臨近建構筑物的低凈空硬法咬合樁施工工法

隨著城市化進程的加快，為滿足更多的交通需求，諸多一線城市都在大力開展城市軌道交通建設，其中受規(guī)劃線路的影響，存在后建的地鐵車站與既有線路換乘。后建換乘地鐵車對周邊建筑沉降變形要求控制極高的挑戰(zhàn)。咬合樁是相鄰混凝土排樁間部分圓周相嵌，并于后序次相間施工的樁內(nèi)設置鋼筋籠，使之形成具有良好防滲作用的整體連續(xù)防水、擋土的圍護結構。后建地鐵工程復雜的周邊環(huán)境下需低凈空作業(yè)且入巖深度大時，無法使用地連墻的情況下通過使用硬咬合的方法，同時利用全套管全回旋鉆機和低凈空氣動潛孔錘等設備，有效地解決了低凈空作業(yè)工序時間長、鉆孔過程對周邊土體擾動要求高及入巖施工速度慢的技術難題，提高了咬合樁的施工質(zhì)量，同好，圍護結構無較大的滲漏水點位，有效地保障了周邊橋梁建筑的安全。該工法在xx市城市軌道交通14號線工程土建二工區(qū)xx站咬合樁的施工實踐中，保障了基坑開挖及緊鄰橋梁結構的安全并取得了較好的經(jīng)濟效果和社會效益，據(jù)此總結出緊貼既有橋梁的低凈空大直徑深入巖硬咬合施工工法。本工法利用全套管全回旋鉆機完成土層取土及素樁砼切割，然后采用氣動潛孔錘在套管內(nèi)完成快速鑿巖施工，施工過程中緊貼既有橋梁且全程低凈空施做，具有特點如下：2.1施工設備均進行低凈空改裝。全套管全回旋鉆機定制套管長度最長為4m，旋挖機、沖抓斗及氣動潛孔錘均為低凈空改裝設備，潛孔錘直徑達到1m，可完成樁巖層部分的快速2.2有利于施工組織。硬咬合施工采用在素樁澆筑約10天后才進行相鄰葷樁施工，有效地解決了低凈空作業(yè)工序時間長的難題，同時優(yōu)先施做的素樁對土體有預加固的作用。2.3對周邊建筑擾動低。采用鋼套筒作為護壁，有效地降低對周邊土體的擾動，周邊建筑的沉降及變形容易控制，且杜絕了混凝土浪費并有效地控制了樁身質(zhì)量。2.4垂直度精度高。利用鉆機楔形夾緊裝置及液壓垂直裝置可做到邊壓入邊糾偏，進行全過程的垂直精度控制。工法適用于距離既有橋梁樁基礎小于3m，施工限高10-15m，對周邊擾動控制要求極高的城市地鐵深基坑圍護結構咬合樁施工。4.1鉆孔咬合樁是樁與樁之間形成相互咬合排列的一種基坑支護結構，為了便于切割，樁的排列方式一般為一根素混凝土樁（A樁）和一根鋼筋混凝土樁（B樁間隔布置，施工時先施工兩側素混凝土樁，再施工中間鋼筋混凝土樁，本工法要求必須在素混凝土樁（A序）終凝之后才能施工鋼筋混凝土樁（B序）。4.2采用全套管全回轉套管鉆機的液壓轉動裝置并輔以加壓，使套管進行360度回轉對稱切割素樁混凝土及土體。邊壓入，邊使用低凈空的抓斗或旋挖機不間斷的取土，從而較大幅度地減少套管與土層間的摩阻力，如此鉆至巖土分界面后，將全套管全回旋鉆機吊離，將潛孔錘桿分節(jié)吊入孔內(nèi)，使用氣動潛孔錘就位施工后，鉆至設計深度。然后清孔并測定孔深放入鋼筋籠，再灌注混凝土即可成樁。4.3氣動潛孔錘是以壓縮空氣為動力介質(zhì)與洗孔介質(zhì)，壓縮空氣在潛孔錘身中產(chǎn)生高頻沖擊功，作用于布滿柱狀合金牙的錘頭沖擊巖石，使之破碎。錘頭直徑略小于鋼套管，潛孔錘錘頭破碎后的巖石顆粒與粉塵受錘頭排出的壓縮空氣向上從錘桿和套管間的空隙吹出，從而實現(xiàn)快速破碎孔內(nèi)巖石，加快了鉆進速度。5.1施工工藝流程1、咬合樁施工工藝流程見圖5.1-1。2、鉆孔咬合樁B樁施工時，切割掉相鄰A樁相交部分的砼，實現(xiàn)咬合，形成無縫連續(xù)的“樁墻”，本工法要求必須在A樁砼強度達到設計強度100%后開始B樁的施工，即在A樁澆筑混凝土10天后，開始切割A樁施工B樁，其中單樁施工工藝流程見圖5.1-2。5.2操作要點5.2.1施工準備（1）低凈空旋挖機定制新造1臺低凈空旋挖機進行套管內(nèi)取土及清孔作業(yè)，旋挖機工作狀態(tài)高度10.915m，最大輸出扭矩285KN.m，共設7層鉆桿，最大鉆孔深度35m，可滿足限高10m環(huán)境下的樁基施工作業(yè)，具體設備見下圖5.2.1-1。（2）低凈空潛孔錘采用改造后的低凈空潛孔錘，機身凈高9.8m，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，鉆桿采用內(nèi)六方加插銷連接。設備具體情況見下圖5.2.1-2。（3）導墻施工導墻溝槽開挖完成后，先采用碎石進行找平，模板采用自制整體鋼模，導墻預留定位孔模板直徑為管套直徑放大6cm。模板加固采用5×10方木支撐，支撐間距不大于1米，確保加固牢固，嚴防跑模，并保證軸線和凈空的準確性，導墻構造見下圖5.2.1-3。5.2.2.鉆機就位（1）在導墻中心測量放樣出樁位中心，然后通過在鉆機定位底盤上預留的圓心直徑孔位上綁扎十字交叉線繩確認底盤中心，調(diào)整底盤位置，利用重錘進行上下點位確認，使得底盤中心與樁位中心重合，定位偏差不得大于10mm；（2）將底盤固定后吊起鉆機，將鉆機四個支腿全部安放入定位底盤的四個卡槽內(nèi)，通過鉆機的垂直監(jiān)視系統(tǒng)和經(jīng)緯儀確定鉆機的垂直度，通過調(diào)整四個支腿油缸使鉆機保持水（3）安裝反力叉，反力叉一端連接鉆機，一端被履帶吊壓牢，以防鉆機帶載旋轉切削時產(chǎn)生的反力造成鉆機主機移動旋轉；（4）安裝鉆機反力配重，反力配重左右對稱安放。5.2.3.鉆進取土在鉆機就位后，吊裝第一節(jié)管（首節(jié)套管底部設有高強度刀頭）在鉆機楔形塊中，校正套管垂直度后，夾緊旋轉下壓套管（4m、3m及2m一節(jié)），每次壓入深度約為2-3m，施工B序樁時會硬切割A序樁咬合部份混凝土，用低凈空旋挖鉆機或沖抓斗從套管內(nèi)取土，取土完成后再繼續(xù)下壓下一節(jié)套管，始終保持套管底口超前于開挖面深度大于2m。每一節(jié)套管開始壓入土中時（地面以上要留2.5-3m，以便于接管，前后套管采用承插口連接，螺栓固定成孔過程中需檢測垂直度，如不合格則進行糾偏調(diào)整，如合格則安裝后一節(jié)套管繼續(xù)下壓取土，如此繼續(xù)，直至達到巖土分界面。施工示意圖見圖5.2.3-1，套管連接示意圖見圖5.2.3-2。5.2.4巖層施工1.鉆機移位受低凈空作業(yè)影響，使用全套管全回旋鉆機完成土層內(nèi)取土后，需將鋼套管的倒數(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。根據(jù)中風化巖面起伏情況，靈活的用4m、3m或2m的短套管調(diào)整最上一節(jié)套管的長度，保證鋼套管壓入到位。之后依次拆除配重及反力架，將鉆機吊走進行下一根樁施工。2.潛孔錘就位使用90t及以上履帶吊將潛孔錘鉆桿吊入鋼套管內(nèi)，通過穿兩根直徑8cm的圓鋼作為扁擔梁進行分段連接，每節(jié)鉆桿連接口采用定制插銷固定，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，通過機身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。3.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臺27m。的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。利用底部的4個出風口將破碎的巖石順著鋼套管管壁吹出來，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。5.2.5.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方式，要求沉渣厚度不大于10cm。5.2.6鋼筋籠加工1.受限高作業(yè)影響，鋼筋籠分段分節(jié)數(shù)采用6m、4m或3m，鋼主筋采用鋼筋接駁器連接，縱向受力鋼筋的機械連接接頭采用一級接頭。直螺紋套筒采用正絲標準型套筒，由于各節(jié)鋼筋籠吊裝連接的時候，鋼筋不便于轉動，連接套筒需預先全部擰入一根鋼筋的加長螺紋上，再反擰入被接鋼筋的端螺紋，連接方式見下圖5.2.6。2．根據(jù)主筋根數(shù)及周長制作定距F扣，在內(nèi)環(huán)箍上按照固定間距分別焊接主筋，施工時主筋兩端頭需齊平，最后采用滾籠機安裝螺旋箍筋（部分箍筋為并筋箍筋與主筋采用點焊連接。3．由于單根鋼筋籠同一截面上鋼筋接頭面積達到鋼筋總面積的100%，相鄰B序樁鋼筋籠的接頭位置通過采用不同的鋼筋籠分節(jié)長度予以錯開接頭。4、在鋼筋籠底設置抗浮鋼板，鋼板中間設置30cm開孔以便混凝土能到達孔底沖起沉渣，鋼板與鋼筋籠采用L筋焊接牢固，減少鋼筋籠上浮風險5.2.7.鋼筋籠吊裝連接1.鋼筋籠制作完成后，采用履帶吊進行鋼筋籠吊裝，前一節(jié)鋼筋籠下放后用2根60*60*6mm方鋼作為橫擔梁的方法固定在套管口，分段鋼筋籠吊點環(huán)箍處需焊接支撐筋，然后將下一節(jié)鋼筋籠吊起進行直螺紋連接，連接時需保證上下鋼筋籠均處于垂直狀態(tài)，一圈接頭首先將一對角方向的直螺紋接頭貼緊連接，再進行后續(xù)接頭的安裝，對于接頭連接不上的情況采用同等級鋼筋兩側幫焊，箍筋連接在接口部位需增加一封閉箍，施工示意圖見圖5.2.7-1和5.2.7-2。2.樁頭鋼筋帶上泡沫保護套進行保護方便后期鑿除。5.2.8混凝土澆筑1.采用水下混凝土灌注法施工，利用拔管機將鋼套管拔出。2.將鋼筋籠安裝完成后，將拔管機吊裝放置于套管位置，由于鋼套管露出地面部分較少，拔管機楔塊無法夾住，需要再安裝一節(jié)套管與地面露出的鋼套管連接，將地面節(jié)鋼套管接口拔出至地面上1.8m~2m左右，然后拆除頂節(jié)套管進行導管安裝施工。3.導管采用4m一節(jié)的底管，3m一節(jié)的標準管，并配置幾節(jié)1.5m、1m及0.5m的短導管進行調(diào)節(jié)，逐節(jié)安裝導管至觸底后，通過調(diào)節(jié)短導管使得導管底保持在距離孔底30-50cm的位置。4.利用吊車提升料斗或天泵進行混凝土澆筑，料斗容量為2.5m。，滿足首方料封底要求，澆筑過程中導管需要隨澆隨拔，導管埋入深度宜保持在2m～6m之間，澆筑過程同時也需使用拔管機及時拔出套管，避免套管埋深過深。澆筑過程應連續(xù)不間斷作業(yè)，直至澆筑至設計標高。5.拔出套管時需采用使用吊車大鉤起吊套管，小勾掛住導管后保持不動，待拆掉套管螺栓后提起套管，然后再將導管固定在下一節(jié)套管口，取下導管掛鉤，完成套管拔出，具體操作見圖5.2.8。5.3勞動力組織本工法設置咬合樁班組、鋼筋班組、文明施工班組共3個班組。按照協(xié)同配合、有序施工的原則，結合本工程的特點經(jīng)系統(tǒng)的分析及工序分解，按照工序時效性的原則，配置相關人員，以保證各項工序的順利進展。勞動組織安排見表5.3。序號工種1全套管全回旋鉆機操作手2操作鉆機2吊車司機1取土及吊運套管3旋挖機司機2取土4潛孔錘司機2巖層鑿進5空壓機司機2配合潛孔錘647鋼筋工鋼筋籠加工849信號工6普工合計6.1工程材料本工法設計主要材料見表6.1。1236.2工程機械設備主要設備及規(guī)格型號見表6.2。162131465161718192311117.1質(zhì)量控制標準(2)《城市軌道交通技術規(guī)范》（GB50490-2009）(3)《城市軌道交通地下工程建設風險管理規(guī)范》（GB50652-2011）(4)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）（2009年版）(5)《建筑基坑支護技術規(guī)程》（JGJ120-2012）(6)《建筑與市政工程地下水控制技術規(guī)范》（JGJ111-2016）(7)《混凝土結構設計規(guī)范》（GB50010-2010）（2015年版）(8)《建筑樁基技術規(guī)范》（JGJ94-2008）(9)《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007-2011）(10)《建筑地基處理技術規(guī)范》（JGJ79-2012）(11)《既有建筑地基基礎加固技術規(guī)范》（JGJ123-2012）(12)《鋼筋機械連接技術規(guī)程》（JGJ107-2016）(13)《鋼結構焊接規(guī)范》（GB50(14)《混凝土結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50204-2015）(15)廣東省標準《建筑地基基礎設計規(guī)范》（DBJ15-31-2016）(16)《xx市地基處理技術規(guī)范》（SJG04-2015）(17)《地鐵運營安全保護區(qū)和建設規(guī)劃控制區(qū)工程管理辦法》(18)《建筑施工起重吊裝工程安全技術規(guī)范》JGJ276-2012；7.2質(zhì)量控制措施7.2.1成孔質(zhì)量要點（1）垂直度控制①在全套管全回旋鉆機90°方向兩側設置垂直線錘肉眼觀測；②利用垂直靠尺進行測量；③技術員每兩節(jié)套管利用全站儀進行垂直度距離測量，垂直度偏差不大于1/300。測量原理見圖7.2-1。（2）施工過程中勤量測孔深，保證套管先行，取土在后，這樣可以形成“土塞”，減少塌孔的現(xiàn)象。鋼套管底管四周設置擴孔條，可減少后續(xù)接長鋼套管受四周土壓力，減少鋼套管轉動扭矩。（3）嚴格控制單根樁成孔時間，施工時間延長后地下水滲出導致地下水位上升，使得砂層含水率上升，易形成流沙順著管壁流至管底，造成大面積的塌孔，影響樁身施工質(zhì)量。7.2.2鋼筋籠制安質(zhì)量要點（1）為保證分段鋼筋籠端頭齊平，每根主筋長度需嚴格控制下料長度，采用在鋼筋切斷機后安裝角鋼固定卡槽的方式控制下料長度，施工圖見圖7.2-2。角鋼卡槽滑動卡楔（2）主筋在加強環(huán)箍上焊接定位時，端部采用一垂直鋼板頂住，確定端部處于同一平面上，主筋間距利用固定尺寸的F型卡扣確定，施工圖見圖7.2-3。（3）鋼筋籠頂標高控制措施受鉆機高度不同影響，鋼筋籠的頂標高設置兩根吊筋來控制，吊筋采用Ф22圓鋼制作，每根吊筋設置兩個吊孔，施工步序示意圖見圖7.2-4。7.2.3混凝土澆筑質(zhì)量要點（1）混凝土澆筑采取水下混凝土澆筑的方式，由于套管埋深太深會導致無法拔出套管，在澆筑過程中需要隨澆隨拔，該工序耗時較長，需嚴格控制混凝土的到場時間以保證混凝土澆筑的連續(xù)性。（2）受低凈空工藝影響，混凝土澆筑時間一般在5個小時以上，所澆筑混凝土必須添加超緩凝劑已確保不會過早初凝抱死套管，同時需嚴格控制到場混凝土的坍落度，保證和易性良好。（3）減少導管漏水措施控制原因：由于采用料斗提升澆筑混凝土時，混凝土澆筑不連續(xù)，在灌注過程中，當導管內(nèi)混凝土不滿，含有空氣時，將混凝土整斗從上而下傾入管內(nèi)，易造成在管內(nèi)形成高壓氣囊，擠出管節(jié)的橡膠密封墊，引起導管漏水。采取措施：①由于吊裝過程中導管存在碰撞變形，需定期更換導管并對導管做氣密性試驗保證導管氣密性良好。②勤更換導管橡膠密封墊，破損密封墊不得使用。③嚴格控制導管埋深，不可過深。減少管底壓力，使得上方澆筑混凝土能順利澆筑下來。④嚴格控制澆筑混凝土的和易性并延長混凝土的初凝時間。本工法為低凈空作業(yè)且緊鄰既有構建筑物，周邊環(huán)境復雜，大型機械均在受限空間下作業(yè)，施工作業(yè)時必須嚴格嚴控安全，保證與既有構建筑物之間的安全距離，為此本工法采用了以下安全措施：8.1限高措施（1）低凈空沖抓斗及履帶吊均自帶限位功能，根據(jù)橋面高度設置好高度、角度后將其鎖死(最低限高11m），司機操作時不會因個人誤操作抬高吊臂高度，即可保證不會觸碰到橋梁，移動設備主要靠機械行走來完成。（2）在吊臂端部安裝探測雷達，具備類似倒車影像的功能，設置50cm警報距離，距離越近，警鈴越急促，能夠有效的提醒吊車司機停止操作，防止碰觸既有高架橋。（3）既有高架橋和既有車站設置紅外線報警系統(tǒng)，如果存在設備侵入限界，阻斷了紅外線兩端設備的紅外線發(fā)射和接受，將立即觸發(fā)警報，有效的提醒司機停止操作，防止觸碰既有高架橋。（4）在既有高架橋底部向上3m的范圍內(nèi)布置橡膠輪胎結合擠塑板的防護措施，能夠有效的保護既有橋墩，減緩設備失誤碰撞橋墩的沖擊力。（5）在既有高架橋箱梁底角部安裝擠塑板防護，且在橋底粘貼醒目的提示標語，時刻提醒設備司機注意安全。8.2施工場地內(nèi)作業(yè)環(huán)境狹窄，場地里的設備交錯布置施工，吊車作業(yè)半徑內(nèi)設置臨時角馬圍蔽，并進行顏色分區(qū)管理。8.3施工過程中加強施工監(jiān)測及自動化監(jiān)測，嚴格控制既有構建筑物的沉降和偏移。8.4鋼筋籠吊裝過程中嚴格控制支撐筋及吊筋的焊接質(zhì)量，并對扁擔梁進行受力驗算，保證吊裝連接過程中的安全。9.1場地內(nèi)設置排水及多處三級沉淀池，施工過程中產(chǎn)生的污水經(jīng)排水溝匯流至沉淀池后，經(jīng)沉淀后排往市政管道。9.2場地內(nèi)設置TSP、車輛自動沖洗槽及圍擋自動噴淋系統(tǒng)，車行場地路面硬化到位，施工圍擋全封閉，裸露土體采用防塵網(wǎng)全覆蓋并在場地內(nèi)設置霧炮，嚴格做到揚塵治理79.3場地內(nèi)所有泥頭車均采用電動車，車輛上蓋封閉。9.4場地內(nèi)設置視頻監(jiān)控裝置全覆蓋。9.5對全套管全回旋鉆機的液壓動力站安裝自制隔音罩，盡量減少噪音，嚴格控制施工噪聲，在居民休息時間，盡量避免作業(yè)。10.1經(jīng)濟效益在限高限寬的施工環(huán)境，我單位創(chuàng)新性地采用全套管全回旋鉆機配合氣動潛孔錘的設備組合成功解決了緊鄰既有構建筑物下低凈空大直徑深入巖的硬咬合施工的關鍵技術問題，建立了相應的成套技術，取得了良好的經(jīng)濟，主要表現(xiàn)在：（1）該工法相較于使用地連墻施工，采用創(chuàng)新工法后，節(jié)約工程投資約1050萬元，每圍護米節(jié)約1.87萬元。（2）咬合樁施工過程全程采用機械化施工，符合工程建設的集約化、專業(yè)化、機械化的發(fā)展方向，比常規(guī)暗挖方案節(jié)省工期約4~5個月。通過該工法應用及推廣，成功解決了緊鄰既有構建筑物下低凈空大直徑深入巖的硬咬合施工的關鍵科學問題，建立了采用全套管全回旋鉆機配合氣動潛孔錘在有限空間內(nèi)進行深入巖硬咬合施工工法的成套技術，其成孔垂直度控制技術，限高限位安全控制技術及分段鋼筋籠吊裝技術，為車站圍護結構施工的安全、周邊構建筑物的穩(wěn)定及人流的安全都提供了技術支持及安全保障，同時也給后續(xù)的相關后建城市軌道交通提供了借鑒意見，在之后類似工程的推廣應用中實現(xiàn)較好的社會經(jīng)濟效益。11.1xx市城市軌道交通14號線工程土建二工區(qū)xx站11.1.1工程概況號線的換乘站。xx站位于龍崗大道與鐵東路交叉路口西南側、地鐵3號線高架與龍崗大道xx高架橋夾持的龍崗大道西側道路下方，沿龍崗大道呈西南-東北方向布置，平面圖見圖車站東側為龍崗大道xx高架橋。xx高架橋于2010年建成通車，采用預應