昆明地鐵無(wú)套筒普通混凝土咬合樁施工方法

楊公正

(中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程有限公司, 北京 101100)

昆明地鐵無(wú)套筒普通混凝土咬合樁施工方法

楊公正

(中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程有限公司, 北京 101100)

咬合樁是基坑圍護(hù)中常用的結(jié)構(gòu)，在昆明地鐵基坑中也廣泛采用。而昆明地鐵首期工程地層含水，且工期要求較高。普通咬合樁由于要采用全套筒和超緩凝混凝土，而不利于在昆明滇池沉積層中應(yīng)用，且施工效率較低。文章研究無(wú)套筒、采用普通混凝土的咬合樁，總結(jié)其工程特點(diǎn)，提出其施工工藝和施工方法。論文提出的咬合樁改變了常規(guī)咬合樁的施工順序，先施工素混凝土奇數(shù)號(hào)樁，等到終凝后開始施工素樁偶數(shù)號(hào)樁，然后等素樁終凝后開始進(jìn)行葷樁的奇數(shù)號(hào)樁的施工，最后施工素樁的偶數(shù)號(hào)樁。詳細(xì)論述了無(wú)套筒普通混凝土咬合樁的施工方法，特別提出了新鮮泥漿的性能指標(biāo)和基本配合比，為昆明地鐵的后續(xù)施工及類似地質(zhì)條件的基坑工程提供了良好的參考。

昆明； 地鐵； 普通混凝土； 咬合樁

1 傳統(tǒng)咬合柱的特點(diǎn)

隨著城市化建設(shè)進(jìn)程的推進(jìn)，咬合樁越來(lái)越多的應(yīng)用于地鐵車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)中。旋挖鉆機(jī)在咬合樁施工過(guò)程中應(yīng)用較少，是值得開發(fā)的新領(lǐng)域[1-3]。咬合樁是一種樁與樁之間相互咬合排列的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。樁的排列方式一般為一個(gè)素混凝土樁(A樁，素樁)、一個(gè)鋼筋混凝土樁(B樁，葷樁)間隔布置，施工時(shí)先施工素混凝土樁，后施工鋼筋混凝土樁，要求必須在素混凝土樁的混凝土初凝前完成鋼筋混凝土樁。近年來(lái)，在基坑工程中的應(yīng)用越來(lái)越頻繁，特別是在地鐵站施工中得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的咬合樁，采用機(jī)械磨孔、套管下壓、套管內(nèi)抓斗取土及后續(xù)成樁的工藝及工序。素混凝土樁采用超緩凝混凝土?？梢?，傳統(tǒng)的咬合樁具有如下特點(diǎn)：

(1)需要安裝全套筒。

安裝及卸除套筒費(fèi)時(shí)費(fèi)力，會(huì)對(duì)基坑后續(xù)作業(yè)工序產(chǎn)生影響，如不拆除(時(shí)間緊迫時(shí))，則使造價(jià)提高；成孔垂直度難以較精確保證。

(2)采用的是超緩凝混凝土。超緩凝混凝土凝固時(shí)間不確定，易于造成施工停滯的情況；存在葷樁施工時(shí)的素樁凝固問(wèn)題，樁身質(zhì)量難以保證。

(3)在富水軟地層中施工，需另外增加輔助截水帷幕等防水措施，故在該類地層中的適用性受到一定限制。

總之，傳統(tǒng)的咬合樁由于需要安裝全套筒、采用超緩凝混凝土，導(dǎo)致施工效率較低，樁身質(zhì)量難以統(tǒng)一，富水軟弱地層中的使用受到一定的限制。本文結(jié)合昆明地鐵施工條件，對(duì)無(wú)套筒普通混凝土咬合樁進(jìn)行研究，以節(jié)約工期和造價(jià)。經(jīng)過(guò)展覽中心站5個(gè)出入口約1100根咬合樁的施工，證明此種咬合樁比常規(guī)咬合樁高效、節(jié)約成本、施工周期短，而且施工質(zhì)量有所提高。

2 無(wú)套筒普通混凝土咬合樁特點(diǎn)

(1)不用安裝全套筒，采用普通混凝土而不是超緩凝混凝土。

省去了安裝與卸除全套筒的時(shí)間，同時(shí)避免了因?yàn)槌從炷聊虝r(shí)間不確定而造成的施工停滯的情況，故工作效率大大提高。

(2)適用地層范圍廣。

該咬合樁適用于的地質(zhì)有黏土層、粉砂層、粉土層、泥炭質(zhì)土、卵石層以及強(qiáng)、中風(fēng)化巖層。尤其在富水軟地層中施工的排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)防滲效果好，無(wú)需另外增加輔助截水帷幕等防水措施。這樣，該咬合樁省去了全套筒及超緩凝混凝土的使用，因而成本大幅度降低。

(3)采用旋挖鉆機(jī)施工，成孔垂直度能由旋挖鉆機(jī)垂直度控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整和保證。

因此，咬合樁終端持力層處錯(cuò)位交叉的偏離精度可控，樁型標(biāo)準(zhǔn)。即用旋挖鉆機(jī)在樁身混凝土終凝狀態(tài)下完成切割咬合過(guò)程形成的排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體性狀好、支護(hù)強(qiáng)度大、防滲效果佳。一些廠家生產(chǎn)的旋挖鉆機(jī)甚至可通過(guò)駕駛室內(nèi)的HMI操控系統(tǒng)，可清楚判定和記錄所穿越地層的土質(zhì)情況及樁底持力層情況，因此成樁過(guò)程容易控制。

(4)根據(jù)水下混凝土的凝結(jié)時(shí)間來(lái)控制葷樁施工時(shí)間。

旋挖鉆在葷樁成孔過(guò)程中能夠?qū)⑺貥肚邢鞒纱植诘幕炷撩?，近似于地下連續(xù)墻刷壁效果，能夠有效將葷樁及素樁連接成為整體，形成良好的止水效果。

(5)由于是在素樁混凝土終凝后才開始葷樁施工，有效避免了傳統(tǒng)施工方法中葷樁施工時(shí)素樁凝固的問(wèn)題。

3 施工工藝

3.1 工藝流程

本文所述的咬合樁仍采用鉆孔成樁工藝。鉆孔咬合樁是相鄰混凝土排樁間部分圓周相嵌，并于后序次相間施工的樁內(nèi)放入鋼筋籠，使之形成具有良好防漏防滲作用的整體連續(xù)防水、擋土圍護(hù)結(jié)構(gòu)。咬合樁施工過(guò)程中，對(duì)于前后工期時(shí)間差引起的樁墻不連續(xù)，應(yīng)在先期施工的素樁起始接頭處預(yù)留砂樁，后期施工時(shí)，該砂樁采用鋼筋混凝土咬合樁置換，以保證樁墻的連續(xù)性；預(yù)留接頭砂樁應(yīng)布置于鋼筋混凝土樁位置，填砂前其相鄰素混凝土樁混凝土應(yīng)已初凝。因機(jī)械、場(chǎng)地限制或其他原因造成連續(xù)作業(yè)中斷時(shí)，應(yīng)于就近鋼筋混凝土樁位置施工砂樁，填砂前其相鄰素混凝土樁混凝土應(yīng)已初凝。

本文所述的咬合樁采用樁徑800 mm、樁中心距600 mm、相鄰兩樁咬合200 mm的形式。素混凝土樁(A序樁)采用C20水下混凝土，鋼筋混凝土樁(B序樁)采用C30水下混凝土。鉆孔咬合樁可采用ZR280C旋挖鉆機(jī)施工，先施工素混凝土A序奇數(shù)號(hào)樁(A1、A3……)，等到終凝后開始施工素樁偶數(shù)號(hào)樁(A2、A4……)，然后等素樁終凝后開始進(jìn)行葷樁的奇數(shù)號(hào)樁(B1、B3……)的施工，最后施工素樁的偶數(shù)號(hào)樁(B2、B4……)，如圖1所示。而常規(guī)咬合樁，由于采用超緩凝混凝土，其施工順序如圖2所示，即ABABA……的施工順序。

施工順序：A1-A3-A2-A4-B1-B3-B2圖1 無(wú)套筒普通混凝土咬合樁施工順序示意(單位：mm)

施工順序：A-B-A-B圖2 常規(guī)咬合樁施工順序示意(單位：mm)

3.2 施工方法

3.2.1 樁位放樣

表層按設(shè)計(jì)標(biāo)高拉槽卸土后，現(xiàn)場(chǎng)放線定出樁位，做好樁位的軸線標(biāo)記和樁位的測(cè)量放樣，并進(jìn)行復(fù)核報(bào)驗(yàn)，作出復(fù)核記錄，經(jīng)復(fù)核確認(rèn)樁位的軸線正確無(wú)誤，開挖探槽探明無(wú)管線埋在地下時(shí)，方可進(jìn)行導(dǎo)墻施工。

樁位施工測(cè)量放線時(shí)，考慮樁體的垂直施工誤差及孔位變形，為保證基坑凈空，樁位中心外放5 cm，施工中樁墻頂中心線偏差≤30 mm，樁體垂直度偏差≤3 ‰。

3.2.2 導(dǎo)墻施工

咬合樁導(dǎo)墻采用C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，導(dǎo)墻形式如圖3所示。

圖3 導(dǎo)墻形式平面圖

場(chǎng)地平整后，根據(jù)實(shí)際地形標(biāo)高和樁頂標(biāo)高確定導(dǎo)墻基礎(chǔ)開挖深度，基礎(chǔ)開挖采用人工配合挖掘機(jī)進(jìn)行，開挖到基底后進(jìn)行清底、夯填、整平。導(dǎo)墻位置下方鋪設(shè)素混凝土墊層，按設(shè)計(jì)要求綁扎鋼筋網(wǎng)。鋼筋網(wǎng)通過(guò)驗(yàn)收后，開始支立導(dǎo)墻模板。模板采用定型鋼模，每段長(zhǎng)度按3 m考慮，支撐采用方木(圖4)。

圖4 導(dǎo)墻模板支立示意

導(dǎo)墻混凝土采用C30商品混凝土，人工入模，插入式振動(dòng)棒振搗，保證頂面高程、垂直度滿足設(shè)計(jì)要求，在混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%時(shí)拆模。導(dǎo)墻起鎖口和導(dǎo)向作用，直接關(guān)系到鉆孔咬合樁順利成孔和成孔精度。施工中嚴(yán)格控制導(dǎo)墻施工精度，施工允許偏差應(yīng)符合：導(dǎo)墻圓心與樁心允許偏差為±10 mm；導(dǎo)墻直徑與樁直徑允許偏差為0～25 mm；內(nèi)墻面垂直度≤5‰；導(dǎo)墻頂面平整度≤5 mm。

3.2.3 泥漿

為了保證槽壁的穩(wěn)定，要連續(xù)不斷地向溝槽中供給新鮮泥漿，同時(shí)在水下混凝土澆筑時(shí)，將有大量的泥漿排放出來(lái)。泥漿配合比根據(jù)所選用的原料先行試配，再檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)，按檢測(cè)的情況適當(dāng)增加外加劑，改善泥漿性能，使之符合要求。新鮮泥漿的各項(xiàng)性能指標(biāo)如表1，基本配合比如表2，泥漿配置方法如圖5。

表1 泥漿性能指標(biāo)

表2 泥漿的基本配合比 kg

圖5 泥漿配置方法

3.2.4 成孔

成孔主要采用ZR280C鉆機(jī)施工。旋挖過(guò)程中采用泥漿護(hù)壁，導(dǎo)管灌注，該機(jī)采用上下導(dǎo)向工作平臺(tái)自動(dòng)找平，通過(guò)作業(yè)人員90°的線錘監(jiān)視，確保垂直度在3‰內(nèi)，在成孔過(guò)程中可通過(guò)旋挖鉆機(jī)操作平臺(tái)控制樁體垂直度。該機(jī)在黏土、粉質(zhì)砂土中作業(yè)良好，在泥漿護(hù)壁的情況下不易坍塌，挖土順利。

鉆機(jī)就位后，保證鉆頭中心與樁中心偏差小于2 cm，開鉆1.5～2 m放護(hù)筒，確保護(hù)筒垂直度，泥漿經(jīng)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)合格后準(zhǔn)備配合鉆機(jī)鉆進(jìn)，鉆進(jìn)期間灌入泥漿至承壓水頭以上高度，防止管涌發(fā)生，直至設(shè)計(jì)孔深。當(dāng)孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，及時(shí)清孔并檢查沉碴厚度，若厚度大于30 cm，則繼續(xù)清孔直至符合要求。確定孔深后，及時(shí)向監(jiān)理工程師報(bào)檢，檢測(cè)孔的沉碴和深度。由于樁底地層承載力較低，為減少鋼筋籠下沉，成孔后須往孔內(nèi)加入適量的碎石或片石(加入碎石或片石的量根據(jù)測(cè)試而定)。

3.2.5 鋼筋籠加工及吊放

根據(jù)圖紙要求，計(jì)算箍筋用料長(zhǎng)度、主筋長(zhǎng)度，將所需鋼筋調(diào)直后用切割機(jī)成批切好備用。主筋按圖紙要求預(yù)留500 mm錨固長(zhǎng)度。主筋連接采用閃光對(duì)焊或搭接焊，采用搭接焊的其焊縫長(zhǎng)度單面焊大于10d，雙面焊大于5d，并保持鋼筋的同軸性。主筋的搭接互相錯(cuò)開，在35d且不小于500 mm區(qū)段范圍內(nèi)，同一根主筋上不得有兩處接頭，同區(qū)段內(nèi)接頭數(shù)不超過(guò)鋼筋總數(shù)的50%。準(zhǔn)確加工加強(qiáng)筋，使加強(qiáng)筋尺寸滿足鋼筋籠的直徑要求，將主筋位置用明顯標(biāo)記于加強(qiáng)筋上，每條主筋均焊于加強(qiáng)筋標(biāo)出的主筋點(diǎn)位上。鋼筋籠框形成后，箍筋按設(shè)計(jì)間距點(diǎn)焊于主筋上，保證鋼筋籠的軸線。

鋼筋籠制作采用整籠一次性制作加工。將制作好的鋼筋籠穩(wěn)固放置在平整的地面上，防止變形。

鋼筋籠吊裝采用汽車吊吊裝就位，鋼筋外側(cè)每隔5～6 m對(duì)稱設(shè)置4個(gè)定位鋼筋，以確保鋼筋籠居中。下籠前復(fù)核套筒的標(biāo)高，并計(jì)算確定吊筋長(zhǎng)度，保證鋼筋籠標(biāo)高定位準(zhǔn)確。吊筋采用4根φ12鋼筋。鋼筋籠吊起后緩慢落入樁孔內(nèi)就位，借助自重保證鋼筋籠標(biāo)高及垂直度正確。鋼筋籠吊運(yùn)時(shí)

應(yīng)防止扭轉(zhuǎn)、彎曲。安裝時(shí)對(duì)準(zhǔn)孔位，吊直扶穩(wěn)，緩慢下放，避免碰撞孔壁，就位后立即固定。

在澆筑混凝土之前，再次復(fù)核護(hù)筒的標(biāo)高，確保鋼筋籠頂?shù)臉?biāo)高誤差不大于5 cm。如復(fù)測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)護(hù)筒下沉較大，則需將鋼筋籠提起，并墊入方木、滾筒等物品，以保證鋼筋籠的應(yīng)有高度。

3.2.6 混凝土灌注

混凝土灌注采用導(dǎo)管法澆注水下混凝土。導(dǎo)管下入長(zhǎng)度和實(shí)際孔深必須做嚴(yán)格丈量，使導(dǎo)管底口與孔底的距離能保持在0.3～0.5 m之間，導(dǎo)管下入必須居中，以免碰撞鋼筋籠。

灌注混凝土?xí)r，首澆混凝土必須保證埋管深度不小于2 m。在實(shí)際操作中，放入隔水球，當(dāng)混凝土灌滿漏斗，立即剪斷鐵絲，同時(shí)繼續(xù)向漏斗灌注混凝土，保證混凝土連續(xù)澆筑。在完成首澆后，灌注混凝土要連續(xù)從漏斗口邊側(cè)溜滑入導(dǎo)管內(nèi)，不可一次放滿，以避免產(chǎn)生氣囊。拔導(dǎo)管時(shí)，要準(zhǔn)確測(cè)量混凝土灌注深度和計(jì)算導(dǎo)管埋深后，方可拔管。導(dǎo)管埋深應(yīng)始終控制在2～6 m。

水下混凝土必須連續(xù)施工，每根樁的澆筑時(shí)間按初盤混凝土的初凝時(shí)間控制，對(duì)澆筑過(guò)程中的一切故障均應(yīng)記錄備案?？刂谱詈笠淮喂嘧⒘浚瑯俄攽?yīng)比設(shè)計(jì)高度高50 cm，保證鑿除浮漿后樁頂混凝土達(dá)到強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。樁頂混凝土的高度用重錘測(cè)量控制。水下混凝土的塌落度為18～22 cm。混凝土的入槽溫度控制在35℃以下。

4 結(jié)論

(1)無(wú)套筒普通混凝土咬合樁由于省去了套筒的安裝、拆卸以及超緩凝混凝土的采用，故施工效率更高，也可節(jié)約造價(jià)。

(2)無(wú)套筒普通混凝土咬合樁不再采用常規(guī)咬合樁素裝和葷樁交替施工的施工順序，而是采用素樁奇數(shù)樁、素樁偶數(shù)樁、葷樁奇數(shù)樁、葷樁偶數(shù)樁的施工順序，利于混凝土的凝固，從而可節(jié)約施工時(shí)間，保證工期。

(3)論文提出了適用于無(wú)套筒普通混凝土咬合樁的新鮮泥漿性能指標(biāo)和基本配合比，為昆明地鐵基坑和類似地質(zhì)條件的基坑工程提供參考。

[1] 陳海兵,梁發(fā)云,何招智.咬合樁在臨近高填方基坑中的工程應(yīng)用與實(shí)測(cè)分析[J].土木建筑與環(huán)境工程,2014,36(3):1-5

[2] 卜林,曾建華,吳傳清.全套管鉆孔咬合樁防滲支護(hù)結(jié)構(gòu)在深基坑工程中的應(yīng)用[J].土工基礎(chǔ),2010,24(4):10-13

[3] 陳斌,施斌,林梅.南京地鐵軟土底層咬合樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)的技術(shù)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào),2005,27(3):354-357

楊公正(1978～)，男，高級(jí)工程師，主要從事地鐵盾構(gòu)施工技術(shù)方面的研究和管理。

TU473.1+4

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[定稿日期]2015-02-05