潛孔錘在地鐵車站入巖樁基工程中的應用

段浩杰 孟佑強 曹哲

中鐵隧道局集團有限公司 廣東 廣州 510000

近年來,潛孔錘施工工藝在國內(nèi)外都取得了一定的應用,隨著使用范圍逐年增加,潛孔錘施工技術也是日漸完善[2]。在城市地鐵車站入巖樁基施工中潛孔錘也得到了廣泛應用。本文以深圳地鐵某車站入巖樁為例簡要說明潛孔錘技術在入巖樁基施工中的應用以及相關的注意事項。

1 工程概況

車站位于龍崗大道和鐵東路交叉路口的西南側(cè)、地鐵3號線高架橋與龍崗大道布吉高架橋夾持的龍崗大道西側(cè)道路下方，沿龍崗大道呈西南-東北方向布置?，F(xiàn)狀地標高面為24.11～25.57m。

車站東側(cè)為龍崗大道布吉高架橋及布吉河箱涵，龍崗高架橋橋樁距離車站主體圍護結(jié)構外輪廓水平凈距約為0～2.4m，布吉河箱涵距離車站主體圍護結(jié)構外輪廓最小凈距約為35～37m。西側(cè)為地鐵3號線高架車站及區(qū)間、深圳東站行包房，地鐵3號線高架橋橋樁距離車站主體圍護結(jié)構外輪廓水平凈距約為0.8～6.7m，地鐵3號線布吉站地面電纜夾層距離車站主體圍護結(jié)構外輪廓水平凈距約為1.4～3.5m。

車站右（左）線設計起點里程為DK10+010.729，設計終點里程為DK10+249.729，車站主體長239m。車站主體結(jié)構采用明挖法施工，主體圍護結(jié)構外圍周長約542.8m，標準段基坑寬度為22.3m、深度為26.6m；小里程端盾構井段基坑寬度為24.96m、深度為27.9m，大里程端盾構井段基坑寬度為25.8m、深度為27.6m。圍護結(jié)構采用咬合樁布置見圖1。

圖1 咬合樁平面布置圖

2 設計概況

咬合樁布置形式采用素混凝土樁和鋼筋混凝土樁搭配，車站兩端巖面較高處采用素混凝土樁Φ1000mm、Φ1200mm鋼筋混凝土樁、咬合量300mm；車站中部風化槽段采用素混凝土樁Φ1000mm、Φ1400mm鋼筋混凝土樁、咬合量350mm；當坑底位于塊狀強風化土巖層時，葷樁進入坑底土層7.0m，素樁進入坑底土層7.0m；當坑底位于中等風化巖面分界線以下且微等風化巖面分界線以上時，葷樁進入坑底土層2.5m，素樁進入中風化巖層1.0m；當坑底位于微等風化巖面分界線以下時，葷樁進入坑底土層1.5m，素樁進入微風化巖層1.0m。

鉆孔咬合樁施工采用套管鉆機鉆孔施工，樁和樁之間相互咬合排列，它的排列方式為一個素混凝土A樁和一個鋼筋鋼筋混凝土B樁跳孔布置[3]。施工時先施工A樁后，待A樁達到一定強度后切割掉相鄰A樁相交部分的砼，施做B樁實現(xiàn)咬合，形成無縫接連的“樁墻” 。此施工方法需必須在A樁砼強度達到設計強度30%后開始B樁的施工，即在A樁澆筑混凝土50h后，開始切割A樁施工B樁，其平面示意圖見圖2、圖3。

圖2 咬合樁施工平面示意圖

圖3 咬合樁施工示意圖

3 地質(zhì)情況

原始地貌主要為沖洪積平原，地形較平坦。其中入巖部分地質(zhì)描述為：

塊狀強風化角巖：黃褐色、紅褐色等，風化劇烈，節(jié)理裂隙很發(fā)育，為極軟巖～軟巖；巖體呈碎塊狀，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。揭露層厚1.60～24.60 m，層頂深度8.00～38.00 m，層頂高程-13.01～16.39 m，層底深度12.80～41.30 m，層底高程-16.55～11.82m。

中等風化角巖：青灰色、灰褐色、灰色等，組織結(jié)構部分破壞，礦物成分基本未變，沿節(jié)理面出現(xiàn)次生礦物，風化裂隙發(fā)育。巖石實測飽和單軸抗壓強度值42.6～59.7MPa，標準值為49.3MPa，為較硬巖，巖體完整性指數(shù)實測的平均值約為Kv=0.22，巖體基本質(zhì)量等級評定為Ⅳ級。該層分布于DK10+991.01～DK10+068.46、DK10+188.77～DK10+250.55段。揭露層厚0.70～11.60 m，層頂深度11.50～27.00 m，層頂高程-1.94～12.92 m，局部未揭穿。

微風化角巖：青灰色、深灰色等，原巖結(jié)構和構造基本未變，僅節(jié)理面有鐵錳質(zhì)渲染或礦物略有變色，有少量風化裂隙。巖石實測飽和單軸抗壓強度值75.80～149.90MPa，標準值為104.9MPa，為堅硬巖，巖體完整性指數(shù)實測的平均值約為Kv=0.42，巖體基本質(zhì)量等級評定為Ⅲ級。該層主要分布于DK10+991.01～DK10+147.92、DK10+188.77～DK10+250.55段。揭露層厚2.00～11.00m，層頂深度18.60～39.00m，層頂高程-14.40～5.82m，車站地質(zhì)圖見圖4.

圖4 車站地質(zhì)剖面圖

4 工作原理

潛孔錘鉆頭布滿柱狀合金牙，潛孔錘利用壓縮空氣在潛孔錘身中生出高頻的沖擊，便可將巖石破碎。由于錘頭直徑略小于鋼套管，壓縮空氣可以將潛孔錘錘頭與套管鉆頭破碎后的巖石顆粒與粉塵從錘桿和套管間的空隙向上吹出，從而實現(xiàn)快速高效的破碎孔內(nèi)巖石，此方法克服了樁基中存在硬巖施工困難的問題，大大的提高了樁基中存在硬巖的工效，并且減少了周邊環(huán)境污染。

5 施工流程

5.1 施工準備

(1)作業(yè)人員已接受安全教育培訓并考核合格，接受技術交底并熟知交底內(nèi)容。

(2)雙動力頭多功能鉆機、潛孔錘頭、鉆桿、空壓機及履帶吊等設備已經(jīng)到位且調(diào)試正常，安全文明防護措施到位。

(3)空壓機壓力閥送檢合格及送風管連接緊密。

(4)施工臨時用電及臨時用水準備齊全。

(5)施工前必須測量清楚周邊橋面限高，防止誤碰橋梁。

5.2 鉆機移位

使用全套管全回旋鉆機全回旋鉆機完成土層內(nèi)取土后，必須將鋼套管的倒數(shù)第二節(jié)管口壓至地面上0.2m或0.6m時，才具備將最后一節(jié)套管的連接螺栓拆卸下來后并吊移鉆機的條件。受中風化巖面起伏影響，存在倒數(shù)第二節(jié)套管頂在地面上3m即已經(jīng)到達中風化巖面線情況，而鋼套管鉆機在巖層內(nèi)鉆進效率相對較慢，通常采用將4m套管拔出更換2m或3m長的套管進行調(diào)節(jié)。鋼套管壓入到位后依次拆除配重及反力架，將鉆機吊走進行下一根樁施工，鉆桿連接見圖5。

圖5 鉆桿連接示意圖

5.3 潛孔錘就位

采用低凈空潛孔錘，機身凈高僅11.4m，潛孔錘鉆桿長度分為3m或6m一節(jié)，每節(jié)鉆桿上均預留有直徑10cm扁擔穿孔，使用90t及以上履帶吊將潛孔錘鉆桿吊入鋼套管內(nèi)，通過穿直徑8cm的圓鋼作為扁擔進行分段連接，每節(jié)鉆桿連接口采用插銷固定，如此循環(huán)反復，直至鉆桿接觸到孔底巖面，然后將潛孔錘機身移動至孔邊，通過鉆桿上的動力頭與鉆桿連接，同時將高壓風管與空壓機連接，各組件連接到位后將機身的四個支撐腿打開升高以固定機身，潛孔錘頭見圖6。

圖6 潛孔錘頭示意圖

5.4 潛孔錘施工

施工前先提升動力頭將鉆桿先提起，然后打開5或6臺空壓機為鉆桿為提供高壓空氣，潛孔錘頭貼緊巖面高頻率震動碎巖掘進，同時不停旋轉(zhuǎn)。利用底部的4個出風口將破碎的巖石順著鋼套管璧吹出來，將鉆桿鉆平至地面后，再接長鉆桿繼續(xù)施工，直至達到設計深度。然后移開機身，逐節(jié)將鉆桿從孔內(nèi)吊出，潛孔錘施工見圖7。

圖7 潛孔錘施工圖

5.5 清孔

由于潛孔錘施工的高壓風并不能吹出所有石渣，且孔內(nèi)幾乎無泥漿，采用旋挖機清孔或沖抓斗清孔，對于旋挖機，采用讓鉆頭在孔底旋轉(zhuǎn)不下壓的方式清孔；對于沖抓斗，采用緩慢下放抓斗至孔底抓取的的方式，要求沉渣厚度不大于10cm，質(zhì)量控制標準見表1。

表1 潛孔錘施工的質(zhì)量標準

6 結(jié)束語

本文依托深圳地鐵某車站在樁基施工中應用潛孔錘為例，介紹了施工工程概況及地質(zhì)情況，對潛孔錘工作原理進行了闡述，總結(jié)了潛孔錘在樁基施工中施工流程及施工標準。實踐也證明了潛孔錘在嵌巖樁中成孔速度快、效率高的特點，為其他相關樁基工程總結(jié)了施工經(jīng)驗。但由于潛孔錘施工的高壓風并不能吹出所有石渣，且孔內(nèi)幾乎無泥漿，還需要采用旋挖機清孔或沖抓斗進行清孔。對于第一種，采用讓鉆頭在孔底旋轉(zhuǎn)不下壓的方式清孔[4]；對于第二種，采用緩慢下放抓斗至孔底抓取的的方式。另外，仍需對潛孔錘結(jié)構形式、鉆頭布置進行研究，以更好的適應相應地層，應用于施工，提高社會經(jīng)濟效益。