì)情況穿過砂層、淤泥層，并且砂層、淤泥層層厚較厚，應(yīng)特別處理，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地址情況隨時(shí)調(diào)整泥漿指標(biāo)，保證泥漿性能，泥漿濃度控制在1.1～1.3范圍內(nèi)。對(duì)泥漿的使用需求量大，通過建立泥漿處理中心，實(shí)現(xiàn)泥漿循環(huán)利用，既節(jié)約了材料成本，又能較好地保護(hù)環(huán)境。引孔施工時(shí)，由于無護(hù)筒護(hù)壁且鉆入深度較大，需配置高濃度泥漿護(hù)壁，快速完成該工序并及時(shí)安裝鋼護(hù)筒。鋼護(hù)筒安裝完成后可考慮適當(dāng)減小泥漿濃度、減小泥漿用量。

3.設(shè)計(jì)施工參數(shù)

3.1 水泥攪拌樁防護(hù)施工參數(shù)

水泥攪拌樁處理深度應(yīng)根據(jù)樁基地質(zhì)勘探資料現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，原則上貫穿砂層，并進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖層2m，本工程暫定18m。采用單排φ50cm深層水泥攪拌樁，由于攪拌樁作用為穩(wěn)定土體可不參考相互咬合，也可以設(shè)計(jì)作5～10cm，本段采用樁間互相咬合10cm。要求攪拌樁施工樁位偏差≤30cm，垂直度偏差≤1/150。水泥攪拌樁采用二噴四攪工藝施工，樁徑500mm，材料采用42.5級(jí)普通碳酸鹽水泥，每米摻灰量75kg，水灰比0.45～0.55，高效減水效0.5%，噴漿壓力≥0.5MPa。要求水泥土攪拌樁齡期≥28d且無側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥1MPa后方可施工樁基。

3.2 永久鋼護(hù)筒

設(shè)計(jì)樁基位于既有廣州地鐵3號(hào)線兩線之間，理論最小凈距為2.25m，覆蓋層處理漏斗狀，屬于極不穩(wěn)定狀態(tài)。初期鉆進(jìn)時(shí)有水泥攪拌樁及濃泥漿防護(hù)，但在清孔后下鋼筋以及樁基混凝土灌筑期，由于時(shí)間較長(zhǎng)，且有地鐵運(yùn)行的振動(dòng)和國(guó)道G106上大型貨車振動(dòng)，可能會(huì)造成土體松散而坍方，所以設(shè)計(jì)鋼護(hù)筒防護(hù)。鋼護(hù)筒施工過程不能強(qiáng)力振動(dòng)，選用傳統(tǒng)自進(jìn)式或者靜壓式，自進(jìn)式成本較高，靜壓式會(huì)地鐵盾構(gòu)造成影響，所以在鉆進(jìn)后安裝鋼護(hù)筒更為便捷。

3.3 泥漿護(hù)壁施工參數(shù)

應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)情況，隨時(shí)調(diào)整泥漿指標(biāo)，保證泥漿的各項(xiàng)性能符合規(guī)范要求。在實(shí)施過程中，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)具體情況，對(duì)不同土層應(yīng)合理地控制相應(yīng)的泥漿指標(biāo)。泥漿性能參數(shù)如表1。

表1 泥漿性能參數(shù)表

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)設(shè)置泥漿沉淀池及儲(chǔ)漿池，一般為鉆孔容積的1.5～2.0倍，泥漿池底部及四周應(yīng)采取封閉措施，防止泥漿外溢污染環(huán)境。

4.主要施工工藝流程及方法

4.1 測(cè)量放樣

測(cè)量人員提前對(duì)隧道結(jié)構(gòu)外邊線進(jìn)行勘測(cè)，并繪制邊界圖，標(biāo)注臨近樁基地鐵外邊線坐標(biāo)，便于對(duì)樁基位置確定后，同時(shí)對(duì)臨近地鐵外邊線在國(guó)道路面上進(jìn)行放樣，確定樁基和地鐵外邊線平面位置關(guān)系。

復(fù)核測(cè)量控制點(diǎn)并符合要求后，進(jìn)入隧道內(nèi)復(fù)測(cè)隧道的平面位置，再將地鐵隧道平面位置放樣至路面上。然后測(cè)放出各樁樁位，樁機(jī)就位。施工前應(yīng)根據(jù)測(cè)量控制網(wǎng)定出各樁位中心點(diǎn)。雙向控制定位后埋設(shè)鋼護(hù)筒并固定，以雙向十字線為中心控制樁基及鋼護(hù)筒偏位。開鉆前必須校核鉆頭的中心是否與樁位中心重合。

4.2 鉆進(jìn)

為盡量減小施工過程對(duì)周圍土體及地鐵結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)，鋼護(hù)筒吊裝施工選用50t汽車吊，鉆孔施工選用旋挖鉆機(jī)。依托工程主線橋樁徑最大2.8m，樁長(zhǎng)約為40m，采用300kW、360kW兩種型號(hào)旋挖機(jī)施工。

4.3 終孔及清孔

孔深及沉渣厚度檢測(cè)：成孔后，對(duì)比旋挖鉆顯示界面的鉆孔深度L1及測(cè)繩測(cè)量孔深L2，若L2＜L1，即可更換清底鉆頭進(jìn)行清底，并重新測(cè)定孔深。待終孔驗(yàn)收合格后，立即進(jìn)行清孔。

采用泵吸反循環(huán)方法進(jìn)行清孔，直至孔底泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)及沉渣厚度符合規(guī)范要求。孔底50cm以內(nèi)泥漿比重控制在1.03～1.1、粘度為17～20s、含砂率＜2%。清孔時(shí)應(yīng)時(shí)刻注意保持孔內(nèi)水位，保證孔內(nèi)泥漿壓力。清孔應(yīng)分兩次進(jìn)行，一次清孔在鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)深度且驗(yàn)孔合格后進(jìn)行，二次清孔必須滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求后才可下放鋼筋籠。

4.4 鋼筋籠加工及安放

吊裝施工時(shí)每節(jié)鋼筋籠宜采用多點(diǎn)起吊，減小因吊裝導(dǎo)致的變形。吊裝角度應(yīng)嚴(yán)格控制，吊臂與吊繩夾角應(yīng)采用小角度，減小水平分離。鋼筋籠頂端吊點(diǎn)必須采用專用吊具進(jìn)行吊裝，其根部吊點(diǎn)采用兩根吊繩進(jìn)行吊裝。起吊時(shí)先起吊頂部吊點(diǎn)，再起吊根部吊點(diǎn)，使鋼筋籠平臥變?yōu)樾钡?，待鋼筋籠根部完全離開地面時(shí)，頂端吊點(diǎn)迅速起吊至90°后，方可拆除根部吊點(diǎn)，垂直將鋼筋籠吊放入孔并安裝。

由于樁基位置特殊，下方位于地鐵盾構(gòu)結(jié)構(gòu)之間，上方在行車道中間，行車道與地鐵線共線，作業(yè)面有限，吊裝作業(yè)需考慮到對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)的影響，吊裝位置應(yīng)盡量避免在地鐵上方，減小對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)的壓力。位置有限無法進(jìn)行正常作業(yè)必須在結(jié)構(gòu)上方吊裝時(shí)，采取措施防止吊機(jī)支腿對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)的集中壓力，采用20mm厚鋼板墊汽車吊支腿下，用于分散支腿壓力，并且防止損壞瀝青路面面層。

4.5 灌注水下砼

鋼筋籠安裝完成且驗(yàn)收合格后應(yīng)及時(shí)檢查孔底沉渣厚度，滿足要求后應(yīng)及時(shí)灌注混凝土，防止等待時(shí)間過長(zhǎng)造成塌孔。

5.結(jié)束語

基于上述分析，結(jié)合該防護(hù)措施在國(guó)道高架并臨近地鐵的樁基施工中成功的運(yùn)用，可為類似工程提供參考，此外，運(yùn)用該技術(shù)進(jìn)行施工需注意以下幾點(diǎn)：（1）將地鐵隧道平面放樣至路面上，為施工機(jī)械的布置提供指導(dǎo)，可提高樁基施工對(duì)地鐵和國(guó)道的保護(hù)。（2）樁基周圍增加水泥攪拌樁施工，可保證樁基鉆進(jìn)初期其周圍土體穩(wěn)定，大幅減小對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)。（3）距離地鐵較近樁基周圍易埸孔地層采用水泥攪拌樁結(jié)合永久鋼護(hù)筒和濃泥漿護(hù)壁三重防護(hù)快速成孔技術(shù)，40m長(zhǎng)φ2.5m樁基初期鉆進(jìn)及下鋼護(hù)筒至成孔時(shí)間約為8h，能起到較好的防護(hù)作用，能夠確保施工質(zhì)量與安全。