鉆孔咬合樁施工中常見故障處理技術【摘 要】 天津地鐵3號線華苑主體圍護結構全部采用鉆孔咬合樁,最大樁長深達32.8m,為國內首創。由于鉆孔咬合樁施工技術還不十分完善,如何處理施工中常見的故障,成為廣大施工技術人員普遍關注的問題。文中介紹了鉆孔咬合樁的基本原理,并結合咬合樁的施工實際,分析總結了常見故障的處理方法,為鉆孔咬合樁施工提供了新的思路。 【關鍵詞】 鉆孔咬合樁; 超緩凝混凝土; 管涌1工程概況 天津地鐵3號線華苑站位于迎水道與桂苑路交口處,站北側為規劃中的天大天財科技園和麥迪遜商貿廣場,西側為鑫茂民營科技園,南側為日華里居住區。華苑站為地下島式車站,二柱三跨鋼筋混凝土框架結構,全長200m,標準段基坑凈寬20.54m,深17.9m,地下市政管線錯綜復雜,有電力、雨水、污水、煤氣等共14條管線穿越基坑。地下穩定水位埋深約為2.9m。本基坑地層分布有第四系全新統人工填土層,第Ⅰ陸相層、第Ⅰ海相層、第Ⅱ陸相層及第Ⅲ陸相層。巖性主要為粘性土、粉土及粉砂。各土層的性質、層序、厚度及力學性質見下表。
主體結構深基坑開挖采用鉆孔咬合樁作為圍護結構,樁徑為1000mm,相鄰兩樁咬合量為250mm,樁長為26.8m～32.8m,共有693根樁。咬合樁分為A樁和B樁,A樁為C15超緩凝水下素混凝土樁,B樁為C30水下鋼筋混凝土樁。2鉆孔咬合樁工藝原理 鉆孔咬合樁采用全套管鉆機鉆孔施工,在樁與樁之間形成相互咬合排列的基坑圍護結構。樁的排列方式為A樁和B樁間隔布置,施工時先施工A樁后施工B樁,并要求A樁的超緩凝混凝土初凝之前必須完成B樁的施工。B樁施工時采用全套管鉆機切割掉相鄰A樁相交部分的素混凝土,從而實現咬合。 鉆孔咬合樁有支護、承重和止水三重功能。鉆孔咬合樁施工第一步是在樁頂上部施作混凝導墻,目的是為了提高鉆孔咬合樁孔口的定位精度并提高就位效率。導墻設計為每側寬50cm,厚30cm,強度等級為C20素混凝土。以B樁為例,單樁的施工工藝流程如:平整場地→測量樁位→施工混凝土導墻→套管鉆機就位對中→吊裝安放第一節套管→測控垂直度→壓入第一節套管→校對垂直度→抓斗取土,跟管鉆進→測量孔深→清除虛土,檢查孔底→A樁吊放鋼筋籠→放入混凝土灌注導管→灌注混凝土逐次拔套→測定混凝土面→樁機移位。A型單樁施工工藝與B型樁基本相同,只是沒有吊放鋼筋籠這一工序。樁墻即排樁的施工工藝流程如圖1。3 施工中常見故障的處理方法3.1 樁孔偏斜 (1)發現鋼套管有傾斜趨勢時,立即通過反復搖動、微量扭、挪套管支座等方法將套管傾斜消除在初始狀態。 (2)如垂直度偏斜超過3‰,無法靠樁機本身調整時,采取向孔內填砂,向上拔出套管,重新校正精度和成孔。 (3)無法利用套管鉆機重新成孔時,在待處理樁位的兩側注漿,形成隔滲帷幕攔截地下水。3.2 克服“管涌”的措施 發生管涌有兩種情況:隨著鉆孔深度增加和套管的搖動,淤泥質粘土和礫質粘土在飽和壓力水作用下,軟化呈流塑狀,引起管涌;在B樁成孔過程中,由于A樁混凝土尚未凝固,還處于流動狀態,A樁混凝土有可能從A、B樁相交處涌入B樁孔內,也可能發生管涌(見圖2)。 克服“管涌”有以下幾個方法: (1)在成孔過程中緩沖輕抓,減小對孔底土層的擾動。 (2)A樁混凝土的坍落度應盡量小一些,以便于降低混凝土的流動性。 (3)加長樁機套管,套管底口始終保持超前于開挖面一定距離,孔內留足一定厚度的反壓土層,形成“瓶頸”達到瓶塞效果,阻止混凝土流動。如果鉆機能力許可,這個距離越大越好,但至少不應小于1.0m。 (4)如果遇地下障礙物套管無法超前時,可向套管內注入一定量的水,使其保持一定的反壓力來平衡A樁混凝土的壓力,以阻止“管涌”的發生。 (5)B樁成孔過程中應注意觀察相鄰兩側A樁混凝土頂面,如發現A樁混凝土下陷,則應立即停止B樁開挖,并一邊將套管盡量下壓,一邊向B樁內填土或注水,直到完全制止住“管涌”為止。3.3 遇地下障礙物的處理 鉆孔咬合樁A樁超緩凝土要受到時間的限制,遇到地下障礙物處理起來比較困難,因此它一般適用于軟土地層的地質環境中,而不宜在巖層中施工。施工前必須對地質情況十分清楚,對一些比較小的障礙物,如卵石層,體積小的孤石等,可以先抽干套管內積水,然后再吊放作業人員下去將其清除。當需進行樁端嵌巖時,可采用十字沖錘進行沖擊鉆進至設計標高處。3.4分段施工接頭的處理方法 本基坑主體圍護結構全部采用鉆孔咬合樁,為保證工程進度,現場配備4臺液壓搖動式全套管樁機(簡稱全套管鉆機),為處理好施工段的接頭,實現咬合樁的三重功效,在施工段的端頭設置一個砂樁(成孔后用砂灌滿),后施工段施工時挖出砂灌注混凝土即可,如圖3所示。3.5 事故樁的處理 在鉆孔咬合樁施工過程中,因A樁超緩凝混凝土的質量不穩定出現早凝現象或機械設備故障等原因,造成鉆孔咬合樁的施工未能按正常要求進行而形成事故樁,處理辦法有以下3種: (1)平移樁位單側咬合:B樁成孔施工時,其一側A1樁的混凝土已經凝固,使套管鉆機不能按正常要求切割咬合A1、A2樁,處理方法是向A2樁方向平移B樁位,使套管鉆機單側切割A2樁施工B樁,并在A1樁和B樁外側另增加一根旋噴樁作為防水處理,如圖4所示。 (2)背樁補強:B1樁成孔施工時,其兩側A1、A2混凝土均已凝固,處理方法是放棄B樁的施工,調整樁序繼續后面咬合樁的施工,以后在B1樁外側增加3根咬合樁及兩根旋噴樁作為補強防水處理,并在基坑開挖過程中將A1和A2樁之間的夾土清除,噴上混凝土即可,如圖5所示。 (3)預留咬合鍥口。在B1樁成孔施工中發現A1樁混凝土已有早凝傾向但還未完全凝固時,此時為避免繼續按正常順序施工造成事故樁,可及時在A1樁右側施工一砂樁以預留出咬合鍥口,待調整完成后再繼續后面樁的施工,如圖6所示。4 結束語 (1)本工程地質條件、工程環境復雜,整個基坑處于軟土地區中,且地下水豐富,水位較高,采用咬合樁有較強的針對性,加快了施工進度,保證了施工質量,效果明顯。 (2)采用全套管鉆機成孔,無須排放泥漿,施工現場文明;無縮孔、斷樁等常見的鉆孔灌注混凝土樁的通病。 (3)咬合樁的關鍵工序為全套管成孔和成樁的垂直度控制以及混凝土超緩凝技術。出現故障時,采用上述處理方法,能快速、有效地處理施工過程出現的常見事故,加快了施工進度,保證了施工質量,為鉆孔咬合樁施工提供了新的思路,對同類工程施工有參考和借鑒價值。
主體結構深基坑開挖采用鉆孔咬合樁作為圍護結構,樁徑為1000mm,相鄰兩樁咬合量為250mm,樁長為26.8m～32.8m,共有693根樁。咬合樁分為A樁和B樁,A樁為C15超緩凝水下素混凝土樁,B樁為C30水下鋼筋混凝土樁。2鉆孔咬合樁工藝原理 鉆孔咬合樁采用全套管鉆機鉆孔施工,在樁與樁之間形成相互咬合排列的基坑圍護結構。樁的排列方式為A樁和B樁間隔布置,施工時先施工A樁后施工B樁,并要求A樁的超緩凝混凝土初凝之前必須完成B樁的施工。B樁施工時采用全套管鉆機切割掉相鄰A樁相交部分的素混凝土,從而實現咬合。 鉆孔咬合樁有支護、承重和止水三重功能。鉆孔咬合樁施工第一步是在樁頂上部施作混凝導墻,目的是為了提高鉆孔咬合樁孔口的定位精度并提高就位效率。導墻設計為每側寬50cm,厚30cm,強度等級為C20素混凝土。以B樁為例,單樁的施工工藝流程如:平整場地→測量樁位→施工混凝土導墻→套管鉆機就位對中→吊裝安放第一節套管→測控垂直度→壓入第一節套管→校對垂直度→抓斗取土,跟管鉆進→測量孔深→清除虛土,檢查孔底→A樁吊放鋼筋籠→放入混凝土灌注導管→灌注混凝土逐次拔套→測定混凝土面→樁機移位。A型單樁施工工藝與B型樁基本相同,只是沒有吊放鋼筋籠這一工序。樁墻即排樁的施工工藝流程如圖1。3 施工中常見故障的處理方法3.1 樁孔偏斜 (1)發現鋼套管有傾斜趨勢時,立即通過反復搖動、微量扭、挪套管支座等方法將套管傾斜消除在初始狀態。 (2)如垂直度偏斜超過3‰,無法靠樁機本身調整時,采取向孔內填砂,向上拔出套管,重新校正精度和成孔。 (3)無法利用套管鉆機重新成孔時,在待處理樁位的兩側注漿,形成隔滲帷幕攔截地下水。3.2 克服“管涌”的措施 發生管涌有兩種情況:隨著鉆孔深度增加和套管的搖動,淤泥質粘土和礫質粘土在飽和壓力水作用下,軟化呈流塑狀,引起管涌;在B樁成孔過程中,由于A樁混凝土尚未凝固,還處于流動狀態,A樁混凝土有可能從A、B樁相交處涌入B樁孔內,也可能發生管涌(見圖2)。 克服“管涌”有以下幾個方法: (1)在成孔過程中緩沖輕抓,減小對孔底土層的擾動。 (2)A樁混凝土的坍落度應盡量小一些,以便于降低混凝土的流動性。 (3)加長樁機套管,套管底口始終保持超前于開挖面一定距離,孔內留足一定厚度的反壓土層,形成“瓶頸”達到瓶塞效果,阻止混凝土流動。如果鉆機能力許可,這個距離越大越好,但至少不應小于1.0m。 (4)如果遇地下障礙物套管無法超前時,可向套管內注入一定量的水,使其保持一定的反壓力來平衡A樁混凝土的壓力,以阻止“管涌”的發生。 (5)B樁成孔過程中應注意觀察相鄰兩側A樁混凝土頂面,如發現A樁混凝土下陷,則應立即停止B樁開挖,并一邊將套管盡量下壓,一邊向B樁內填土或注水,直到完全制止住“管涌”為止。3.3 遇地下障礙物的處理 鉆孔咬合樁A樁超緩凝土要受到時間的限制,遇到地下障礙物處理起來比較困難,因此它一般適用于軟土地層的地質環境中,而不宜在巖層中施工。施工前必須對地質情況十分清楚,對一些比較小的障礙物,如卵石層,體積小的孤石等,可以先抽干套管內積水,然后再吊放作業人員下去將其清除。當需進行樁端嵌巖時,可采用十字沖錘進行沖擊鉆進至設計標高處。3.4分段施工接頭的處理方法 本基坑主體圍護結構全部采用鉆孔咬合樁,為保證工程進度,現場配備4臺液壓搖動式全套管樁機(簡稱全套管鉆機),為處理好施工段的接頭,實現咬合樁的三重功效,在施工段的端頭設置一個砂樁(成孔后用砂灌滿),后施工段施工時挖出砂灌注混凝土即可,如圖3所示。3.5 事故樁的處理 在鉆孔咬合樁施工過程中,因A樁超緩凝混凝土的質量不穩定出現早凝現象或機械設備故障等原因,造成鉆孔咬合樁的施工未能按正常要求進行而形成事故樁,處理辦法有以下3種: (1)平移樁位單側咬合:B樁成孔施工時,其一側A1樁的混凝土已經凝固,使套管鉆機不能按正常要求切割咬合A1、A2樁,處理方法是向A2樁方向平移B樁位,使套管鉆機單側切割A2樁施工B樁,并在A1樁和B樁外側另增加一根旋噴樁作為防水處理,如圖4所示。 (2)背樁補強:B1樁成孔施工時,其兩側A1、A2混凝土均已凝固,處理方法是放棄B樁的施工,調整樁序繼續后面咬合樁的施工,以后在B1樁外側增加3根咬合樁及兩根旋噴樁作為補強防水處理,并在基坑開挖過程中將A1和A2樁之間的夾土清除,噴上混凝土即可,如圖5所示。 (3)預留咬合鍥口。在B1樁成孔施工中發現A1樁混凝土已有早凝傾向但還未完全凝固時,此時為避免繼續按正常順序施工造成事故樁,可及時在A1樁右側施工一砂樁以預留出咬合鍥口,待調整完成后再繼續后面樁的施工,如圖6所示。4 結束語 (1)本工程地質條件、工程環境復雜,整個基坑處于軟土地區中,且地下水豐富,水位較高,采用咬合樁有較強的針對性,加快了施工進度,保證了施工質量,效果明顯。 (2)采用全套管鉆機成孔,無須排放泥漿,施工現場文明;無縮孔、斷樁等常見的鉆孔灌注混凝土樁的通病。 (3)咬合樁的關鍵工序為全套管成孔和成樁的垂直度控制以及混凝土超緩凝技術。出現故障時,采用上述處理方法,能快速、有效地處理施工過程出現的常見事故,加快了施工進度,保證了施工質量,為鉆孔咬合樁施工提供了新的思路,對同類工程施工有參考和借鑒價值。