深圳地铁香蜜湖车站大直径钻孔咬合桩施工

深圳地铁香蜜湖车站大直径钻孔咬合桩施工摘要介绍深圳地铁香蜜湖车站围护结构采用大直径钻孔咬合桩的机械选型、施工工艺及施工要点。

关键词地铁车站围护结构机械选型施工工艺1 工程概况深圳地铁香蜜湖车站为整体灌筑的双层矩形框架钢筋混凝土地下二层岛式站, 明挖顺作法施工, 深基坑围护结构采用钻孔咬合桩支护。

主体结构轮廓全长238. 1 m , 宽19. 1 ～22. 9 m , 基坑开挖深度15.1 ～21. 5 m , 共设置522 根<1 200 mm 钻孔咬合桩,其中一序桩253 根,内置矩形钢筋笼,桩长18. 1 ～22. 6 m , 底板下入土深度4 m ; 二序桩269 根, 内置圆形钢筋笼, 桩长20. 1 ～26. 6 m , 底板下入土深度6 ～8 m 。

标准段一、二序桩交错布置,相互咬合,咬合厚度200 mm , 桩中心间距1 000 mm 。

拐角部位采用组合排桩, 相切不咬合, 相切处外缘设<550 mm 旋喷桩堵水。

香蜜湖车站址区为冲积平原, 站区范围内覆第四系全新统人工堆积层,冲积层及第四系中更新统残积层,下伏燕山期花岗岩。

地层自上而下分别为素填土、粘土、砾砂、砾质粘性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩,其中砂砾层最厚达9. 0 m 。

地下水埋深1. 0 ～3. 4 m , 对混凝土具有弱酸性、弱分解性及弱溶解性腐蚀。

2 钻孔咬合桩施工2. 1 超缓凝混凝土咬合桩主要利用超缓凝混凝土的缓凝特性,通过加入HIP 系列缓凝减水剂和粉煤灰等混凝土外加剂, 配制60～72 h 初凝的混凝土, 混凝土坍落度控制在180～200 mm 。

第一序桩灌筑C20 缓凝混凝土后,第二序桩完成切割一序桩200 mm , 并成孔灌筑C25 混凝土,使两序桩的混凝土咬合,形成连续桩墙。

2. 2 机械选型通过调查、比选, 国产MZ 系列和日本产M 系列套管钻机都能满足成桩垂直度3 ‰ 的精度要求,同时具有定位速度快、灵活、下压力大、施工噪声小等特点。

根据施工进度,安排3 台日本产M1500 型全套管钻机和2 台MZ 2 型全套管磨桩机施工。

M1500 型钻机整体性好,由主机、冲抓斗、液压系统、套管组成,由50T 吊车配合完成桩的钻进、出土、下钢筋笼以及混凝土的灌筑。

MZ 2 型钻机较M1500 型钻机轻便, 由液压系统、套管、抓斗组成, 该机械需另配吊车完成出土, 吊放钢筋笼、导管及灌筑混凝土。

套管外缘尺寸为<1 180 mm , 刀头外缘<1 200 mm , 套管内径<1 080 mm 。

2. 3 单机成桩时间及钻孔顺序单机成桩需12 h 左右,分别为:桩机就位30 min →压入并校正第一节套管60 min →压管钻进冲抓成孔360 min →吊放钢筋笼30 min →吊放混凝土导管30 min →灌筑混凝土180 min →拔套管移机30 min 。

考虑不可预见因素的影响,单机成桩时间按16 h 控制。

钻孔顺序需由单机成桩时间和混凝土缓凝时间来确定,如图1 所示。

图1 钻孔顺序图钻孔作业时,钻机从拐角处相切桩开始,钻孔顺序为:1(一序) →2(二序) →3(一序) →4(二序) →5(一序) →6(二序) 。

1 号桩超缓凝混凝土灌筑完成后,要经过左右侧两次切割,其中右侧第二次切割时间为最不利时间,其受控制时间为:1 号桩灌筑混凝土3 h ,2 号桩施工16 h ,3 号桩施工16 h ,4 号桩下压套管7.5 h , 合计42. 5h , 该时间小于超缓凝混凝土的最短缓凝时间60 h 。

2. 4 钻孔和钢筋定位(1) 钻孔定位根据全套管钻机尺寸要求及考虑桩体变形和施工误差,外放后的桩位作为咬合桩导墙中线。

导墙采用C20 钢筋混凝土结构。

M 1500 钻机有自动调平系统,MZ 2 钻机要人工配合调平,移动调平支稳钻机后,使桩机钻头准确对准桩位中心。

钻机对位后,吊安第一节套管,套管中心与桩中心偏差小于2 cm , 控制套管安放的垂直度,采用2 个测斜仪附贴在套管外壁的两垂直方向进行校核,并通过相互垂直的2 台经纬仪复核后,方可下压套管,成孔全过程由2 台经纬仪监控,发现倾斜及时纠正。

(2) 钢筋笼定位香蜜湖车站主体为复合式结构,围护结构咬合桩在主体结构底板、中板和顶板处预埋半环形钢板,与主体结构主筋焊接连成一体共同受力,因而钢筋笼的定位尤为重要。

在钢筋笼外侧加焊定位耳形钢筋,一是利于定位, 另保证保护层厚度,减小钢筋笼与套管内壁的摩擦阻力,有效控制钢筋笼上浮;主筋采用机械连接或闪光对焊,加强圆形箍筋焊接质量,提高钢筋笼加工制作的工艺水平;起吊钢筋笼时,采用3 点同时起吊,防止钢筋笼扭转变形;钢筋笼吊放至设计高程后,采用悬吊钢筋焊接固定在孔口型钢上,起拔套管时断开;桩底由于抓斗作业扰动,砾质粘性土易遇水软化,在套管入土深度达到设计高程后,清除孔底虚土及沉渣,投放20～30 cm 厚碎石,有效防止钢筋笼下沉;在钢筋笼底部焊接抗浮钢板,减少混凝土灌筑过程中钢筋笼上浮;成孔后套管随混凝土灌筑逐段起拔,采用多转动(套管) 慢拔, 杜绝一个方向转动套管,保证套管起拔中顺直,严禁强行起拔;根据全套管钻机操作规程要求,设计钢筋笼外径与套管内径间距4 cm 过小,易造成套管起拔时,钢筋笼上移偏位,实际操作中经设计认可后,适当调整钢筋笼半径尺寸和箍筋间距。

2. 5 施工工艺流程在钻孔桩成孔过程中,第一序C20 钢筋混凝土桩其套管在液压系统和机械手的作用下进行正反扭动加压下切,管内抓斗取土,使套管压入至桩的设计深度, 形成全套管护壁成孔,然后吊放矩形钢筋笼,灌筑C20 超缓凝混凝土。

第二序C25 钢筋混凝土桩在相邻2 个一序桩之间切割成孔,吊放圆形钢筋笼,施作C25 钢筋混凝土,混凝土采用水下混凝土灌筑工艺。

该工艺成孔速度快, 精度高(垂直度控制在3 ‰ 以内) 及桩芯混凝土质量好。

成孔过程中遵循钢套管超前,能有效克服管涌现象,保证成桩质量。

咬合桩施工工艺流程见图2 。

2. 6 水下混凝土灌筑钻孔咬合桩混凝土施工采用水下混凝土灌筑工艺。

导管采用壁厚3 mm , 直径<150 mm 的无缝钢管制作, 每节长度2 m ,2 节之间用双螺纹丝扣连接,导管使用前试拼试压,水压力0. 6 ～1. 0 MPa , 导管底部距孔底0. 3 ～0. 5 m 。

首批混凝土必须一次性埋设导管0. 8 ～1. 0 m , 约3. 0 m3 。

在开始灌筑混凝土时灌筑速度不宜过快,否则易使钢筋笼上浮。

灌筑过程中随着混凝土的上升,适时提升和拆卸导管,导管底端埋入混凝土面以下2 ～4 m , 并不得小于1 m , 以免导管埋置过深,造成拔不起管,使钢筋笼上浮;埋深过浅易将导管拔出混凝土面,造成断桩。

提升导管时避免碰撞钢筋笼,当混凝土埋置钢筋笼3 ～4 m 时,方可提升导管,以防钢筋笼上浮。

为保证桩头质量,最后进行混凝土灌筑时应超灌50 cm , 多余桩头在冠梁施工前凿除。

水下混凝土灌筑应连续进行, 不得中断, 一旦发生机具故障、停电、导管堵塞、进水等事故, 应立即采取有效措施, 保证成桩质量, 同时做好记录。

图2 咬合桩施工工艺流程图3 特殊情况的处理(1) 在施作第二序桩的过程中,由于相邻的第一序桩混凝土处于未初凝状态,随着钻孔加深,第一序桩有可能出现混凝土管涌现象。

克服管涌的技术措施如下。

①合理配制第一序C20 混凝土的坍落度,一般控制在18～20 cm , 减少混凝土坍落度,降低混凝土的流动性。

②依据套管的最大切割下压能力,做到套管始终超前,抓土在后,抓土面离套管底的最小距离必须保持在1.0 m 以上,使孔内留足一定厚度的反压土层,防止管涌产生。

③遇地下水丰富或穿越砂层时应随时观察孔内动态,按少取土多压切的原则操作,发挥全套管跟进的钻孔工艺特点,达到管超前。

④一旦发生管涌,向孔内注水,抑制管涌发生。

(2) 因特殊情况使第二序桩切割成孔困难时的处理措施如下。

①由于特殊情况造成第一序桩混凝土超过初凝时间较长,混凝土强度超过10 MPa 以上时,第二序桩成孔无法切割第一序桩的混凝土,而不能成孔,施工将跳开该桩,继续施工其他能切割的桩,最后沿两桩外侧施工旋喷桩,进行人工成孔。

②咬合桩施工的流水作业中断,迅速移机对未端桩进行切割,单侧咬合面成孔,然后在孔内灌筑河砂拔管形成砂桩,待后续咬合施工至该桩时重新成孔完成连续咬合桩的施工。

③成孔过程如遇孤石,下切无法进行时,改用十字冲击锤击碎孤石; 如冲击无法解决,改用人工爆破处理;如混凝土初凝则按砂桩施工。

④成孔至基岩面时,桩长尚未达到设计要求则改用人工挖孔的办法或上报监理、设计单位,直至满足设计要求。

⑤当成孔精度不能满足垂直度3 ‰ 的要求时,一序桩采用砂桩,然后重新成孔;二序桩采用灌筑混凝土重新成孔,直至达到施工精度要求。

⑥由于一序桩钢筋笼变形而影响二序桩的施工时,采取人工挖孔桩成孔。

4 结语深圳地铁香蜜湖车站钻孔咬合桩施工中达到了成孔垂直度3 ‰ 的精度要求,攻克了钢筋笼的变形、偏位、外套管起拔时钢筋笼的上浮,钢筋笼在混凝土灌筑过程中下沉及混凝土离析、坍落度和超缓凝混凝土初凝时间的控制等技术难关,为二序钢筋笼大直径钻孔咬合桩在深基坑的应用积累了经验。

参考文献1 施仲衡,张弥,王新杰,沈子钧. 地下铁道设计与施工. 第1 版. 西安: 陕西科学技术出版社,19972 孙钧. 城市地下工程活动的环境土工学问题. 地下工程与隧道,20003 中铁十二局集团. 深圳地铁香蜜湖车站施工组织设计. 深圳,2002。