鉆孔咬合樁在新加坡地鐵Napier車站基坑圍護(hù)中的應(yīng)用

，，

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，成都，610072)

1　項(xiàng)目概況

新加坡地鐵湯申線T217項(xiàng)目位于武節(jié)路植物園附近，項(xiàng)目包括一個(gè)車站及兩條長(zhǎng)度分別為754m和745m的盾構(gòu)隧洞。隧洞開挖洞徑6.6m，成型洞徑5.8m，管片厚度27.5cm。隧洞在始發(fā)井處呈上下布置，之后逐步走向水平。隧洞土建完工日期為2018年5月30日，車站土建完工日期為2018年7月30日，工程移交日期為2020年12月30日。

項(xiàng)目施工區(qū)域地層以武吉知馬殘積土和全風(fēng)化花崗巖為主。自地面以下依次為：①約2.0m厚的回填層；②1.5m～6.0m不等、平均厚度約4.0m的河砂層；③其余為崩坡積土層和全風(fēng)化花崗巖。武吉知馬殘積土和全風(fēng)化花崗巖主要由砂質(zhì)料組成，從細(xì)的礫巖到粗的粉砂或中密到致密的粉砂。

殘積土層滲透系數(shù)1.33×10-8m/s～2.90×10-6m/s，全風(fēng)化花崗巖滲透系數(shù)5.6×10-9m/s～1.89×10-5m/s。堆積土不排水抗剪強(qiáng)度在30kN/m2～360kN/m2，全風(fēng)化花崗巖不排水抗剪強(qiáng)度在40kN/m2～484kN/m2。施工區(qū)所在地層以靜壓為主，受降雨影響大，地下水位變化范圍3.15m～9.66m。

2　基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，站臺(tái)和兩個(gè)進(jìn)出站通道均采用咬合樁圍護(hù)，站臺(tái)咬合樁施工軸線長(zhǎng)度267m，設(shè)計(jì)樁徑1.3m，Ⅰ、Ⅱ樁間距0.8m，咬合厚度0.5m，樁數(shù)量335根，平均深度33m，共計(jì)成孔11055m；進(jìn)出站通道咬合樁施工軸線長(zhǎng)度180m，設(shè)計(jì)樁徑1.0m，Ⅰ、Ⅱ樁間距0.65m，咬合厚度0.35m，樁數(shù)量278根，平均深度24m，共計(jì)成孔6672m。

3　咬合樁成墻機(jī)理及優(yōu)缺點(diǎn)

咬合樁通過相鄰單樁間相互咬合形成連續(xù)樁墻。樁的排列方式為一根素混凝土樁(A樁)和一根鋼筋混凝土樁(B樁)間隔布置，A樁采用超緩凝混凝土，B樁采用普通混凝土。采用軟切割的咬合樁B樁在相鄰A樁初凝前施工，采用硬切割的咬合樁B樁在相鄰A樁強(qiáng)度達(dá)到30%后施工，通過利用全套管鉆機(jī)切割相鄰A樁的部分混凝土實(shí)現(xiàn)咬合，見圖1。

圖1　鉆孔咬合樁樁孔平面布置

3.1　優(yōu)點(diǎn)

(1)良好的截水防滲性能，不需再行施工止水帷幕，同其它圍護(hù)結(jié)構(gòu)相比，綜合經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢(shì)明顯；

(2)成孔速度快，成樁效率明顯高于其它類型的混凝土灌注樁；

(3)噪音低、振動(dòng)小、安全性高，對(duì)周圍環(huán)境影響?。?/p>

(4)不使用泥漿護(hù)壁，作業(yè)面干凈、易保持，安全文明施工形象好；

(5)沉降及變形容易控制，能靠近臨時(shí)建筑物、地下管線施工；

(6)地層適應(yīng)性強(qiáng)，適用于卵、漂石地層、含溶洞地層、厚流沙地層、飽和含水地層等，可避免孔壁坍塌，能入巖施工，充盈系數(shù)小，減少混凝土灌注量；

(7)成孔垂直度高，可精確到1/500，且便于掌握。

3.2　缺點(diǎn)

(1)樁徑受全套管回轉(zhuǎn)鉆機(jī)及套管限制，一般施工單位缺乏經(jīng)濟(jì)實(shí)力購置多種直徑的回轉(zhuǎn)鉆機(jī)及套管；

(2)機(jī)械設(shè)備體積較大，工地邊界到樁中心的距離要求較大，狹窄場(chǎng)地施展不便；

(3)超緩凝混凝土的質(zhì)量穩(wěn)定性要求極高，緩凝時(shí)間波動(dòng)易造成咬合失敗或偏孔較大。

(4)灌注混凝土后，有時(shí)會(huì)發(fā)生鋼筋籠上浮事故；

(5)無水挖掘時(shí)需要注意缺氧、有害氣體等。

4　咬合樁施工設(shè)備及工作原理

4.1　施工設(shè)備

本工程采用2臺(tái)日本車輛公司RT-200AⅢ和1臺(tái)中國(guó)徐州盾安重工機(jī)械制造有限公司DTR2005H型的全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)配合旋挖鉆機(jī)鉆取套管內(nèi)的土石成樁。

圖2　RT-200AⅢ全套管回轉(zhuǎn)鉆機(jī)

圖3　DTR2005H全套管回轉(zhuǎn)鉆機(jī)

表1兩種全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)技術(shù)參數(shù)對(duì)比

4.2　工作原理

利用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)回轉(zhuǎn)裝置的回轉(zhuǎn)，使鋼套管與土層間的摩阻力大大減少，一邊回轉(zhuǎn)、一邊壓入，同時(shí)利用沖抓斗或旋挖鉆機(jī)取土，直至套管下到設(shè)計(jì)樁端持力層為止。成孔后將鋼筋籠放入，接著將導(dǎo)管豎立安設(shè)在鉆孔中心，最后灌注混凝土成樁。

5　咬合樁施工工藝

5.1　咬合樁施工順序

本工程咬合樁施工順序見圖4。

圖4　φ1m@1.3m咬合樁施工順序示意

注：(1)圖中P為Ⅰ序樁、即A樁，S為Ⅱ序樁、即B樁；

(2)圖中SOFTPILE為素混凝土樁，HARD PILE為鋼筋混凝土樁；

(3)φ1.3m@1.6m咬合樁施工順序同此圖所示。

5.2　咬合樁施工程序

圖5　全套管全回轉(zhuǎn)咬合樁施工工藝流程

5.3　咬合樁施工主要方法

5.3.1導(dǎo)墻施工

導(dǎo)墻采用C30混凝土，寬度3.5m，厚度0.4m，導(dǎo)墻定位孔直徑D比樁徑d大2cm。如果導(dǎo)墻下土層較差，厚度可適當(dāng)加大，同時(shí)考慮適當(dāng)配筋。導(dǎo)墻范圍地面平整及夯實(shí)完成后，采用定型弧形模板，加固完成后，澆筑翼板混凝土，導(dǎo)墻平面圖見圖6。

圖6　導(dǎo)墻平面示意

5.3.2鉆機(jī)就位

待導(dǎo)墻混凝土有一定強(qiáng)度后，拆除模板，重新定位放樣排樁中心位置，將點(diǎn)位反到導(dǎo)墻頂面上，作為鉆機(jī)定位控制點(diǎn)。移動(dòng)全套管鉆機(jī)使其中心對(duì)應(yīng)定位在導(dǎo)墻孔位中心。施工機(jī)械垂直導(dǎo)墻擺放，橫打方式施工。

5.3.3取土成孔

樁機(jī)就位后，吊裝第一節(jié)管在樁機(jī)鉗口中，找正樁管垂直度后，旋轉(zhuǎn)下壓套管，壓入深度約2.5m～3.5m，然后用旋挖鉆機(jī)從套管內(nèi)取土，邊取土、邊下壓套管，始終保持套管底口超前于開挖面的深度≥2.5m。每節(jié)套管下壓時(shí)需保留1.2m～1.5m位于地面以上，以便接管，下壓過程檢測(cè)垂直度。如此繼續(xù)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高。

5.3.4吊放鋼筋籠

對(duì)于鋼筋混凝土樁，成孔檢測(cè)合格后進(jìn)行鋼筋籠安放工作。若鋼筋籠過長(zhǎng)，需分段下放，并在孔口焊接連接，安裝鋼筋籠時(shí)應(yīng)采取有效措施保證鋼筋籠標(biāo)高準(zhǔn)確。

5.3.5灌注混凝土

采用商品混凝土，素混凝土樁采用低標(biāo)號(hào)的超緩凝混凝土，鋼筋混凝土樁采用普通混凝土。澆筑采用直升導(dǎo)管法，導(dǎo)管口距混凝土面的高度保持在2m內(nèi)，澆筑要連續(xù)，中斷時(shí)間不得超過45min。導(dǎo)管提升時(shí)不得碰撞鋼筋籠，距套管口8m以內(nèi)時(shí)每1m振搗一次。

5.3.6拔管成樁

鋼套管隨混凝土灌注逐段起拔，應(yīng)注意始終保持套管底低于混凝土面≥2.5m，起拔套管應(yīng)搖動(dòng)慢拔，保持套管順直。

5.4　質(zhì)量控制措施

5.4.1孔口定位誤差的控制

在鉆孔咬合樁樁頂以上設(shè)置混凝土或鋼筋混凝土導(dǎo)墻，鉆機(jī)就位后，將第一節(jié)套管插入定位孔并檢查調(diào)整，使套管周圍與定位孔之間的空隙保持均勻。

5.4.2樁垂直度的控制

鉆孔垂直度偏差必需滿足英國(guó)樁基規(guī)范和新加坡相關(guān)規(guī)定。成孔過程中要控制好樁的垂直度，必須抓好以下兩個(gè)環(huán)節(jié)的工作：

(1)套管的順直度檢查和校正

施工前在平整地面上進(jìn)行套管順直度的檢查和校正，首先檢查和校正單節(jié)套管的順直度，然后將按照樁長(zhǎng)配置的套管全部連接起來進(jìn)行整體順直度的檢查，要求偏差小于10mm。

檢測(cè)方法：于地面上測(cè)放出兩條相互平行的直線，將套管置于兩條直線之間，然后用線錘和直尺進(jìn)行檢測(cè)。

(2)成孔過程中樁的垂直度監(jiān)測(cè)和檢查

①地面監(jiān)測(cè)：在地面選擇兩個(gè)相互垂直的方向采用經(jīng)緯儀監(jiān)測(cè)地面以上部分套管的垂直度，發(fā)現(xiàn)偏差隨時(shí)糾正。這項(xiàng)檢測(cè)在每根樁的成孔過程中應(yīng)自始自終堅(jiān)持，不能中斷。

②孔內(nèi)檢查：每節(jié)套管壓完后安裝下一節(jié)套管之前，都要停下來用測(cè)斜儀或“測(cè)環(huán)”進(jìn)行孔內(nèi)垂直度檢查，不合格時(shí)需進(jìn)行糾偏，直至合格才能進(jìn)行下一節(jié)套管施工。

③終孔檢查：每根樁成孔完畢，必須進(jìn)行垂直度檢測(cè)，選取兩個(gè)相互垂直的方向進(jìn)行測(cè)量，垂直度必須小于0.3%。

5.4.3孔內(nèi)沉渣控制

通過計(jì)算套管底至地面高度可準(zhǔn)確計(jì)算孔深，然后通過實(shí)測(cè)孔深得出孔內(nèi)沉渣厚，確保孔內(nèi)沉渣厚不超過10cm。

5.4.4超緩凝混凝土控制

超緩凝混凝土是全套管咬合樁施工成敗的關(guān)鍵，需注意以下幾點(diǎn)：

(1)充分考慮施工工藝、地質(zhì)條件、樁徑、樁深等參數(shù)，準(zhǔn)確測(cè)定單樁成樁時(shí)間，進(jìn)而確定超緩凝混凝土的緩凝時(shí)間；

(2)施工時(shí)，嚴(yán)格根據(jù)溫度、濕度等條件，及時(shí)調(diào)整配合比參數(shù)，確保混凝土質(zhì)量；

(3)采用復(fù)合型的高效緩凝減水劑，根據(jù)混凝土性能要求，確定減水劑和摻合料摻量。

6　結(jié)語

新加坡地鐵湯申線T217項(xiàng)目Napier車站位于繁華的市區(qū)和交通主干道上，車流量大，道路周邊地形復(fù)雜，四周重要建筑物多，這對(duì)基坑圍護(hù)施工提出了非常苛刻的要求。采用全套管全回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)施工咬合樁，基本上沒有泥漿，低噪音，現(xiàn)場(chǎng)整潔，文明施工符合新加坡相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，有效減少了基坑開挖施工對(duì)周邊道路和既有建筑物的不利影響。咬合樁自2014年10月開始施工，根據(jù)基坑開挖道路分流改線計(jì)劃(分四次導(dǎo)流)，基坑共分為四期開挖，目前已經(jīng)全部施工完成。采取坑內(nèi)抽水試驗(yàn)、基坑開挖等方式進(jìn)行質(zhì)量檢查，坑內(nèi)抽水試驗(yàn)坑外觀測(cè)井水位下降低于1m，滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求，開挖后揭示樁體相互咬合緊密，搭接部位沒有分叉，沒有滲漏情況發(fā)生，咬合樁施工質(zhì)量、安全及文明施工形象得到新加坡陸路交通管理局的認(rèn)可。