全回旋套管鉆機(jī)在盾構(gòu)穿越橋梁拆復(fù)建施工中的應(yīng)用

（中鐵十四局集團(tuán)大盾構(gòu)工程有限公司，江蘇 南京 211899）

0 引言

盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中，在路徑上有時(shí)會(huì)遇到既有橋梁樁基礎(chǔ)，施工中采用全回旋套管鉆機(jī)拔除樁基是近年來(lái)施工中較多采用的施工工藝。橋梁在原位復(fù)建時(shí)鉆孔灌注樁的成樁質(zhì)量是橋梁下部結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。當(dāng)盾構(gòu)在間距較小的兩樁之間穿過(guò)時(shí)，復(fù)建鉆孔灌注樁的垂直度的保證，及防止塌孔從而導(dǎo)致樁徑部分變大，同樣是樁基施工的關(guān)鍵。

1 工程概況

杭州地鐵3 號(hào)線留下～百家園路區(qū)間盾構(gòu)施工，盾構(gòu)隧道與K0+085.205處的老橋樁基沖突，需拆除老橋并進(jìn)行復(fù)建，老橋距居民樓最短距離為21m，盾構(gòu)隧道與新舊樁基位置關(guān)系如圖1。從圖1中可以看出，需拔除舊樁8 根，樁徑φ1200mm，樁長(zhǎng)19m；復(fù)建樁基8 根，樁徑φ1500mm，樁長(zhǎng)24m。復(fù)建樁基先后穿過(guò)雜填土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土、碎石夾粘性土、全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。左線盾構(gòu)隧道從兩側(cè)復(fù)建樁基樁間穿過(guò)，左線盾構(gòu)隧道輪廓外邊線距兩側(cè)復(fù)建樁基最短間距均為165cm，右線盾構(gòu)隧道從復(fù)建樁基右側(cè)通過(guò)，右線盾構(gòu)隧道輪廓外邊線距復(fù)建樁基最短間距為265cm。

圖1 盾構(gòu)隧道與新舊樁基位置關(guān)系（單位：cm）

2 施工工藝選擇

（1）舊樁拔除。傳統(tǒng)的沖擊破碎法，通過(guò)沖擊錘自上而下破碎舊樁，沖擊過(guò)程中需頻繁更換電磁鐵吸附舊樁鋼筋，操作繁瑣，施工進(jìn)度緩慢，工期時(shí)間長(zhǎng)、綜合費(fèi)用較高。此外，沖擊破碎法震動(dòng)大，極易在施工過(guò)程中發(fā)生嚴(yán)重塌孔，擾動(dòng)附近地層，易造成復(fù)建樁基施工時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重塌孔、縮孔等質(zhì)量問(wèn)題。舊樁距居民樓較近，傳統(tǒng)沖擊破碎法產(chǎn)生的震動(dòng)對(duì)居民生活和居民樓結(jié)構(gòu)造成較大影響。全回旋鉆機(jī)拔樁是利用全回旋設(shè)備將鋼套管壓入土體，在套管的保護(hù)下拔出舊樁并回填水泥土。鋼套管全過(guò)程支護(hù)孔壁，對(duì)周?chē)馏w擾動(dòng)基本可以忽略，有利于下一步盾構(gòu)推進(jìn)施工。因此，選擇全回旋套管鉆機(jī)拔除舊樁。

（2）復(fù)建鉆孔灌注樁。根據(jù)此項(xiàng)目施工經(jīng)驗(yàn)，在使用旋挖鉆成孔和傳統(tǒng)泥漿護(hù)壁施工圍護(hù)樁時(shí)，淤泥質(zhì)土地層易發(fā)生塌孔，導(dǎo)致混凝土超方量高達(dá)30%。傳統(tǒng)成孔施工工藝易造成復(fù)建樁基侵入盾構(gòu)推進(jìn)路徑，改變盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)的地質(zhì)情況，對(duì)盾構(gòu)推進(jìn)造成嚴(yán)重影響。此外，現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地狹小，而傳統(tǒng)方法中泥漿池占地面積較大，旋挖鉆機(jī)等機(jī)械設(shè)備所需場(chǎng)地較大，且不改變施工工藝也減少了進(jìn)出場(chǎng)費(fèi)用和時(shí)間。因此，復(fù)建樁基施工采用全回旋套管鉆機(jī)成孔，在全套管的保護(hù)下完成鉆孔灌注樁的鋼筋籠下放及澆筑。

3 拔除舊樁施工工藝

設(shè)備選擇一臺(tái)盾安2 臺(tái)盾安DTR2005H 全回旋套管鉆機(jī)，如圖2，一套φ 2000mm 厚度45mm 總長(zhǎng)24m 鋼套筒，相應(yīng)型號(hào)數(shù)量的液壓動(dòng)力站、操控室、反力配重、路基板及定位鋼板、沖抓斗、反力叉等。1 臺(tái)神鋼BMS1500 履帶吊，一臺(tái)徐工25 噸汽車(chē)吊，一臺(tái)小松PC200-8 挖機(jī)，18 噸單鋼輪壓路機(jī)。

圖2 全回旋套管鉆機(jī)

拔樁施工流程如下：

（1）平整場(chǎng)地：在施工前，整平并分層壓實(shí)施工場(chǎng)地，下層40cm 鋪筑建筑垃圾，用18 噸單鋼輪壓路機(jī)壓實(shí)，上層30cm 鋪筑中粗碎石，碾壓密實(shí)，使地基承載力需滿足鉆機(jī)在施工中的穩(wěn)定性要求，避免全回旋鉆機(jī)的反力造成基礎(chǔ)不均勻沉降，影響套筒垂直度。

（2）測(cè)量放線：采用全站儀將舊樁位放樣，現(xiàn)場(chǎng)按設(shè)計(jì)圖紙定出樁位，并做好保護(hù)。

（3）全回旋鉆機(jī)就位：使定位板十字線中心和樁位中心線重合，將全回旋鉆機(jī)移機(jī)就位，插入鋼套管。

（4）鋼套管鉆進(jìn)及拔樁：由全回旋鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)φ2000mm 的鋼套筒旋轉(zhuǎn)切削舊樁基周邊的土體，將舊樁與周?chē)馏w分離，減少樁在土層中的摩擦力。首節(jié)鋼套管底端安裝有鈦合金刀頭可以切割土體或巖石，兩節(jié)套管之間采用螺栓套疊式連接，如圖3，連接第二節(jié)套管后，繼續(xù)壓入套管至舊樁樁底以下2m。在鋼套筒逐步下壓的同時(shí)，用沖抓斗不斷地抓出舊樁混凝土碎塊，漏出樁頭鋼筋，將吊索與樁頭鋼筋連接牢固，然后將舊樁整體或分段拔出。

（5）回填樁孔：將提前拌制好的摻量10%的水泥土分層填入樁孔并壓實(shí)，盾構(gòu)施工時(shí)注漿壓力較大，防止?jié){液沿切土面上升進(jìn)入河流。每次將水泥土填入套管中約50cm 高度，然后將套筒提升40cm，再用重錘錘擊壓實(shí)，重錘自由落體高度控制在1m 左右，壓實(shí)后再次填水泥土，如此反復(fù)，回填直至地面標(biāo)高。

圖3 鋼套管和沖抓斗

圖4 鋼套筒連接

圖5 分段拔出舊樁

4 盾構(gòu)下穿橋梁復(fù)建樁基施工工藝

復(fù)建樁基施工所采用的設(shè)備與拔樁時(shí)大致相同，只需再進(jìn)場(chǎng)一套φ 1500mm 厚度45mm 總長(zhǎng)27m 的鋼套筒。施工工藝流程：平整場(chǎng)地→測(cè)量放線→全回旋鉆機(jī)就位→測(cè)量鋼套筒垂直度→鋼套筒鉆進(jìn)并取土→鋼套筒壓到設(shè)計(jì)標(biāo)高并取土至樁底→鋼筋籠的制作安裝→導(dǎo)管安裝→灌注混凝土。復(fù)建樁基成孔過(guò)程與舊樁拔除相似，鋼筋下放和混凝土澆筑和傳統(tǒng)灌注樁相同，由于涉及盾構(gòu)穿過(guò)，重點(diǎn)制定了以下幾項(xiàng)施工質(zhì)量保證措施：

（1）成孔垂直度保證措施。施工過(guò)程中需著重控制的是樁位的準(zhǔn)確度和鋼護(hù)筒的垂直度，若發(fā)生較大偏差，可能導(dǎo)致樁位在盾構(gòu)穿越路徑上，對(duì)盾構(gòu)推進(jìn)造成非常不利影響，喪失了橋梁拆復(fù)建的意義?，F(xiàn)場(chǎng)施工采用如下方式綜合控制鋼套筒垂直度：①保證施工場(chǎng)地承載力，避免鋼套筒鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)展不均勻沉降，并且保證場(chǎng)地的平整度；②垂直度監(jiān)測(cè)人員用兩臺(tái)全站儀從兩個(gè)相互垂直方向進(jìn)行觀測(cè)，通過(guò)調(diào)整全回旋鉆機(jī)的油缸讓套管垂直，第1-2 節(jié)套管壓入的垂直度對(duì)整個(gè)樁孔垂直度起著決定性作用，前兩節(jié)套管的垂直度偏差必須小于3‰。5m 以內(nèi)垂直度偏差超標(biāo)可用全回旋鉆機(jī)油缸直接糾偏，超過(guò)10m 垂直度偏差超標(biāo)起拔套管回填土后重新開(kāi)鉆。③每節(jié)鋼套筒連接和下壓時(shí)，用水平尺檢查其垂直度；④利用吊線錘遠(yuǎn)處觀測(cè)鋼套筒的整體垂直度。利用以上控制方法，確保成孔垂直度偏差不大于1%。

圖6、7、8 垂直度控制措施

（2）鋼筋籠質(zhì)量保證措施。成孔完成后，吊放鋼筋籠之前需提前計(jì)算好鋼套筒頂至籠底的高差，確定吊筋長(zhǎng)度，避免籠頭位置產(chǎn)生偏差，還需將吊筋固定在鋼套筒上，防止鋼筋籠上浮。聲測(cè)管的連接采用液壓連接，要保證聲測(cè)管內(nèi)的順直暢通。聲測(cè)管安裝好后，要灌滿清水，管口木塞牢靠，防止水泥漿漏到聲測(cè)管中。

（3）混凝土澆筑質(zhì)量保證措施。導(dǎo)管選用5mm 厚無(wú)縫鋼管，內(nèi)徑290mm，底節(jié)尺寸定為3.5m，標(biāo)準(zhǔn)段每節(jié)3.0m，另有0.5m～1.0m 長(zhǎng)的輔助節(jié)。接頭采用快速螺旋接頭并設(shè)置導(dǎo)向裝置，防止掛住鋼筋籠。采用泵車(chē)澆筑混凝土，混凝土坍落度控制在180±20，邊澆筑邊緩慢拔出鋼套筒，隨著套筒的拔出，使混凝土易擴(kuò)充至套筒外徑，保證了樁徑尺寸?；炷脸跄龝r(shí)間不小于4 小時(shí)，防止在拔出鋼套筒的過(guò)程中初凝而導(dǎo)致護(hù)筒無(wú)法拔出。在混凝土澆筑過(guò)程中，要勤測(cè)混凝土面深度，導(dǎo)管埋入混凝土內(nèi)的深度控制在2～6m，混凝土灌注過(guò)程應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，不得中斷，澆筑至在樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以上一倍樁徑。

圖9 鋼筋籠下放

圖10 混凝土澆筑及拔出鋼套筒

5 結(jié)語(yǔ)

此橋梁完工并啟用后，在盾構(gòu)穿過(guò)復(fù)建橋樁時(shí)，河面無(wú)漿液冒出，施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，樁基、橋面及周邊地表和居民樓沉降數(shù)值在規(guī)定范圍以內(nèi)，復(fù)建橋梁及樁基質(zhì)量良好，盾構(gòu)順利穿越。

通過(guò)該工程的實(shí)際運(yùn)用，得出如下幾個(gè)結(jié)論：

（1）全回旋鉆機(jī)拔樁施工在離建筑物較近的情況下能夠安全的使用，對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境影響較小。

（2）鋼套管下壓、拔除舊樁、樁基成孔等過(guò)程對(duì)土體擾動(dòng)很小，可以忽略不計(jì)。

（3）避免了旋挖灌注樁在成孔過(guò)程中經(jīng)常遇到的孔壁坍塌、卡鉆、斜樁、掉鉆等孔內(nèi)事故風(fēng)險(xiǎn)。

（4）在工期保證、人工節(jié)約、混凝土原材節(jié)約等多個(gè)方面都能做到很好的控制。

綜上所述，全回旋套管鉆機(jī)適用于在地鐵等周邊環(huán)境復(fù)雜的情況下拔樁及成樁施工，能解決特殊場(chǎng)地、特殊工況下的鉆孔灌注樁施工問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了全套管護(hù)壁的高效優(yōu)質(zhì)拔樁和成樁，值得在類似工程中推廣和應(yīng)用。