緊鄰既有建筑物低凈空全葷樁咬合樁施工技術(shù)

石 龍，周 浩，凌 濤，龍根望

(1.中鐵五局集團貴州工程有限公司，貴州 貴陽 550003；2.中鐵五局集團有限公司，湖南 長沙 410000； 3.中鐵五局集團第一工程有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410117)

隨著我國近幾年城市軌道交通的高速發(fā)展，新建和規(guī)劃的線路往往會與既有線交叉相匯并逐步構(gòu)建成網(wǎng)絡(luò)，將城市的各個區(qū)域串聯(lián)。因交通功能要求，新建地鐵車站往往處在人流量大，周邊建筑物繁多、環(huán)境復(fù)雜的地點，這就使得緊鄰建筑物的地鐵車站施工漸漸成為常態(tài)，伴隨而來的是施工難度和安全風(fēng)險的陡增。為了增大圍護結(jié)構(gòu)的剛度和整體性，有效控制緊鄰建筑物的變形，上海市軌道交通楊浦線(m8)虹口足球場站[1]和寧波市軌道交通2號線一期工程柳汀站[2]通過采用的全回轉(zhuǎn)鉆機加超緩凝混凝土的組合施工得到了大剛度整體性優(yōu)良的全葷咬合圍護樁[3]。針對低凈空施工條件，全回轉(zhuǎn)鉆機本身高度就低，切削排土設(shè)備可選用短臂旋挖鉆[4]和低凈空沖抓斗。低凈空條件也導(dǎo)致孔樁鋼筋籠吊裝長度受限，對接次數(shù)增多，垂直要求變高。針對該方面鄭州市至鞏義市域鐵路市政配套工程商業(yè)街站[5]采用雙倍絲機械連接的施工方法，取得了較好的效果。本文將結(jié)合大運城市綜合交通樞紐的實際施工對緊鄰建筑物低凈空環(huán)境下全葷樁咬合樁施工技術(shù)進行闡述。

1 工程概況

大運城市綜合交通樞紐工程沿龍崗大道西側(cè)呈南北向布置，臨近既有地鐵3號線大運站，新建14號、16號線大運站為地下3層雙島四線車站同臺同向換乘車站，并與既有3號線、規(guī)劃深大城際換乘，如圖1所示。

大運樞紐站基坑?xùn)|側(cè)圍護結(jié)構(gòu)緊鄰既有3號線，該區(qū)域最小凈空為6 m(緊鄰既有大運站位置)，圍護結(jié)構(gòu)與既有3號線樁基最小間距為2.1 m，如圖2所示。

工程項目穿越地層主要為：小里程施工區(qū)域地層從上至下依次為人工填土、粉質(zhì)黏土、全風(fēng)化砂巖，基底位于粉質(zhì)黏土和全風(fēng)化砂巖中；中部施工區(qū)域地層從上至下依次為人工填土、強風(fēng)化砂巖(土狀)、強風(fēng)化砂巖(塊狀)、中風(fēng)化砂巖；大里程施工區(qū)域地層從上至下依次為人工填土、粉質(zhì)黏土、強風(fēng)化砂巖(土狀)、強風(fēng)化砂巖(塊狀)、中風(fēng)化砂巖。

地下水主要有兩種類型：一是松散巖類孔隙水，主要賦存于第四系松散地層中；二是基巖裂隙(構(gòu)造裂隙)水，主要賦存于塊狀的強風(fēng)化、中風(fēng)化帶及斷裂構(gòu)造裂隙中，略具承壓性。

2 全葷樁咬合樁施工技術(shù)

2.1 施工原理

在緊鄰建(構(gòu))筑物的低凈空和地層松散的地層條件下，先行對地層進行注漿加固，降低地面標(biāo)高，滿足開鉆要求后，使用全套管全回旋鉆機將套管分節(jié)壓入地層用于護壁；再使用短臂旋挖鉆或低凈空沖抓斗切削取土，反復(fù)循環(huán)以上兩個步驟開挖至設(shè)計樁底高程；最后分節(jié)安裝鋼筋籠，澆筑混凝土成樁。圍護樁鋼筋籠分為兩類：方形鋼筋籠(Ⅰ序樁)和圓形鋼筋籠(Ⅱ序樁)，通過兩者的交叉間隔排列布置形成全葷樁咬合結(jié)構(gòu)(硬咬合)，其中Ⅰ序樁樁身混凝土采用超緩凝混凝土，如圖3所示。

2.2 施工技術(shù)要點

2.2.1 注漿加固

咬合樁施工前，先行對鄰近既有3號線側(cè)的土體注漿加固。承臺和樁基區(qū)域分3排注漿管，最外側(cè)為單排φ108 mm鋼花管，注漿范圍為承臺底到樁底下3 m，間距1.5 m，距承臺邊1.2 m；內(nèi)側(cè)兩排均為φ48 mm袖閥管，其中內(nèi)排(靠近承臺)注漿范圍為承臺底至樁底，間距1.5 m，距承臺邊0.2 m；外排注漿范圍為承臺底至強風(fēng)化巖下1 m，間距1.5 m，距承臺邊0.7 m；墩間區(qū)域分兩排注漿管，均為φ108 mm鋼花管，間距1.5 m，距承臺邊0.7 m,1.2 m，注漿范圍為地面下6 m。注漿漿液為水泥漿，水灰比(質(zhì)量比)均為水∶灰=1∶(0.6～1)，鋼花管注漿壓力為0.1 MPa～0.3 MPa，袖閥管為0.4 MPa～1.5 MPa。

2.2.2 地面標(biāo)高降低工程的開挖及支護

由于最小凈空只有6 m，無法滿足現(xiàn)有的短臂旋挖鉆和低凈空沖抓斗施工要求。且因吊裝限制的最大鋼筋籠長度僅有0.8 m，分節(jié)過短，導(dǎo)致吊裝和連接次數(shù)過多，不利于連接質(zhì)量和垂直度的控制，且施工效率低下。遂由中間向兩端分層分臺階開挖3 m,每層厚度1 m，臺階寬度2 m，降低樁位位置地面標(biāo)高。每層開挖完成后，立即掛設(shè)φ12@200 mm×200 mm鋼筋網(wǎng)片，噴射C25混凝土進行防護。

2.2.3 導(dǎo)墻施工

因鉆機施工過程中必須保持水平，且鉆機自重也比較大，要求導(dǎo)墻必須具有良好的承載能力和平整度，并在開口處兼具一定的護壁能力，采用向下翻口的斷面形式，如圖4所示。

2.2.4 鉆機就位

首先測量放樣，在導(dǎo)墻上精準(zhǔn)的標(biāo)記出孔樁中心，在周邊設(shè)置護樁，將鉆機粗略安裝到樁位位置，再使用定位底盤精確調(diào)整，采用十字交叉法，使得孔位中心與樁位中心重合，誤差偏控制不大于10 mm；孔位對中后，通過鉆機的垂直監(jiān)視系統(tǒng)和經(jīng)緯儀測得垂直度，再通過調(diào)整鉆機的四個支腿油缸使垂直度達到要求；為消除回轉(zhuǎn)鉆進時產(chǎn)生的反向扭矩，防止鉆機移位，導(dǎo)致孔位和垂直度偏差。在鉆機后部安裝平衡反力叉，并使用重物壓牢固定。

2.2.5 安裝套管和鉆進取土

在鉆機就位后，安裝第一套管節(jié)(底部帶刀頭)復(fù)核套管垂直度和中心偏差符合要求后，將套管回轉(zhuǎn)壓入地層，當(dāng)?shù)孛嬉陨咸坠荛L度剩余1.2 m～1.5 m時，接入下節(jié)套管，接入套管長度不大于作業(yè)凈高-全套管高度-吊裝高度(2.5 m)-安全距離(0.5 m)。每當(dāng)壓入1節(jié)～2節(jié)套管后，用短臂旋挖鉆或沖抓斗從套管內(nèi)取土，取土完成后再繼續(xù)下壓下一節(jié)套管。此過程注意不得超挖，應(yīng)保持開挖面高于套管底口2倍管直徑，且不應(yīng)小于2.5 m。鉆進全過程需檢測垂直度，動態(tài)糾偏調(diào)整重復(fù)以上工序直至開挖設(shè)計孔深，終孔時，也應(yīng)保持開挖面高于套管底口2倍管直徑，且不應(yīng)小于2.5 m的要求。

2.2.6 清孔

由于采用全套管成孔，孔內(nèi)無需灌入泥漿，所以孔中懸浮顆粒沉淀極快。成孔后靜置30 min后，讓懸浮物充分沉淀。再使用短臂旋挖鉆緩慢下放在孔底無壓慢轉(zhuǎn)或?qū)_抓斗緩慢下放抓斗至孔底抓取沉渣；若以上兩種方法效果不佳，可采用泵吸反循環(huán)法清渣；最后使用測針測餅法測得孔底沉渣厚度，直至沉渣厚度不大于10 cm。

2.2.7 鋼筋籠吊裝、連接和定位

首先先算得單節(jié)鋼筋籠節(jié)長度，地面標(biāo)高下降后凈空高度為9 m，由以下公式得鋼筋籠長度為3 m，吊裝過程如圖5所示。

單節(jié)鋼筋籠節(jié)長度=凈空高度-鉆機高度-吊裝操作高度-與建筑物的安全距離。

為保證鋼筋籠節(jié)之間的連接質(zhì)量和整體的垂直度，各節(jié)鋼筋籠間采用鋼筋接駁器連接，機械連接接頭采用一級接頭。首先在下部鋼筋籠上端全長擰入連接套筒；然后將上部鋼筋籠下端與下部鋼筋籠上端對中對齊；最后反擰套筒至上部標(biāo)準(zhǔn)螺紋露1絲完成連接。連接過程見圖6。

保證咬合施工時鉆機不切割損壞方形鋼筋籠，并能夠更容易的控制Ⅱ序樁垂直度。方形鋼筋籠定位采用定位PVC管，間隔3 m，每段長度20 cm～30 cm，固定于鋼筋籠外側(cè)，與鋼筋籠同時下放入孔。

2.2.8 混凝土澆筑

鋼筋籠安裝完成后二次清孔，清孔完畢后，安裝混凝土料斗和清管球，并將導(dǎo)管至離孔底20 cm～50 cm的位置。混凝土初灌量應(yīng)根據(jù)樁徑確定，確保初次灌入導(dǎo)管埋深不小于1 m。后續(xù)灌注中，應(yīng)控制把控速率和高度，使導(dǎo)管埋深在2 m～6 m,確保不斷樁也不堵管。澆筑應(yīng)當(dāng)適當(dāng)超灌，采用硬桿桶式取樣法測量實際樁頂高度，確保將浮漿層頂出設(shè)計樁身范圍。

此外為拔出套管時混凝土填充原套管位置導(dǎo)致的混凝土頂面下沉的余量。在澆筑樁頂部分時，為減小骨料下沉對成樁質(zhì)量的影響，可以適當(dāng)調(diào)整混凝土配合比，增大骨料比重。澆筑過程應(yīng)連續(xù)不間斷作業(yè)，確保樁身完整性?；炷脸跄?，再切割吊筋，拔出護筒。

2.3 質(zhì)量控制措施

2.3.1 超緩凝混凝土技術(shù)參數(shù)控制

咬合施工中，Ⅱ序樁成孔過程需切割Ⅰ序樁的咬合部，若Ⅰ序樁身混凝土凝結(jié)過快，咬合部強度過高，會導(dǎo)致Ⅱ序樁鉆進過程中套管刀頭出現(xiàn)受力不均，影響垂直度。根據(jù)下式可知垂直度與樁底咬合厚度的數(shù)值關(guān)系：

樁底咬合厚度=樁頂咬合厚度-(相鄰樁垂直度矢量差絕對值×設(shè)計樁長+設(shè)計允許偏差)。

而樁底咬合厚度是兩樁咬合厚度的最小值，直接反映咬合質(zhì)量，所以Ⅰ序樁身混凝土參數(shù)控制是咬合質(zhì)量控制的關(guān)鍵。

1)緩凝時間：應(yīng)滿足相鄰Ⅱ序樁施工的最長間距時間，一般為48 h。

2)坍落度：滿足水下混凝土灌注要求，具有一定的流動性，能夠充分的填充拔出套管后咬合區(qū)域形成的縫隙，又不至于產(chǎn)生“擾流管涌”現(xiàn)象，取160 mm～200 mm為宜。

3)早期強度：滿足穩(wěn)定周邊地層的作用，并能被較容易的切削，3 d強度不大于3 MPa。

2.3.2 Ⅱ序樁成孔過程中防“繞流管涌”措施

在咬合施工過程中，可能由于混凝土參數(shù)控制不當(dāng)，流動性過大，套管底與開挖面的高差過小，導(dǎo)致繞流路徑太短，產(chǎn)生“繞流管涌”現(xiàn)象，直接影響咬合和成樁質(zhì)量。

為有效的防止“繞流管涌”現(xiàn)象，可采取以下措施加以控制：

1)在Ⅱ序樁的鉆孔施工過程中，必須密切觀察相鄰的兩根已灌注完畢的Ⅰ序樁樁頂混凝土面的高程變化。關(guān)注Ⅱ序樁排土渣樣混凝土含量比例是否正常(參考咬合區(qū)域占Ⅱ序樁截面的面積之比)。

2)嚴(yán)格控制Ⅰ序樁身混凝土配比參數(shù)，這點上文已說明，不再贅述。

3)通過增大套管底與開挖面的高差(一般情況不小于2 m)，使混凝土繞流路徑變長，增大繞流過程中的摩阻力，達到減弱“繞流管涌”的目的。

4)“繞流管涌”現(xiàn)象的本質(zhì)是由于Ⅰ序、Ⅱ序樁形成的U形回路兩端的底部壓力不平衡，所以還可以往Ⅱ序樁孔內(nèi)注水，降低壓力差。

2.3.3 鋼筋籠的定位和抗浮措施

因Ⅰ序樁內(nèi)放置的是方形鋼筋籠，與護筒的貼合度有限，為了使方形鋼筋籠更好的定位，保障咬合質(zhì)量，可通過在咬合部設(shè)置定位PVC管的措施(上文已說明)；針對方形鋼筋籠可能發(fā)生的扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，可將鋼筋籠頂部加設(shè)定位鋼筋，與套管焊接牢固。

在混凝土澆筑過程中，為避免鋼筋籠因受沖擊造成上浮，可加設(shè)定位鋼筋(與上文同理)；或在鋼筋籠底部焊接抗浮鋼板。

3 安全防護措施

針對緊鄰既有3號線低凈空條件，采取的安全防護措施如下：

1)使用的設(shè)備均自帶限位功能，設(shè)備吊臂端部安裝有探測雷達，與既有車站上部結(jié)構(gòu)和高架橋設(shè)置的紅外線報警系統(tǒng)組合，當(dāng)設(shè)備與結(jié)構(gòu)物間距小于1 m報警，小于0.5 m自動制動。

2)在靠近既有車站上部結(jié)構(gòu)和高架橋底部向上3 m的范圍內(nèi)布置橡膠輪胎結(jié)合擠塑板，用于防撞防護。

4 結(jié)語

深圳市大運城市綜合樞紐緊鄰既有3號線低凈空條件下基坑全葷咬合樁的施工結(jié)果表明，使用全回轉(zhuǎn)全套管鉆機+低凈空排土設(shè)備，輔以良好的工序安排、質(zhì)量控制和安全防護措施：

1)可以有效的減小和控制基坑圍護結(jié)構(gòu)施工對緊鄰的既有建筑物的影響(監(jiān)控量測數(shù)據(jù)表明，整個施工過程中，周邊土體和既有3號線結(jié)構(gòu)變位情況較小可控)。

2)適合低凈空的施工設(shè)備施工效率高，布設(shè)靈活，組織簡單，較傳統(tǒng)設(shè)備能有效的縮短工期(節(jié)約工期3個月)。

3)與傳統(tǒng)的葷素咬合樁相比，形成的全葷咬合樁成樁質(zhì)量好，整體性和剛度高。

4)由于使用了全套管護臂有效的防止了孔壁塌孔和超挖現(xiàn)象，減少了混凝土超耗節(jié)約了成本(節(jié)約造價284.2萬元)。

5)成孔過程噪聲和震動小，對環(huán)境的污染小。