復(fù)雜地質(zhì)鉆孔灌注樁鋼筋籠外套鋼絲網(wǎng)施工技術(shù)

黃少東

(中鐵十九局集團(tuán)軌道交通工程有限公司 北京 101300)

1 工程概況

南寧市某地鐵車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)及附屬結(jié)構(gòu)施工期間遇全風(fēng)化粉砂巖地層，且該地層局部處于古河道沉積地段，地層含水量較大，圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工期間，在地下水及泥漿的作用下，全風(fēng)化粉砂巖發(fā)生較為明顯的蠕變效應(yīng)，塌孔問題顯現(xiàn)，混凝土灌注嚴(yán)重超方。為保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，避免在后期車站基坑開挖過程中由于塌孔造成的混凝土塌陷侵入車站主體結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)，對(duì)車站施工安全及進(jìn)度造成不利影響，創(chuàng)新采用了鉆孔灌注樁鋼筋籠外套密目鋼絲網(wǎng)的施工技術(shù)，有效解決了圍護(hù)結(jié)構(gòu)成孔及灌注過程中出現(xiàn)的塌孔現(xiàn)象，保障了車站主體結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度及安全質(zhì)量[1-2]。

2 施工方案

本方案是按照成樁尺寸定制密目鋼絲網(wǎng)，如:φ1000鉆孔灌注樁即可采用鋼絲網(wǎng)卷制成DN1000的鋼絲網(wǎng)桶，套在鋼筋籠外側(cè)，通過灌注樁鋼筋籠與鋼絲網(wǎng)桶之間加密保護(hù)層定位筋或附加鋼筋支撐骨架，保證保護(hù)層的厚度。

在成孔后，密目鋼絲網(wǎng)與鋼筋籠一起吊放入孔，隨著混凝土的灌注，粗骨料將密目鋼絲網(wǎng)的網(wǎng)孔堵塞，限制了后續(xù)混凝土骨料及水泥漿從鋼絲網(wǎng)網(wǎng)孔外漏，起到了很好的塑形效果，且密目鋼絲網(wǎng)在加密定位筋或附加鋼筋骨架的作用下，對(duì)護(hù)壁起到一定的支撐作用，從而避免因地質(zhì)不良的原因，造成塌孔，導(dǎo)致混凝土超方嚴(yán)重[3]。在發(fā)生少量護(hù)壁坍塌時(shí)，密目鋼絲網(wǎng)阻止外部坍塌下來的大粒徑土石顆粒進(jìn)入鋼絲網(wǎng)內(nèi)部，小粒徑的土石顆?？呻S著混凝土的灌注，逐步頂升至樁頂，從而保證樁體范圍內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)因局部護(hù)壁坍塌造成的夾泥夾渣層的現(xiàn)象，保證了樁身的完整性及混凝土的施工質(zhì)量[4]。如圖1所示。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程(見圖2)

圖2 施工工藝流程

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 鉆孔灌注樁鋼筋籠制作

鋼筋籠加工制作按照常規(guī)鉆孔灌注樁鋼筋籠施工工藝制作即可，在制作工程中應(yīng)注意保護(hù)層定位筋的布設(shè)間距應(yīng)均勻(推薦間距50 cm一道)，焊接牢固，每個(gè)斷面的保護(hù)層定位筋不少于6個(gè)。

3.2.2 密目鋼絲網(wǎng)固定方式

(1)焊接鋼筋骨架。在孔壁易發(fā)生嚴(yán)重縮頸、坍塌的復(fù)雜地質(zhì)條件下，可在鋼筋籠外側(cè)加焊一道與圍護(hù)樁鋼筋籠配筋相同的簡(jiǎn)易鋼筋骨架，該鋼筋骨架配筋可參照鋼筋籠配筋適當(dāng)減少或與設(shè)計(jì)單位進(jìn)行確認(rèn)，以滿足施工過程中保證護(hù)壁穩(wěn)定，臨時(shí)支撐護(hù)壁為目的[5]。附加鋼筋骨架與灌注樁鋼筋籠之間采用與主筋同型號(hào)的7 cm長(zhǎng)(灌注樁鋼護(hù)層厚度)的架立筋進(jìn)行連接固定，布置間距約50 cm一道，每根附加鋼筋主筋位置均設(shè)置一根架立筋，見圖3。

圖3 鋼筋籠外圈附加固定鋼絲網(wǎng)用鋼筋骨架示意

(2)加密安裝保護(hù)層定位筋。在地層土體具備一定自穩(wěn)能力的條件下時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況采用徑向加密鋼筋籠定位筋(推薦每個(gè)截面不少于6個(gè)保護(hù)層定位筋，豎向間距不大于50 cm)的方法固定鋼絲網(wǎng)，使鋼絲網(wǎng)具備一定的支撐能力，保證成樁的真圓度；當(dāng)護(hù)壁出現(xiàn)縮頸或少量坍塌的情況下，建議加密支撐定位筋，可以起到一定程度的護(hù)壁支撐效果，保證混凝土灌注樁的成樁質(zhì)量，見圖4。

圖4 加密鋼筋籠定位筋形式固定鋼絲網(wǎng)示意

3.2.3 密目鋼絲網(wǎng)的連接、固定

廠制密目鋼絲網(wǎng)進(jìn)場(chǎng)后，嚴(yán)格檢查鋼絲網(wǎng)的鋼絲直徑、孔眼大小，確認(rèn)合格后方可應(yīng)用于結(jié)構(gòu)上。密目鋼絲網(wǎng)與鋼筋骨架或加密的保護(hù)層定位筋采用鐵線綁扎連接固定。

(1)鋼絲網(wǎng)與附加鋼筋骨架或加密的定位筋連接節(jié)點(diǎn)可設(shè)置于附加鋼筋骨架的架立筋位置或附加定位鋼筋的定位筋位置，間距均為50 cm，每個(gè)斷面設(shè)置不少于6個(gè)連接節(jié)點(diǎn)，連接可采用比鋼絲網(wǎng)大一個(gè)規(guī)格的鐵線固定，接頭設(shè)于內(nèi)側(cè)，以免劃傷護(hù)壁[6-7]。

(2)鋼絲網(wǎng)接頭分為縱向接頭和橫向接頭，接頭位置采用比鋼絲網(wǎng)大一個(gè)規(guī)格的鐵線連接，間距控制在10 cm左右，鋼絲網(wǎng)搭接長(zhǎng)度不少于兩個(gè)網(wǎng)格，接頭應(yīng)設(shè)于內(nèi)側(cè)，以免劃傷護(hù)壁。

3.2.4 鉆孔樁成孔

成孔作業(yè)可根據(jù)地質(zhì)條件及周邊作業(yè)環(huán)境特點(diǎn)選擇不同的鉆機(jī)進(jìn)行作業(yè)，施工工藝及作業(yè)要求同常規(guī)鉆孔灌注樁成孔作業(yè)要求[8]。

在富水軟弱圍巖、淤泥質(zhì)土地層等不良地質(zhì)條件下施工鉆孔灌注樁，塌孔現(xiàn)象極為嚴(yán)重、成孔十分困難時(shí)，可采用全護(hù)筒旋挖鉆機(jī)配合套有鋼絲網(wǎng)的鋼筋籠工藝進(jìn)行成孔作業(yè)。

3.2.5 已套好鋼絲網(wǎng)的鋼筋籠吊裝入孔

鋼筋籠吊裝采用常規(guī)方法吊裝，考慮到密目鋼絲網(wǎng)對(duì)鋼筋籠變形起到一定的束縛效果，吊點(diǎn)的設(shè)置應(yīng)根據(jù)鋼筋籠長(zhǎng)度適當(dāng)加密，以盡量減少鋼筋籠因起吊過程中，受力不均引起的鋼筋籠變形，導(dǎo)致附著在鋼筋籠外側(cè)的密目鋼絲網(wǎng)因過大變形產(chǎn)生脫落現(xiàn)象[9-10]。

由于鋼筋外側(cè)已被密目鋼絲網(wǎng)包裹，吊點(diǎn)位置需提前預(yù)留一個(gè)卸扣安裝的位置，以便卸扣與鋼筋籠有效連接。

3.2.6 清孔后澆筑水下混凝土

與常規(guī)水下混凝土澆筑施工工藝相同，為避免密目鋼絲網(wǎng)在浮力作用下上浮、變形甚至脫落，混凝土澆筑過程中要特別注意澆筑速度的控制，保持勻速澆筑。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

在一般地層中，鉆孔灌注樁的充盈系數(shù)小于1.1；在軟弱地層中，充盈系數(shù)可達(dá)到1.3甚至更大，充盈系數(shù)是體現(xiàn)混凝土超灌量的量化系數(shù)，以直徑1 m，樁長(zhǎng)25 m的鉆孔灌注樁為例，在軟弱地層中，設(shè)計(jì)混凝土灌注量為:

設(shè)計(jì)灌注量=3.14×0.5×0.5×25=19.625m3

按照充盈系數(shù)1.3計(jì)，實(shí)際灌注量為:

實(shí)際灌注量=19.625×1.3=25.513 m3

C35，P8商品混凝土按照340元/m3計(jì)，可知:

超方混凝土材料成本=實(shí)際混凝土材料成本-設(shè)計(jì)混凝土材料成本，即:

超方混凝土材料成本=(25.513-19.625)×340=2 001.92元

超方混凝土人工費(fèi)成本=(25.513-19.625)×45=264.96元

超方混凝土成本合計(jì)=材料成本+人工費(fèi)成本=2 001.92+264.96=2 266.88元

成品密目鋼絲網(wǎng)按照20元/m2計(jì)，直徑1 m，25 m長(zhǎng)的鋼筋籠密目鋼絲網(wǎng)的成本為:

密目鋼絲網(wǎng)材料成本=3.14×1×25×20=1 570元

密目鋼絲網(wǎng)人工成本=40元/鋼筋籠

密目鋼絲網(wǎng)成本合計(jì)=材料成本+人工成本=1 570+40=1 610元

若采用工廠定制或委外加工，密目鋼絲網(wǎng)成本可進(jìn)一步降低。

單根灌注樁可節(jié)約成本:超方混凝土材料成本-密目鋼絲網(wǎng)成本=2 266.88-1 610=656.88元

在易發(fā)生塌孔或溶洞發(fā)育的地層中，充盈系數(shù)將進(jìn)一步加大，采用該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效果將更為顯著。

4.2 社會(huì)效益

本施工技術(shù)不僅解決了復(fù)雜地質(zhì)條件下鉆孔灌注樁混凝土灌注超方造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失及在灌注過程中發(fā)生護(hù)壁坍塌，土石顆粒侵入樁體范圍內(nèi)造成樁體出現(xiàn)“夾層”現(xiàn)象而影響樁體質(zhì)量的問題；對(duì)于在地鐵圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工的應(yīng)用中，避免了由于塌孔問題引起的車站基坑開挖過程中需鑿除大量的侵入車站主體結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)的鉆孔灌注樁混凝土的問題，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量、車站結(jié)構(gòu)施工安全及進(jìn)度控制起到了積極的作用；且該技術(shù)增強(qiáng)了灌注樁的整體性，一定程度上強(qiáng)化了灌注樁的抗剪能力[11]。

4.3 環(huán)境效益

(1)有效解決了混凝土的超方問題，節(jié)省了混凝土的使用量，順應(yīng)國(guó)家大政方針，在節(jié)能減排方面起到積極作用。

(2)由于粗骨料堵塞鋼絲網(wǎng)網(wǎng)眼后，限制了后續(xù)混凝土的外漏，降低了水泥砂漿的流失，避免了由于水泥砂漿與地下水混合后污染地下水，保護(hù)了地下水資源[12]。

5 結(jié)束語(yǔ)

由中鐵十九局集團(tuán)軌道交通工程有限公司施工的南寧某地鐵車站項(xiàng)目，由于本工程全風(fēng)化粉砂巖地層所處位置地勢(shì)較低，且為溝渠回填區(qū)，在水的作用下，全風(fēng)化粉砂巖層出現(xiàn)較為明顯裂解、蠕變狀態(tài)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工期間，發(fā)生多次塌孔情況，給圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量及進(jìn)度帶來極大的不利影響。在附屬圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔灌注樁的施工中，對(duì)于該部分的鉆孔灌注樁，我單位采取了全護(hù)筒旋挖鉆機(jī)+鋼筋籠外套鋼絲網(wǎng)的施工工藝，有效解決了潛在施工風(fēng)險(xiǎn)并有效控制了混凝土超方問題，給項(xiàng)目本身帶來了較大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益；對(duì)于其他部位的鉆孔灌注樁，我單位根據(jù)地質(zhì)條件和地下水情況，部分采取了鋼筋籠外套鋼絲網(wǎng)的施工工藝，始終將充盈系數(shù)控制在1.1以內(nèi)，施工質(zhì)量、進(jìn)度及經(jīng)濟(jì)效果均較為顯著。