硬巖條件下的鉆孔灌注樁施工機(jī)械比選

硬巖條件下的鉆孔灌注樁施工機(jī)械比選摘要鉆孔灌注樁圍護(hù)是目前項(xiàng)目施工中最常見的基坑支護(hù)方式，而高強(qiáng)度硬巖條件下的鉆孔灌注樁施工則相對(duì)少見。由于受地層情況、成樁方式等因素影響，特別是硬巖條件下的鉆孔灌注樁施工，還要受到巖層強(qiáng)度、施工機(jī)械的影響，鉆孔灌注樁的效率、質(zhì)量、安全管理、文明施工都很難得到有效保障。本文結(jié)合實(shí)例，闡述了南京地鐵寧溧線土建工程TA09標(biāo)遇到硬巖條件下的鉆孔灌注樁施工難題，對(duì)比分析了分別采用全沖擊鉆施工以及旋挖鉆+沖擊鉆組合模式施工的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工的進(jìn)度、質(zhì)量、安全、成本等綜合方面的考慮，最終確定了鉆孔灌注樁的施工方案，希望為今后類似的項(xiàng)目施工提供借鑒。關(guān)鍵字鉆孔灌注樁硬巖沖擊鉆旋挖鉆1工程概述南京地鐵寧溧線土建工程TA09標(biāo)中山東路站，地處南京市溧水區(qū)，在秦淮大道和中山東路的交叉路口。本站呈南北走向，沿秦淮大道東側(cè)跨中山東路布置。本站的設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度為151.8m，站中心里程處的寬度為21.4m，標(biāo)準(zhǔn)段的深度為23.31m，端頭井的深度為25.24m。本站為地下三層結(jié)構(gòu)，包括車站主體部分及車站附屬部分，分別設(shè)置了4個(gè)出入口、1個(gè)安全出入口及2組風(fēng)亭。其中1號(hào)出入口和4號(hào)出入口分別設(shè)在交叉口的東南角和西南角兩處，規(guī)劃為綠化用地；2號(hào)出入口在交叉口的東北角處，規(guī)劃用作行政辦公用地；3號(hào)出入口在交叉口的西北角處，規(guī)劃為商住用地，并結(jié)合設(shè)置了一臺(tái)無障礙電梯。2組風(fēng)亭則分設(shè)在交叉口的東南角及東北角。安全出入口結(jié)合1號(hào)風(fēng)亭設(shè)置，冷卻塔布置在其附近。目前車站已完工。工程總平面示意如圖1所示。4號(hào)出入口3號(hào)出入口2號(hào)出入口2號(hào)風(fēng)亭組1號(hào)風(fēng)亭組1號(hào)出入口圖1工程總平面圖本站的圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用了61200X1400mm的鉆孔灌注樁形式，共計(jì)266根，圍護(hù)樁的布設(shè)形式除南端井全為長(zhǎng)樁外，其余皆是長(zhǎng)短樁間隔的布置。其長(zhǎng)樁樁長(zhǎng)為25m，共計(jì)179根；短樁樁長(zhǎng)則分6.35m和13.1m兩種尺寸，共計(jì)87根，圍護(hù)樁的布置形式如圖2所示。圖2寧溧線TA09標(biāo)中山東路站長(zhǎng)短樁平面布置示意圖本站基坑標(biāo)準(zhǔn)段的開挖深度為23.3m，南北端頭盾構(gòu)工作井的寬度為27.3m,開挖的深度為25.2m，采取混凝土+鋼管內(nèi)支撐的體系，沿著基坑深度方向設(shè)置了四道支撐。除第一道是混凝土支撐外，其余幾道皆為6609X16mm的鋼管樁支撐。依據(jù)地勘報(bào)告上顯示，基坑內(nèi)的巖體主要中風(fēng)化安山巖、強(qiáng)風(fēng)化安山巖為主?；颖眰?cè)70m范圍內(nèi)的地面以下1m是中風(fēng)化安山巖，基坑南側(cè)地面以下9m左右皆中風(fēng)化安山巖，呈坡狀布置。本施工場(chǎng)地處中山東路與秦淮大道交叉路口的東側(cè)，依據(jù)地勘報(bào)告上顯示，擬建場(chǎng)地的地形起伏，有人工改造過。當(dāng)時(shí)本站南北兩邊的房屋皆已拆除，而本站南側(cè)約20m處即為中山河。且中山東路和秦淮大道沿線皆有多處的架空線及地下管線。該場(chǎng)地的地貌單元位于秦淮河古河道區(qū)，發(fā)育有坳溝，是侵蝕堆積平原?；拥陌踩燃?jí)為一級(jí)，施工開挖時(shí)基坑周邊2倍基坑的深度范圍內(nèi)堆載不得超過20KPa，車站圍護(hù)、基坑的工程性質(zhì)見表1所示。表1寧溧線TA09標(biāo)中山東路站圍護(hù)、基坑工程性質(zhì)一覽表

標(biāo)準(zhǔn)段基坑01200x14:00mm灌注樁，第軸以南有&800雙重管旋噴樁24m/25.64/6.35J31w-3中風(fēng)化安山巖第一道是混凝土支撐，第二、三、四道是0609x16鋼管樁支撐13.71mJ31w-3中風(fēng)化安山巖1號(hào)出入口、1號(hào)風(fēng)亭0600x800鉆孔灌注樁，懸臂端0650x450單軸攪拌樁。11.55mJ31w-3中風(fēng)化安山巖1道支撐，風(fēng)亭是0800x600混凝土支1.3?11.4m，集水井深為12.95m。J31w-3中風(fēng)化安山巖撐，出入2口則采用號(hào)出入口、2號(hào)風(fēng)亭0600@800鉆孔灌注樁，0600雙重管旋噴樁樁間止16.55mJ31w-3中風(fēng)化安山巖0609x12鋼管樁支撐。2.3?11.4m，集水井深為13.2mJ31w-3中風(fēng)化安山巖水，咬合200mm。3號(hào)出11.J31w-32道2.3?13.0，集水井J31w-3中依據(jù)地勘報(bào)告上顯示，本站所涉及的特殊巖土主要為填土和殘積土以及風(fēng)化巖。按土層結(jié)構(gòu)及其形狀特征，大致可分為以下幾種：①-1雜填土、①-2素填土、①-3淤泥、淤泥質(zhì)填土、②1b黏土、粉質(zhì)黏土、④-2b2粉質(zhì)黏土。其下主要為J3lw-2強(qiáng)風(fēng)化安山巖和J3lw-3R中風(fēng)化安山巖。而鉆孔灌注樁的樁底正處于中風(fēng)化安山巖中，巖層強(qiáng)度為30~130MPa。本站的鉆孔灌注樁分別是樁長(zhǎng)6.35m，嵌巖為3m；樁長(zhǎng)13.1m,嵌巖為3m；樁長(zhǎng)25m，嵌巖為5?20m，且全部進(jìn)入中風(fēng)化安山巖，巖層強(qiáng)度為80MPa以上。2工程難點(diǎn)南京地鐵寧溧線土建工程TA09標(biāo)中山東路站為一座地下三層結(jié)構(gòu)的島式雙柱3跨車站，本站的南端頭井為盾構(gòu)始發(fā)井，根據(jù)南京地鐵有限責(zé)任公司寧溧線工程管理處以及合同文件的工期節(jié)點(diǎn)要求，工程于2016年3月17日正式開工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)須于2016年6月18日前完成，2016年12月1日將為盾構(gòu)始發(fā)提供條件并移交場(chǎng)地，做盾構(gòu)始發(fā)前的準(zhǔn)備工作。根據(jù)車站地質(zhì)報(bào)告，基坑開挖范圍內(nèi)為中風(fēng)化安山巖，巖層強(qiáng)度高、開挖深度深，需采用爆破法進(jìn)行基坑石方開挖，而爆破法為非常規(guī)的軌道交通車站基坑開挖方式，爆破施工效率、爆破過程中產(chǎn)生的情況、開挖功效等均無法作出準(zhǔn)確的判斷。而根據(jù)要求，盾構(gòu)始發(fā)必須滿足至少完成80m的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)施工時(shí)間固定，加上混凝土等強(qiáng)以及排架拆除和清理時(shí)間固定，為確保盾構(gòu)始發(fā)節(jié)點(diǎn)，首先必須確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工按照工期節(jié)點(diǎn)完成。在高強(qiáng)度硬巖條件下，由于巖面分布線不均勻，常規(guī)的鉆孔灌注樁施工機(jī)械無法在滿足施工進(jìn)度和施工質(zhì)量及施工安全的情況下正常施工，選擇最為合適的鉆孔灌注樁施工機(jī)械，按時(shí)完成車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)，為后續(xù)車站基坑石方爆破開挖以及盾構(gòu)區(qū)間按時(shí)掘進(jìn)創(chuàng)造條件，也是滿足此工程關(guān)鍵工期節(jié)點(diǎn)的首要條件。3鉆孔灌注樁施工機(jī)械比選在保證本站圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔灌注樁的施工進(jìn)度和施工質(zhì)量的前提下，同時(shí)綜合兼顧項(xiàng)目的工程成本、施工安全、文明施工等綜合因素，確保本站的順利完成，需對(duì)鉆孔灌注樁的施工機(jī)械方案進(jìn)行比選優(yōu)化。3.1沖擊鉆施工方案目前市面上能在高強(qiáng)度地層中進(jìn)行鉆孔灌注樁施工的主要機(jī)械為旋挖鉆機(jī)和沖擊鉆機(jī)，其中沖擊鉆機(jī)作為一種比較傳統(tǒng)的鉆機(jī)機(jī)械，有著地層適應(yīng)范圍廣、施工環(huán)境要求小、施工造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)，因此前期在合同簽訂及工程籌劃過程中，考慮到項(xiàng)目成本的因素，首先采用沖擊鉆方案進(jìn)行施工。沖擊鉆施工如圖3。圖3沖擊鉆施工圖本站共計(jì)266根鉆孔灌注樁，初步擬定選用JK8型沖擊鉆進(jìn)行施工。2016年3月17日2臺(tái)樁機(jī)對(duì)2根25m樁進(jìn)行試樁，兩根樁分別耗時(shí)15天和17天，平均每根長(zhǎng)樁需12天。稍后又進(jìn)行了短樁成樁的試驗(yàn)，平均每根短樁耗時(shí)1.5天。前期計(jì)劃此車站投入8臺(tái)沖擊鉆機(jī)，每臺(tái)樁機(jī)配備4人，另需配備一臺(tái)挖掘機(jī)，則完成266根樁所需人員、設(shè)備、時(shí)間如表2所示。表28臺(tái)沖擊鉆施工所需人員、設(shè)備、時(shí)間表（共266根）樁數(shù)功效長(zhǎng)樁：長(zhǎng)樁12天/179根根短樁：樁數(shù)功效長(zhǎng)樁：長(zhǎng)樁12天/179根根短樁：短樁：1.587根天/根人工員期3236人9天根據(jù)上表所示，如采取該方案，使用8臺(tái)沖擊鉆根本無法滿足現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度的要求，如若需要在節(jié)點(diǎn)工期6月18日內(nèi)完成車站全部鉆孔灌注樁，則所需要的設(shè)備數(shù)量和人員如表3所示。表36月18日完成圍護(hù)結(jié)構(gòu)所需設(shè)備及人員數(shù)量表設(shè)備型號(hào)設(shè)備數(shù)量樁數(shù)功效人員工期JK8型沖擊鉆25臺(tái)長(zhǎng)樁：179根短樁：87根長(zhǎng)樁12天/根短樁：1.5天/根10094天如若采用全沖擊鉆方案，則需要總共配備設(shè)備25臺(tái)，人員100人方能在節(jié)點(diǎn)工期內(nèi)完成中山東路站266根圍護(hù)樁的施工。而沖擊鉆施工需要布置泥漿循環(huán)池，本站總長(zhǎng)151.8m，現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地根本無法同時(shí)滿足25臺(tái)設(shè)備的正常使用和運(yùn)轉(zhuǎn)，且屆時(shí)施工現(xiàn)場(chǎng)布滿泥漿池后，施工安全及文明施工均將無法滿足相關(guān)要求。沖擊鉆施工方案單純依靠機(jī)械重型錘頭的自由落體對(duì)巖體的撞擊和粉碎，成樁的質(zhì)量也無法保證。同時(shí)，沖擊鉆施工過程中，因?yàn)閹r層分布線不均勻，垂直度無法保證，發(fā)生偏孔后需要采用回填重新施工的方式進(jìn)行糾偏，成樁質(zhì)量更無法保證。而現(xiàn)場(chǎng)加入泥漿循環(huán)池，場(chǎng)地文明施工和人員施工安全均無法保證。綜合以上因素，單純采用沖擊鉆施工方案無法滿足現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度的需要，并且施工質(zhì)量、施工安全、文明施工等各方面的要求也均無法滿足。因此不考慮采用沖擊鉆施工的方案。3.2旋挖鉆+沖擊鉆施工方案采用旋挖鉆施工鉆孔灌注樁，具有成樁功效快、成樁質(zhì)量好、施工人員配備少、安全文明施工可以得到保障等優(yōu)點(diǎn)，但施工成本也較之沖擊鉆施工大大增加。綜合施工進(jìn)度、施工成本、施工質(zhì)量、施工安全以及文明施工等各個(gè)方面，初步考慮采用大功率旋挖鉆機(jī)+沖擊鉆機(jī)的組合模式進(jìn)行施工。旋挖鉆施工如圖4所示。圖4旋挖鉆施工圖

其中旋挖鉆的機(jī)械考慮選擇徐工360鉆挖鉆機(jī)2臺(tái)、徐工460旋挖鉆機(jī)1臺(tái)、寶峨25旋挖鉆機(jī)1臺(tái)，共計(jì)4臺(tái)旋挖鉆機(jī)，沖擊鉆機(jī)配置8臺(tái)。8臺(tái)沖擊鉆機(jī)負(fù)責(zé)長(zhǎng)樁的施工，每臺(tái)負(fù)責(zé)4根，共計(jì)32根。剩余長(zhǎng)樁和短樁均由旋挖鉆機(jī)完成，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試樁情況，旋挖鉆施工長(zhǎng)樁2天/根，施工短樁2根/天。旋挖鉆+沖擊鉆組合模式施工功效如表4所示。表4旋挖鉆+沖擊鉆組合施工功效表設(shè)備負(fù)責(zé)樁數(shù)每臺(tái)設(shè)備負(fù)責(zé)功效工期沖擊鉆（8臺(tái)）根長(zhǎng)樁4根/臺(tái)12天/根48天徐工460旋挖鉆（1臺(tái)）49根長(zhǎng)樁49根2天/根98天徐工360旋挖鉆（2臺(tái)）98根長(zhǎng)樁49根/臺(tái)2天/根98天寶峨25旋挖鉆樁87根87根2根/天43.5天合計(jì)80天合計(jì)寶峨25旋挖鉆短樁施工完成后再配合徐工旋挖鉆施工長(zhǎng)樁，加上施工過程中可能因其他因素導(dǎo)致的工期拖延，共計(jì)需耗時(shí)80天全部完成，按照計(jì)劃，于2016年6月6日可完成全部的中山東路站圍護(hù)結(jié)構(gòu)灌注樁。該方案相較全采用沖擊鉆施工方案，雖然增加了約100萬的費(fèi)用，但成樁質(zhì)量卻得到了大大的提高，施工效率也明顯增快，從而能在有限的時(shí)間內(nèi)達(dá)到業(yè)主要求的工期節(jié)點(diǎn)。特別是在全斷面中風(fēng)化安山巖巖層的施工環(huán)境中，旋挖鉆機(jī)能最大程度地發(fā)揮其作用，對(duì)于鉆孔灌注樁定位、孔深的確定以及鉆孔灌注樁的質(zhì)量等各方面，均有顯著功效，現(xiàn)場(chǎng)的施工安全、文明施工等也均能得到有效保障。4方案驗(yàn)證根據(jù)項(xiàng)目地層特性、項(xiàng)目巖層強(qiáng)度，結(jié)合項(xiàng)目工期節(jié)點(diǎn)、項(xiàng)目施工成本、項(xiàng)目施工質(zhì)量等綜合考慮，最終采用旋挖鉆+沖擊鉆兩種機(jī)械組合模式進(jìn)行寧溧線土建工程09標(biāo)中山東路站車站主體圍護(hù)鉆孔灌注樁施工。所有機(jī)械設(shè)備于2016年3月25日進(jìn)場(chǎng)開始施工，經(jīng)過2個(gè)多月的施工，于2016年6月10日提前完成了中山東路站圍護(hù)的封閉，為后續(xù)基坑石方爆破開挖和盾構(gòu)始發(fā)創(chuàng)造了有利的條件。同時(shí)在施工過程中，成孔垂直度偏差小于3/100，完全符合規(guī)范要求，經(jīng)過小應(yīng)變測(cè)試，所有鉆孔灌注樁均為I類樁。開挖后樁的實(shí)體質(zhì)量較好，過程中施工安全管理、文明施工控制、現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)容場(chǎng)貌均列全線的前茅。經(jīng)過實(shí)踐證明，旋挖鉆+沖擊鉆的施工方案充分滿足本工程施工進(jìn)度、施工質(zhì)量、安全文明等施工要求。5結(jié)語在鉆孔灌注樁施工中機(jī)械的選擇是較為重要的環(huán)節(jié)，通過本次方案的比選、調(diào)整，最終決定采用旋挖鉆+沖擊鉆的組合模式施工，經(jīng)過進(jìn)度計(jì)算和實(shí)際施工，該方案功效完全滿足施工進(jìn)度的要求，施工質(zhì)量也符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，現(xiàn)場(chǎng)文明施工、安全管理等均達(dá)到了業(yè)主的需求。目前，南京地鐵寧溧線土建工