咬合樁在城市地鐵車站中的應用

丁敏

【摘 要】青島市地鐵四號線靜港路車站臨近海邊，地下水位較高并且豐富，地質(zhì)條件差，本站采用鉆孔咬合樁圍護結構，使車站受力結構和隔水結構的有效結合。本文通過對兩種不同的施工機械進行對比，以及將施工過程中的控制難點在實踐應用中的總結分析，得出相應施工重難點的有效控制措施及方法，為其他類似施工提供參考。

【關鍵詞】城市地鐵；全套管咬合樁；控制措施

1 工程概況

靜港路站為青島地鐵四號線的第21座車站。車站兩端均為盾構區(qū)間，且盾構機在大小里程端均為接收吊出。車站位于規(guī)劃靜港路與李沙路交叉路口，沿李沙路“一”字型布置。地面標高6.46～7.04m，車站頂板覆土2.8～3.4m，車站底板埋深16.51～17.51m。本站設計站臺長276.0m，為11m島式站臺，車站形式為地下兩層雙跨（局部三跨）矩形框架結構。車站標準段結構凈寬19.7m。本站設3個出入口、1個安全出入口和2組風亭，車站區(qū)域及兩側(cè)均分布有熱力、電力、燃氣、有線電視、污水、雨水暗渠、自來水等管線、管溝等，管線一般埋深1～3.5m，其中燃氣管道鋪設于李沙路路面以下約3m處，車站南段有一條排洪水渠近乎垂直穿過車站，水渠寬5.5m、埋深2m，結合外部環(huán)境及設計要求，本站采用半明挖半蓋挖形式。

2 水文地質(zhì)情況

根據(jù)地質(zhì)勘查報告，本站站址范圍地層分布自上而下主要有：第四系人工填土、沖洪積中粗砂、沖洪積粉質(zhì)黏土、沖洪積粗礫砂、碎石土、強～微風化基巖。第四系人工填土厚度2.0～5.5m；沖洪積中粗砂厚度2.5～8.0m；沖洪積粉質(zhì)黏土厚度3.0～4.8m；沖洪積粗礫砂厚度2.1～3.3m；碎石土厚度4.7～8.6m；強風化凝灰?guī)r厚度1.7～3.9m；中～微風化凝灰?guī)r穩(wěn)定較好，基巖埋深19～22m?；拥撞繛樗槭翆?。

本站臨近海邊，地下水位較高，地下水主要為第四系孔隙水及基巖裂隙水，第四系孔隙水主要賦存于局部分布的砂類土層中，富水性中等?；鶐r裂隙水主要賦存于基巖裂隙發(fā)育的風化帶中，賦水量小，埋藏較深，水質(zhì)好，無侵蝕性。基巖裂隙水的透水性因地層的巖性、風化程度、裂隙發(fā)育程度等因素存在較大差異，表現(xiàn)出強烈的不均勻性和各向異性。該類型地下水補給來源主要為大氣降水及第四系孔隙潛水；巖體中節(jié)理、裂隙為良好的徑流通道，徑流方向隨裂隙變化，無規(guī)律可循；主要排泄方式為大氣蒸發(fā)。

3 咬合樁施工工藝流程

經(jīng)設計專家通過技術方面及經(jīng)經(jīng)濟方面比較，本車站主體級附屬圍護結構均采用鉆孔灌注咬合樁，樁間距700mm、咬合300mm，樁徑1000mm，混凝土樁（素樁）與鋼筋混凝土樁（葷樁）相間布置的AB型樁。鉆孔咬合樁是采用機械鉆孔施工，樁與樁之間相互咬合排列的一種新型基坑圍護結構。由于其樁心相交咬合，與傳統(tǒng)樁心相切樁相比，防水效果良好，投資節(jié)約顯著。

3.1 咬合樁施工工藝流程

（1）A型樁為素混凝土樁，采用超緩凝混凝土；B型樁為葷樁。總的原則是先施工A型樁，后施工B型樁，其施工工藝流程是：A1—A2—B1—A3—B2—A4—B3……An—B（n-1），如圖1所示。

（2）超緩凝混凝土的要求：為了克服及減少B型樁成孔咬合施工中造成A型樁的破壞，采用超緩凝混凝土。

（3）A型樁混凝土緩凝時間要求：T=3t+K

式中T-A型樁混凝土的緩凝時間（h）；

t-單樁成樁所需時間（h）；

K-儲備時間，一般取1t；

T的基準值般為大于等于60h。

圖1

3.2 單樁施工工藝。（見圖2）

4 咬合樁施工設備的選擇

4.1 需考慮的因素：

（1）緊臨海，地下水位高及下穿溝渠等地質(zhì)水文因素及外界環(huán)境因素；

（2）施工所采用設備因素，成樁進度，控制垂直度等所影響成樁質(zhì)量的因素；

（3）基坑開挖方式、土體加固方式、混凝土的質(zhì)量、成孔成樁工藝等施工因素。

4.2 咬合樁施工設備介紹：目前國內(nèi)全套管鉆機主要采用兩種設備：

（1）360度全套管全回轉(zhuǎn)鉆機

優(yōu)點：1）施工效率高，成樁速度快；

2）功能高端，垂直度易于控制，施工的垂直度可精確至1/500；

3）適用不同地質(zhì)，可對回轉(zhuǎn)扭矩、回轉(zhuǎn)速度、拉拔力等多種參數(shù)進行設置；

4）設備扭矩強大，在A型形樁強度生成時，仍能進行切割施工。

缺點：1）設備施工單價高，施工總成本高；

2）成樁施工周期長，投入設備多，設備占用場地較大，不利于現(xiàn)場施工組織，施工進度不可控。

（2）27度全套管搖動式鉆機

優(yōu)點：1）設備施工單價低，施工總成本低；

2）設備施工使用占地小，對施工場地的要求不高，利于組織足夠設備進場施工，施工進度可控。

缺點：1）設備工作壓力、提升力均較小，施工效率比較低；

2）施工垂直度控制度不高，只能精確到3/1000，剛好滿足設計要求的最底限度，施工過程中，一旦出現(xiàn)偏斜，必須通過拔管回填重新成孔，降低施工工效，費工時費成本。

5 咬合樁施工重難點及有效控制措施

5.1 樁孔傾斜

首先要考慮的是地質(zhì)原因，在鉆孔施工取土過程中檢查地質(zhì)是否存在一部分軟層，一部分硬層；其次鉆機的傾斜是否及時校正，施工過程中抓斗取土沖力較大，極易造成傾斜；再是在拔套管的過程中混凝土樁體扭曲或一邊攪動過大。

控制措施：

（1）首先試拼套管，控制整根套管的順直度偏差不大于10mm。

（2）堅持多次監(jiān)測和檢查成孔過程中樁的垂直度

1）實時監(jiān)測：采用線錘或經(jīng)緯儀監(jiān)測地面以上部分的套管的垂直度，發(fā)現(xiàn)偏差隨時糾正。在每根樁的成孔過程中應從開始施工到成孔結束始終堅持，不能中斷。

2）屢次檢查：每節(jié)套管壓完后安裝后，在下一節(jié)套管之前，都要停下來進行孔內(nèi)垂直度檢查，不合格時需及時糾偏，直至合格后才能進行下一節(jié)施工。

（3）樁身糾偏，成孔過程中如發(fā)現(xiàn)垂直度偏差超限，必須及時進行調(diào)整糾偏。

5.2 遇地下障礙物

地下障礙物因其深埋地下，具有不明確性，前期進行地質(zhì)勘查有時也不能完全探測。

控制措施：采用“分階段成孔法”進行處理：

（1）第一階段，不論A型樁還是B型樁，成孔取土至障礙物，更換鉆頭為沖擊錘，從套管內(nèi)用沖擊錘沖鉆至樁底設計標高，成孔后向套管內(nèi)回填土，邊回填土邊拔出套管，將已成的孔完全回填完畢，回填土可利用原成孔取的土；

（2）第二階段，回填完畢后，按咬合樁通常的施工方法進行，逐步施工直至完畢。

5.3 管涌

發(fā)生管涌有兩種情況：一是，隨著鉆孔深度增加和套管的搖動，富含水砂層在飽和壓力水作用下，軟化呈流塑狀，引起管涌；二是，在B型樁成孔過程中，由于A型樁混凝土還處于流動狀態(tài)，未凝固，A型樁混凝土有可能從A、B型樁相交處涌入B型樁孔內(nèi)，發(fā)生管涌。

控制措施：

（1）針對第一種情況，主要采取套管底口始終保持超前于開挖面一定距離，以便于造成一段“瓶頸”增加水頭路徑，阻止飽和砂土的流動，或者在樁內(nèi)適當注水，保持水壓力平衡。

（2）針對第二種情況，常用以下3種方法進行處理：

1）控制A型樁混凝土的坍落度，不宜超過18cm，降低混凝土的流動性；

2）套管底口應始終保持超前于開挖面一定距離，控制在2.5m以上，以便于造成一段“瓶頸”，阻止混凝土的流動。

3）B型樁成孔過程中，應注意觀察相鄰兩側(cè)A型樁混凝土頂面，如發(fā)現(xiàn)A型樁混凝土下陷，應立即停止B型樁開挖，并一邊將套管盡量下壓，一邊向B型樁內(nèi)填土或注水，直到完全止住“管涌”。

B型樁施工過程中防止混凝土管涌措施示意圖

5.4 缺陷樁

在鉆孔咬合樁施工過程中，因B型樁素樁澆筑的超緩凝混凝土早凝或發(fā)生機械設備故障等原因，造成鉆孔咬合樁的施工未能按正常要求進行而形成缺陷樁。

處理方法有以下三種：

（1）背樁補強：B型樁成孔施工時，其兩側(cè)A型1樁、A型2樁的混凝土均已凝固，處理方法為放棄B型樁的施工，調(diào)整樁序，繼續(xù)后面咬合樁的施工，最后在B型樁外側(cè)增加適當?shù)男龂姌蹲鳛檠a強措施。

（2）預留咬合企口：在B型樁成孔施工中發(fā)現(xiàn)A型樁混凝土開始有早凝傾向但還未完全凝固時，為避免繼續(xù)按正常順序施工造成事故樁，可及時在A型樁右側(cè)施工砂樁以預留咬合企口，待調(diào)整完成后再繼續(xù)后續(xù)樁的施工。

（3）平移樁位單側(cè)咬合：B型樁成孔施工時，其一側(cè)A1樁的混凝土已經(jīng)凝固，使套管鉆機不能按正常要求切割咬合A1、A2樁。處理方法為向A2樁方向平移B型樁樁位，使套管鉆機單側(cè)切割A2樁，施工B型樁（鑿除原樁位導墻，并嚴格控制樁位），并在A1樁和B型樁外側(cè)另增加旋噴樁作為防水處理的措施。

[責任編輯：朱麗娜]