暗挖導(dǎo)洞內(nèi)大直徑樁施工關(guān)鍵技術(shù)研究

韓竹青，張宏，胡宏彪，程松，卞正濤，王生

(北京建工集團(tuán)有限公司，北京100028)

暗挖導(dǎo)洞內(nèi)大直徑樁施工關(guān)鍵技術(shù)研究

韓竹青，張宏，胡宏彪，程松，卞正濤，王生

(北京建工集團(tuán)有限公司，北京100028)

針對北京地鐵15號線新建奧林匹克公園站順行密貼下穿大屯路隧道的施工技術(shù)難點(diǎn)，對傳統(tǒng)泵吸反循環(huán)鉆孔灌注樁施工設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，使其滿足導(dǎo)洞內(nèi)復(fù)雜環(huán)境下樁基施工的要求，并對施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，保證施工安全和成樁質(zhì)量。樁基施工完成后，通過自平衡法靜載試驗(yàn)得到單樁豎向抗壓承載力特征值，采用超聲波透射法和低應(yīng)變反射波法對大直徑樁樁身完整性進(jìn)行檢測。試驗(yàn)和檢測結(jié)果均表明，大直徑樁均為Ⅰ類樁，樁身完整性良好，實(shí)測的單樁豎向抗壓承載力特征值均滿足設(shè)計(jì)要求。說明暗挖導(dǎo)洞內(nèi)大直徑樁成套施工技術(shù)能夠滿足成樁質(zhì)量和效率的要求，保證工程的施工安全。

暗挖導(dǎo)洞 大直徑樁 施工設(shè)備 施工工藝

1 工程概況

新建奧林匹克公園站是北京地鐵15號線與8號線換乘車站，車站位于奧運(yùn)中心區(qū)，大屯路城市隧道下方，預(yù)留公交節(jié)點(diǎn)的西側(cè)，沿大屯路東西向布設(shè)，周邊分布有國家會(huì)議中心、國家體育館、水立方、鳥巢等重要建筑。車站主體結(jié)構(gòu)為地下兩層三跨平頂直墻結(jié)構(gòu)，車站總長205.5 m，總寬23.3 m，車站頂板密貼大屯路隧道底板，大屯路隧道上方覆土約為3.5 m，見圖1。

圖1 新建奧林匹克公園站與大屯路隧道斷面位置關(guān)系

新建奧林匹克公園站采用順行密貼下穿大屯路設(shè)計(jì)方案，為保證周邊建(構(gòu))筑物及新建車站施工的安全，采用單層導(dǎo)洞大直徑樁預(yù)撐支柱蓋挖暗作法進(jìn)行施工。根據(jù)施工方案，車站主體結(jié)構(gòu)首先開挖兩個(gè)邊導(dǎo)洞(1)和(4)，邊導(dǎo)洞貫通后進(jìn)行邊樁施工。邊樁施工完成支頂后開挖兩個(gè)中導(dǎo)洞(2)和(3)，中導(dǎo)洞貫通后進(jìn)行中樁、中柱施工，中柱體系施工完對隧道再次支頂后進(jìn)行扣拱及后續(xù)結(jié)構(gòu)施工。4個(gè)導(dǎo)洞的斷面尺寸均為4.7(寬)×5.7 m(高)，見圖2。

圖2 導(dǎo)洞示意(單位:mm)

鉆孔灌注樁具有施工振動(dòng)和噪音小、成樁直徑大、適用范圍廣及施工效率高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在高層建筑、重型廠房、橋梁、港口碼頭、海上采油平臺及核電站等工程中得到廣泛應(yīng)用［1-2］。因此，新建奧林匹克公園站的中樁為反循環(huán)鉆孔灌注樁，總計(jì)58根，有2種規(guī)格:①直徑1.8 m，樁長30 m，孔深為44.58～44.61 m;②直徑1.8 m，樁長22 m，孔深為36.61～36.65 m。

2 樁基施工設(shè)備

由于暗挖導(dǎo)洞的空間狹小、樁基直徑較大(1.8 m)，傳統(tǒng)的樁基施工設(shè)備［3］不能滿足導(dǎo)洞尺寸限界的要求，因此，有必要設(shè)計(jì)出一套適用于小導(dǎo)洞內(nèi)大直徑樁施工的設(shè)備，以保證樁基施工的成樁效率和質(zhì)量。

2.1 成套樁基施工設(shè)備配置

暗挖導(dǎo)洞內(nèi)大直徑樁施工進(jìn)度和成樁質(zhì)量取決于施工設(shè)備中各子構(gòu)件的嚴(yán)密配合。施工中，為了提高導(dǎo)洞內(nèi)空間利用效率并保證施工有序進(jìn)行，導(dǎo)洞內(nèi)的泥漿、渣漿、混凝土及鋼筋籠等采用有軌方式進(jìn)行運(yùn)輸。在導(dǎo)洞內(nèi)鋪設(shè)兩排鋼軌，鋼軌上依次布置渣漿泵、泥漿車、反循環(huán)鉆機(jī)、移動(dòng)式起重機(jī)及首灌車，見圖3。

圖3 導(dǎo)洞內(nèi)大直徑樁施工設(shè)備示意

2.2 鉆孔設(shè)備

鉆孔設(shè)備可分為4個(gè)子系統(tǒng)，即鉆井系統(tǒng)、排渣系統(tǒng)、泥水分離系統(tǒng)及補(bǔ)漿系統(tǒng)。其中，鉆進(jìn)系統(tǒng)采用改裝的60P45A型鉆機(jī)機(jī)組，排渣系統(tǒng)包括渣漿泵及配套的泵管，泥水分離系統(tǒng)包括洞內(nèi)渣漿池、地面的泥水分離機(jī)及輸漿管，補(bǔ)漿系統(tǒng)包括泥漿泵、泥漿車及輸漿管。

改裝后的反循環(huán)鉆機(jī)長5.0 m，寬2.2 m，鉆機(jī)主架子高4.0 m，鉆桿長1.2 m，并對桿連接處的絲扣進(jìn)行鍛造處理，使鉆桿連接處的絲扣牢固、耐磨、便于拆卸。在鉆機(jī)上加裝大揚(yáng)程水泵，將渣泥、渣石水平輸送至渣漿泵并排至地面。

泥漿車出口處設(shè)置單向蝶閥，外側(cè)設(shè)置水平管，施工時(shí)根據(jù)孔口水頭變化及鉆孔內(nèi)泥漿量人工調(diào)節(jié)泥漿輸送量，滿足不同地層條件下泥水平衡動(dòng)態(tài)變化的要求。

渣漿泵(圖4)長度方向上設(shè)置有一根螺旋桿，螺旋桿距渣漿泵底部2 cm，周身設(shè)置10 cm×5 cm的鋼絲刷，填充螺旋桿與渣漿泵底部的空隙，實(shí)現(xiàn)軟連接，以防鉆機(jī)鉆至砂層及卵石層時(shí)，粒徑小的砂石卡住螺旋桿致其無法轉(zhuǎn)動(dòng)。與渣漿泵連接處的泵管形狀設(shè)置為喇叭形，以增加砂石在渣漿泵中的通過速度，防止砂石堵塞渣漿泵出渣口。在渣漿泵出口處設(shè)置風(fēng)管和水管，用于控制車內(nèi)渣漿沉淀速度，防止渣泥及渣石堵塞渣漿泵的出口。渣漿泵的通過粒徑為12 cm，為防止大粒徑卵石通過時(shí)堵塞渣漿泵，在車頂設(shè)置12 cm× 12 cm的鋼筋篦子，便于及時(shí)清理。在渣漿泵頂部設(shè)置溢流口，防止渣漿泵出現(xiàn)故障時(shí)溢流。

圖4 渣漿泵結(jié)構(gòu)示意

2.3 混凝土灌注設(shè)備

由于導(dǎo)洞內(nèi)長距離泵送混凝土難以滿足水下灌注首灌連續(xù)、快速的要求［4］，因此為每套鉆孔設(shè)備配備首灌車(見圖5)進(jìn)行首灌作業(yè)。灌注樁身混凝土之前，首先采用地泵將首灌車灌滿混凝土，然后打開首灌車下方閥門完成混凝土首灌。

圖5 首灌車結(jié)構(gòu)示意

2.4輸漿管路

鉆孔產(chǎn)生的渣漿、泥漿在導(dǎo)洞內(nèi)通過管道進(jìn)行運(yùn)輸。首先沿導(dǎo)洞側(cè)壁敷設(shè)直徑50 mm的鍍鋅鋼管作為給水管線，之后安裝導(dǎo)洞內(nèi)的泥漿管及渣漿罐，在樁基施工設(shè)備安裝就位后安裝橫通道內(nèi)的管線。橫通道內(nèi)管線均沿導(dǎo)洞側(cè)墻按5‰的坡度自西向東敷設(shè)。導(dǎo)洞內(nèi)管線布置示意如圖6。

圖6 導(dǎo)洞內(nèi)管線布置示意

3 施工工藝

為保證施工有序進(jìn)行及成樁質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，大直徑樁的施工應(yīng)嚴(yán)格按照施工工藝流程(圖7)進(jìn)行。

圖7 導(dǎo)洞內(nèi)大直徑樁施工工藝流程

暗挖導(dǎo)洞內(nèi)大直徑樁施工主要工序的具體要求為:

1)鋼筋籠、鋼套筒施工。大直徑樁鋼筋籠長度為22.75～30.75 m，鋼筋籠上部設(shè)置假籠子，長度為13.80～13.85 m，考慮到導(dǎo)洞內(nèi)的運(yùn)輸及吊裝，將鋼筋籠在地面分節(jié)加工，每節(jié)長2.5 m。

2)人工挖孔施工。首先進(jìn)行測量定位，確定出樁位中心后破除底板初支并進(jìn)行加固，人工挖孔直徑為2.4 m，尺寸偏差控制在1 cm，每開挖出一個(gè)循環(huán)土方，檢查欠挖及超挖情況并進(jìn)行處理。人工挖孔每一節(jié)噴射一次混凝土進(jìn)行護(hù)壁，施工完成后對樁身直徑、孔底標(biāo)高、樁位中線及井壁垂直度進(jìn)行全面測定，確保達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3)沉管施工。沉管采用外徑2 m，壁厚1.4 cm的鋼管，總長度14.85 m，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長度2.5 m。挖土作業(yè)在沉管內(nèi)進(jìn)行，挖土直徑2.1 m，挖土應(yīng)分層、均勻、對稱地進(jìn)行，每循環(huán)高度為0.25～0.30 m。

4)鉆孔施工。采用改裝的泵吸反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔作業(yè)，鉆孔前按樁身體積的1.5倍制備泥漿，鉆孔作業(yè)過程中嚴(yán)格控制泥漿參數(shù)，保證鉆孔施工的經(jīng)濟(jì)、高效。

5)混凝土灌注。由于樁徑大、灌注時(shí)間長，故要求混凝土有較大的塌落度、較長的初凝時(shí)間和很好的和易性。正式灌注之前，先采用同強(qiáng)度等級的水泥砂漿進(jìn)行潤管。首灌作業(yè)采用首灌車完成。

6)監(jiān)控量測。施工中對導(dǎo)洞初襯狀態(tài)及大屯路隧道沉降進(jìn)行實(shí)時(shí)量測，掌握大直徑樁施工對周圍環(huán)境的影響，科學(xué)合理地安排下一步施工，保證施工安全和成樁質(zhì)量。

4 樁基質(zhì)量評價(jià)

依據(jù)《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ 106—2003)、《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94—2008)、《基樁靜載試驗(yàn)自平衡法》(JT/T 738—2009)及相關(guān)施工圖紙，本工程樁身完整性檢測的抽檢數(shù)量為總樁數(shù)的100%，單樁承載力檢測數(shù)量為總樁數(shù)的1%且不少于3根［5-9］。

樁基施工時(shí)按設(shè)計(jì)預(yù)留聲測管，施工后采用超聲波透射法進(jìn)行樁身完整性的檢測，對于部分由于施工原因聲測管出現(xiàn)堵塞的樁基，采用低應(yīng)變反射波法進(jìn)行補(bǔ)測?？紤]工程現(xiàn)場條件，通過自平衡法基樁靜載試驗(yàn)得到單樁豎向抗壓承載力特征值。

采用超聲波透射法檢測的樁基數(shù)量為44根，采用低應(yīng)變反射波法檢測的樁基數(shù)量為14根，檢測時(shí)混凝土齡期均＞14 d。檢測結(jié)果顯示，樁基均為Ⅰ類樁，樁身完整性指標(biāo)合格。

自平衡法基樁靜載試驗(yàn)結(jié)果見表1，各單樁實(shí)測豎向抗壓承載力均滿足設(shè)計(jì)要求。

表1 自平衡法基樁靜載試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)論

針對新建奧林匹克公園站順行密貼下穿大屯路城市隧道工程中暗挖導(dǎo)洞內(nèi)大直徑樁的施工技術(shù)難點(diǎn)，研發(fā)了暗挖導(dǎo)洞內(nèi)大直徑樁成套施工技術(shù)，主要結(jié)論包括:

1)對導(dǎo)洞內(nèi)大直徑樁施工設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，使其滿足導(dǎo)洞內(nèi)狹小空間條件下構(gòu)件吊裝和樁基施工的要求。

2)優(yōu)化樁基施工工藝，確保鋼筋籠及鋼套筒的吊裝安全、人工挖孔及沉管施工的精度和鉆孔施工的質(zhì)量，滿足水下混凝土首灌連續(xù)、快速的要求。

3)檢測和試驗(yàn)結(jié)果顯示，樁基均為Ⅰ類樁，樁身完整性良好，單樁豎向抗壓承載力實(shí)測值均滿足設(shè)計(jì)要求，說明暗挖導(dǎo)洞內(nèi)大直徑樁成套施工技術(shù)能夠滿足成樁質(zhì)量和效率的要求，可保證類似工程的施工安全。

［1］樁基工程手冊編寫委員會(huì)．樁基工程手冊［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，1995．

［2］林興剛，郝偉，韓夏冰，等．某高架橋大孔徑鉆孔灌注樁施工技術(shù)研究［J］．施工技術(shù)，2011，40(增):153-155．

［3］謝思東．洞樁法施工設(shè)備及工藝選擇［J］．建筑機(jī)械技術(shù)與管理，2007(9):71-74．

［4］劉興文，杜忠孝．水中大直徑超深鉆孔灌注樁施工技術(shù)［J］．鐵道建筑，2012(8):28-31．

［5］中國人民共和國建設(shè)部．JGJ 106—2003建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范［S］．北京:中國計(jì)劃出版社，2003．

［6］中國人民共和國建設(shè)部．JGJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］．北京:中國計(jì)劃出版社，2008．

［7］中華人民共和國交通運(yùn)輸部．JT/T 738—2009基樁靜載試驗(yàn)自平衡法［S］．北京:中國計(jì)劃出版社，2009．

［8］丁育南，朱偉強(qiáng)，戚啟明．鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量監(jiān)控要點(diǎn)［J］．施工技術(shù)，2006，35(6):10-14．

［9］孟軍濤，顏勝才，陳輝，等．混凝土灌注樁樁身質(zhì)量缺陷聲波透射法檢測分析［J］．鐵道建筑，2014(6):57-59．

Study on key construction technology of casting large-diameter pile in tunnel's drift

HAN Zhuqing，ZHANG Hong，HU Hongbiao，CHENG Song，BIAN Zhengtao，WANG Sheng
(Beijing Construction Engineering Group Co．，Ltd．，Beijing 100028，China)

According to the construction technology difficulty of Olympic Park Station in Beijing Subway Line 15 underneath passing the Datun Road tunnel，the traditional construction equipment system of bored piles with the pump suction reverse circulation method was improved to meet the pile foundation construction requirements under the complex conditions in a drift and the construction technology was optimized to ensure the construction safety and the high quality of the completed piles．After completing the pile foundation construction，the characteristic values of the single pile vertical bearing capacity are obtained by self-balanced static load tests and the integrity of largediameter pile are tested by using ultrasonic transmission method and low strain reflected wave method．T he test and inspection results showed that large-diameter piles areⅠclass and have good integrity，the measured characteristic values of the single pile vertical bearing capacity can meet design requirements，which means the improved construction technology of large-diameter pile in underground excavation drift could meet the needs of the construction quality，efficiency and safety．

Underground excavation drift;Large-diameter pile;Construction equipment;Construction technology

TU473.1+4

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2015．04．20

1003-1995(2015)04-0073-04

(責(zé)任審編葛全紅)

2014-10-20;

2015-02-20

北京市科委計(jì)劃項(xiàng)目(Z121100000312021)

韓竹青(1982—)，男，河北張家口人，工程師。