復(fù)合地層導(dǎo)洞內(nèi)成樁工藝研究

魏晨亮

（中鐵隧道股份有限公司，河南 鄭州 450000）

近年來拱蓋法廣泛應(yīng)用地下車站建設(shè)，通常做法是設(shè)置導(dǎo)洞，在洞內(nèi)[2]施做邊樁和中樁，形成穩(wěn)定的受力體系后進(jìn)行車站結(jié)構(gòu)施工，由于洞內(nèi)成樁施工機(jī)械受到限制，加上洞內(nèi)場(chǎng)地狹小。需綜合考慮作業(yè)空間、機(jī)械設(shè)備勞動(dòng)力、成樁工藝等多方面因素，在北京地鐵、沈陽地鐵已有不少成功實(shí)例。但在廣州復(fù)合地層中成孔面臨成孔難、精度難以控制等難點(diǎn)。如何在導(dǎo)洞內(nèi)成樁對(duì)存在的各種難點(diǎn)制定有效對(duì)策，確保安全質(zhì)量可控、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、工效合理，本文以廣州地鐵某拱蓋法車站為工程背景對(duì)此予以探討，旨在為類似工程提供鑒。

1 工程概況

廣州地鐵某拱蓋法施工車站，為地下兩層島式車站，長約280m，標(biāo)準(zhǔn)段寬22.6m，覆土厚度約15m，采用兩聯(lián)拱雙層結(jié)構(gòu)。

圖1 拱蓋法車站施工流程示意圖

2 工程地質(zhì)條件

該段地層自上而下分別為＜1＞雜填土、＜4-2B＞淤泥質(zhì)土層、＜4N-2＞粉質(zhì)粘土層、＜3-1＞粉細(xì)砂層、＜5N-2＞硬塑狀碎屑巖殘積粉質(zhì)粘土層、＜6＞全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、＜7-3＞強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、＜8-3＞中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。車站拱頂基本位于7號(hào)地層，巖石強(qiáng)度為12-16MPa，其余部位基本位于8 號(hào)地層，巖石強(qiáng)度為25-30 MPa。

3 成樁工藝研究

邊樁及中樁成樁工藝主要有機(jī)械[3]成孔和人工挖孔樁。

3.1 鉆孔灌注樁實(shí)驗(yàn)

洞內(nèi)鉆孔施工受導(dǎo)洞空間的限制，選型應(yīng)充分考慮鉆機(jī)性能及其空間適應(yīng)性等問題，根據(jù)地質(zhì)條件，滿足空間尺寸要求，與地質(zhì)匹配，鉆機(jī)效率高、重量輕且移動(dòng)方便，利于文明施工。

圖2 邊樁設(shè)置設(shè)計(jì)圖

1） 全套管鉆機(jī)，露天試驗(yàn)，施工中采用反循環(huán)工藝，需大型泥漿循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備，垂直度偏差大，施工綜合功為0.1m/小時(shí)，施工準(zhǔn)備、更換鉆頭及移機(jī)10h，樁按16m 考慮，施工一根樁需要90h，施工效率低。2） 全液壓反循環(huán)鉆機(jī)，基坑內(nèi)試驗(yàn)，施工中采用反循環(huán)工藝，需大型泥漿循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備，垂直度偏差大（可增加配重），施工綜合功為0.3m/小時(shí)，鉆頭磨損快，施工準(zhǔn)備、更換鉆頭及移機(jī)8h，樁按16m 考慮，施工一根樁需要61h，施工效率低。3） 全液壓履帶反循環(huán)鉆機(jī)，鉆孔直徑可調(diào)整（0.6m～3m）。鉆進(jìn)壓力僅為幾噸，適用于土層或砂夾卵石層，無法在巖石地層成樁。4） 反頂超低旋銑鉆機(jī)，鉆孔最大直徑1.8m，正循環(huán)工藝，鉆孔先鉆導(dǎo)向孔直徑250mm，深度大于大孔深度。換大刀盤擴(kuò)孔至深度要求。鉆、擴(kuò)孔時(shí)注入冷卻水，碎末由泥漿泵抽出，處理后水可繼續(xù)使用，施工效率0.12m/小時(shí)。

表1 成樁設(shè)備比選表

3.2 鋼管樁

采用錨固鉆機(jī)，邊樁規(guī)格：φ300@1000、雙排。成樁效率：8 號(hào)地層4h/根，樁長16 米。存在問題：孔底沉渣厚，采用注漿泵或者特殊的污水泵抽出。需設(shè)置專門泥漿箱，鉆孔基本滿足需要，混凝土批量澆筑。

圖3 邊樁尺寸和錨固鉆機(jī)

3.3 軟土人工挖孔樁

放好樁位，破除小導(dǎo)洞[4]仰拱初支，修筑高度不少于10cm 護(hù)肩，采用分節(jié)挖土，分節(jié)支護(hù)（若需要），用鐵鍬等把渣土裝入吊桶，用提升架提升至地面。

3.4 巖石水磨鉆人工挖孔樁

采用水磨鉆人工挖孔施工小導(dǎo)洞內(nèi)[5]樁基，先用水磨鉆沿樁孔輪廓抽芯，再用劈裂機(jī)劈裂巖芯。不設(shè)挖孔樁護(hù)壁。

4 邊樁內(nèi)力計(jì)算

圖4 水磨鉆人工挖孔樁圖

圖5 拱腳以下5m 為<7>號(hào)層

1） 1200@3000 砼邊樁位移、內(nèi)力計(jì)算；

2） 300@500 鋼管邊樁位移、內(nèi)力計(jì)算；

拱蓋法車站邊樁采用混凝土樁和鋼管樁，內(nèi)力及側(cè)向土壓力均滿足要求，300 鋼管樁邊樁相對(duì)偏柔。

5 施工工藝對(duì)比

1） 小導(dǎo)洞施工空間較小，機(jī)械鉆孔樁不能選用大型設(shè)備，在廣州復(fù)合地層施工難度較，人工挖孔樁地層適應(yīng)性廣。機(jī)械成孔施工安全優(yōu)于人工挖孔樁。若樁深控制在中風(fēng)化地層中，適當(dāng)減少樁長，及時(shí)做好護(hù)壁及降水，可以保證安全。2） 鉆機(jī)成孔采用機(jī)械化作業(yè)，單孔工效較高，導(dǎo)洞內(nèi)凈空狹小且鉆機(jī)數(shù)量有限，綜合工效低于人工挖孔樁。且采用人工挖孔樁，中柱梁體系等施工可與邊樁的施工平行作業(yè)。初步計(jì)算，小導(dǎo)洞內(nèi)機(jī)械成孔比人工挖孔樁多近3 個(gè)月，人工挖孔樁工期優(yōu)勢(shì)明顯。3） 人工挖孔樁費(fèi)用較高，相對(duì)于鉆孔樁，綜合對(duì)比費(fèi)用需增加約120 萬元。在廣州復(fù)合地層拱蓋法的邊樁選型中，人工挖孔樁工藝簡單對(duì)地層的適應(yīng)性較強(qiáng)，樁身質(zhì)量可靠且工期短，綜合費(fèi)用相對(duì)較高。鉆孔樁采用機(jī)械成孔，安全性較高且綜合造價(jià)低，但工藝復(fù)雜、作業(yè)環(huán)境差、工期長、樁身質(zhì)量不易控制，對(duì)地層的適應(yīng)性差。鋼管樁施工速度快，但工程費(fèi)用高。三種工法各有長短和利弊，在實(shí)際工程應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地地層條件、工期、造價(jià)等情況進(jìn)行綜合比較后確定。

圖6 拱腳以下為<8>號(hào)層

圖8 拱腳以下為<8>號(hào)層

綜合施工環(huán)境及水文地質(zhì)情況，車站范圍主要以＜7-3＞強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、＜8-3＞中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖地質(zhì)為主，地層穩(wěn)定，優(yōu)先采用人工挖孔樁，樁身長度進(jìn)入中風(fēng)化巖層1-2 米。

6 結(jié)語

1） 洞內(nèi)狹小空間施工需要對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行綜合比選，使其滿足洞內(nèi)狹小空間的泥漿、設(shè)備、吊裝和施工組織的要求；2） 機(jī)械成孔的同時(shí)需綜合考慮地質(zhì)條件、施工效率及工程經(jīng)濟(jì)性，在地質(zhì)允許的條件下優(yōu)選人工挖孔樁；3） 優(yōu)化樁基施工工藝，確保施工安全，施工精度滿規(guī)范要求，滿足混凝土灌注連續(xù)、快速的要求；4） 過程中還需加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，合理安排施工順序，確保管線、地表建筑物沉降滿足要求。