鉆孔咬合樁施工及引起變形的原因和影響

鉆孔咬合樁施工及引起變形的原因和影響摘要:通過某深基坑工程圍護(hù)樁施工實(shí)例,介紹液壓搖動式全套管鉆機(jī)施工工藝和鉆孔咬合樁工程的施工技術(shù)要點(diǎn);分析了由于咬合樁施工引起的臨近地鐵隧道上方地面出現(xiàn)裂縫的原因,結(jié)合監(jiān)測結(jié)果分析了咬合樁施工對臨近地鐵隧道的影響程度。關(guān)鍵詞:鉆孔咬合樁;地鐵隧道;地面裂縫;影響

引言

鉆孔過使前后施工的樁凝結(jié)成一體,形成能夠共同受力的、緻密的支護(hù)系統(tǒng)和止水帷幕的一種基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。鉆孔咬合樁由于采用套管干孔作業(yè)成孔,具有在施工中無塌孔、無泥漿或少量泥漿、噪聲小,對周圍環(huán)境影響小等特點(diǎn),因此在城市商業(yè)繁華區(qū),房屋和生命線工程的密集區(qū),對于建設(shè)文明工程有著重要作用。

深圳市某深基坑工程基坑開挖深度17.9m,在基坑西側(cè)和北側(cè)分別與已有的兩條地鐵隧道相鄰,場地周邊地質(zhì)條件復(fù)雜,基坑支護(hù)采用樁錨與內(nèi)支撐等多種形式的聯(lián)合支護(hù),其中西側(cè)一段與地鐵支護(hù)樁凈距僅3.80m,此段基坑圍護(hù)采用鉆孔咬合樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)與內(nèi)支撐聯(lián)合支護(hù),以解決基坑變形及地下水滲流對地鐵結(jié)構(gòu)變形的影響,工程總平面布置圖見圖1。1工程地質(zhì)條件

場地原始地貌為水塘,后經(jīng)回填而成。地面較平整,標(biāo)高介于5.81~6.62m之間。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告,擬建場地基坑影響深度范圍內(nèi)地層自上而下分別為:

素填土層:稍密狀態(tài),層厚3.2~9.0m。

粉土:松散狀態(tài),層厚0.6~1.9m。

淤泥質(zhì)粉細(xì)砂:層厚0.5~7.4m。

含粘土中粗砂:稍密狀態(tài),層厚1.1~5.7m。

含礫粉質(zhì)粘土:可塑狀態(tài),層厚0.7~3.2m。

礫質(zhì)粉質(zhì)粘土:可塑~硬塑狀態(tài),層厚1.6~12.6m。

全風(fēng)化中粒花崗巖:層厚2.4~7.5m。

強(qiáng)風(fēng)化中?；◢弾r:揭露層厚1.55~9.5m。

中風(fēng)化中?；◢弾r:基坑的南側(cè)中風(fēng)化花崗巖層頂埋深約25~28m,北側(cè)較深,平均埋深約31m。

2基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基坑西側(cè)臨近地鐵處,采用鉆孔咬合樁。設(shè)計(jì)鉆孔咬合樁樁徑1.2m,樁間距1.0m,素混凝土樁(A樁)與鋼筋混凝土樁(B樁)交錯搭接,設(shè)計(jì)咬合厚度200mm,樁長24.90m,A樁為C15超緩凝混凝土,緩凝時間大于60h。B樁為C30混凝土。

3鉆孔咬合樁施工3.1施工設(shè)備簡介

本工程鉆孔咬合樁是采用專用履帶式鉆孔咬合樁機(jī)施工,該設(shè)備自重約70t,采用液壓搖動式全套管鉆進(jìn)成樁。樁機(jī)由主機(jī)、液壓工作系統(tǒng)、鋼套管(下端帶合金刀頭)、取土裝置(沖擊抓斗)和牽引吊車系統(tǒng)組成。成孔施工時,其液壓系統(tǒng)一方面產(chǎn)生豎向壓力,一方面產(chǎn)生軸向旋轉(zhuǎn)力,使鋼套管在兩個方向力的共同作用下,邊切割土體邊鉆進(jìn),同時,沖擊抓斗不斷從套管中取土,直到樁孔施工完成。樁孔完成后,即安裝鋼筋籠并澆筑混凝土,同時機(jī)械實(shí)施拔管動作,其液壓系統(tǒng)同時產(chǎn)生軸向旋轉(zhuǎn)力和豎直向上的拔管力,使套管順利拔出。3.2工藝原理

鉆孔咬合樁的排列方式為一根素混凝土樁(A樁)與一根鋼筋混凝土樁(B樁)間隔布置。A樁采用超緩凝型混凝土,B樁采用普通混凝土,先施工兩側(cè)A樁,再利用護(hù)筒鉆機(jī)的下壓切割能力,切割掉A樁部分混凝土而使中間的B樁成樁,施工順序?yàn)?A1→A2→B1→A3→B2→A4→B3……施工過程如圖2所示。

導(dǎo)墻施工為了保證鉆孔咬合樁孔口定位的精度并提高樁體就位效率,應(yīng)在咬合樁成樁前首先在樁頂部兩側(cè)施作混凝土導(dǎo)墻或鋼筋混凝土導(dǎo)墻;

④護(hù)筒鉆機(jī)就位當(dāng)定位導(dǎo)墻有足夠的強(qiáng)度后,用吊車移動鉆機(jī)就位,并使主機(jī)抱管器中心對應(yīng)定位于導(dǎo)墻孔位中心;

（四）單樁成孔其步驟為隨著第1節(jié)護(hù)筒的壓入(深度為1.5~2.5m),沖弧斗隨著從護(hù)筒內(nèi)取土,一邊抓土一邊繼續(xù)下壓護(hù)筒,待第1節(jié)全部壓入后(一般地面上留1~2m,以便于接筒)檢測垂直度,合格后,接第2節(jié)護(hù)筒,如此循環(huán)至壓到設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高;

吊放鋼筋籠對于B樁,成孔檢查合格后進(jìn)行安放鋼筋籠工作,此時應(yīng)保證鋼筋籠標(biāo)高正確;

灌注混凝土如孔內(nèi)有水,需采用水下混凝土灌注法施工;如孔內(nèi)無水,則采用干孔灌注法施工并注意振搗;

拔筒成樁一邊澆注混凝土一邊拔護(hù)筒,應(yīng)注意保持護(hù)筒底低于混凝土面≥2.5m。3.4施工過程垂直度控制

施工過程中,套管的垂直度控制關(guān)系到咬合樁的咬合質(zhì)量,因此應(yīng)隨時監(jiān)測其垂直度。監(jiān)測的方法為,在地面上選擇兩個相互垂直的方向用經(jīng)緯儀或線錘監(jiān)測地面以上部分套管的垂直度,如發(fā)現(xiàn)偏差隨時糾偏?？變?nèi)的垂直度檢查方法是,在每節(jié)套管壓完后安裝下一節(jié)套管前,用測斜儀或線錘進(jìn)行孔內(nèi)的垂直度檢查。

糾偏的方法:當(dāng)套管入土深度不深(5m以下)時發(fā)現(xiàn)垂直度不符合要求時,可直接利用樁機(jī)的液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)套管的垂直度,即可達(dá)到糾偏目的;當(dāng)套管入土較深時,可先利用樁機(jī)液壓系統(tǒng)糾偏,如達(dá)不到要求,可向套管中填入砂、粘土(A樁)或與A樁相同的混凝土(B樁),一邊填料一邊拔起套管,直至套管提升到上一次檢查合格的地方,然后調(diào)直套管,檢查其垂直度合格后再重新下壓。3.5施工中常見事故處理3.5.1克服“管涌”的措施

在B樁成孔施工過程中,由于A樁混凝土未凝固,還處于流動狀態(tài),A樁混凝土可能從A、B樁相交處,通過套管底部涌入B樁孔內(nèi),稱之為“管涌”,克服“管涌”的方法有以下幾種:

A樁混凝土的塌落度適當(dāng)減小,以降低混凝土的流動性;

④抓斗取土成孔過程中,應(yīng)一邊抓土,一邊下壓套管,并始終保持套管底口超前于開挖面深度不小于1.5m,以便在取土面以下造成一段“瓶頸”,阻止混凝土流動,如果鉆機(jī)能力許可,這個距離越大越好。

（四）B樁成孔施工過程中,注意觀察相鄰兩側(cè)A樁混凝土頂面,如發(fā)現(xiàn)A樁混凝土下沉,立即停止B樁施工,并一邊將套管盡量下壓,一邊向B樁填土或灌水,直到完全抑制住“管涌”為止。

當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較好,樁孔施工速度較快時,在保證A樁混凝土初凝前完成B樁的前提下,可將施工順序改變?yōu)?A1→A2→A3→B1→A4→B2→A5→B3…,從而使A樁有時間產(chǎn)生一定的凝結(jié)。3.5.2分段施工的接頭處理方法

在工程施工中,常常因單臺設(shè)備無法滿足施工進(jìn)度的要求,需多臺設(shè)備分段施工,或因工作面無法一次性提供,這就引起了先后施工段之間接頭處的咬合問題。

采用砂樁是處理此類問題的較好方法。具體為,假設(shè)由于某種原因,需要在某一點(diǎn)處將咬合樁施工分成兩部分進(jìn)行,則可先施工一根A1樁后,在進(jìn)度方向的相反側(cè)咬合的B樁樁位上施工樁孔后灌砂(如圖3),之后仍按原來的施工順序繼續(xù)施工,則后續(xù)在接頭處施工時仍可咬合,保持了咬合樁的整體性。具體施工順序?yàn)?A1→砂樁→A2→B1→A3→B2→A4→B3……3.5.3事故樁處理方法

在鉆孔咬合樁施工過程中,由于A樁超緩凝混凝土的質(zhì)量不穩(wěn)定而出現(xiàn)早凝現(xiàn)象,或因機(jī)械設(shè)備故障等原因,造成樁與樁之間未能按正常情況咬合而形成事故樁。事故樁的處理方法主要有以下幾種。

a.平移樁位,單側(cè)咬合

如圖4所示,B樁成孔施工時,其一側(cè)A1樁的混凝土已經(jīng)凝固,使套管不能按正常要求切割咬合A1、A2樁。這時,將B樁向右側(cè)平移至與A1樁相切,事后在A1樁與B樁之間外側(cè)增加一根旋噴樁作為防水處理。

b.背樁補(bǔ)強(qiáng)

如圖5所示,B樁施工時,其兩側(cè)A樁混凝土均已凝固。這種情況下,應(yīng)先放棄B樁的施工,繼續(xù)后邊咬合樁的施工。待其它樁施工完畢后,在兩A樁外側(cè)補(bǔ)打一根B樁作為補(bǔ)強(qiáng),并使B樁與兩A樁均相切;在B樁與兩A樁相切處外側(cè)各增加一根旋噴樁作為防水處理。在基坑開挖過程中,將兩A樁之間夾土清除,并噴射混凝土即可。

c.預(yù)留咬合企口

如圖6所示,在B1樁成孔施工中,發(fā)現(xiàn)A1樁已有早凝傾向但還未完全凝固時,為避免繼續(xù)按正常順序施工造成事故樁,可及時在A1樁右側(cè)施工一根砂樁,以預(yù)留出咬合企口,待調(diào)整完成后再繼續(xù)后邊樁的施工。4咬合樁施工引起周圍地表變形分析

本工程西側(cè)咬合樁于2005年11月4日開工,施工由地鐵口南部開始向南進(jìn)行。11月23日,工作人員發(fā)現(xiàn)在咬合樁樁位軸線外側(cè)地面上出現(xiàn)一條由北向南延伸至樁機(jī)施工位置的連續(xù)貫通的裂縫,此時施工已進(jìn)行了60m左右。經(jīng)測量人員量測后發(fā)現(xiàn),裂縫的位置在地鐵支護(hù)樁冠梁外邊緣的正上方,縫寬1~2cm,北部略寬于南部,深度未知。裂縫如圖7所示。

筆者分析認(rèn)為,咬合樁施工引起地表裂縫的原因有以下幾種。4.1地質(zhì)因素

本工程場地西側(cè)填土厚約7m,其下為約10m的泥炭質(zhì)粘土及淤泥質(zhì)粉細(xì)砂,這部分土體工程性質(zhì)較差,極易產(chǎn)生塌陷、崩裂等不良地質(zhì)現(xiàn)象。4.2超緩凝混凝土的作用

咬合樁機(jī)每24小時平均施工3~4根樁,三天可施工約10~12根樁,其中的一半為采用超緩凝混凝土(緩凝時間60小時以上)的素樁,在這段時間內(nèi),超緩凝混凝土未達(dá)到終凝狀態(tài),強(qiáng)度很低,周圍的軟弱土易擠入樁體,并引起上部土體變形。4.3機(jī)械設(shè)備在施工過程中產(chǎn)生的附加壓力及其反復(fù)作用

咬合樁機(jī)自重約70t,在成孔施工過程中,其在套管上形成的豎向壓力約40t,而當(dāng)樁孔施工完成后,其上拔套管時產(chǎn)生的拔管力可達(dá)160~200t,相當(dāng)于在機(jī)械前部承壓板下產(chǎn)生約400kPa的附加壓力。樁機(jī)每施工一根樁,都需要經(jīng)過壓管、拔管動作,即其施工產(chǎn)生的是循環(huán)荷載。4.4施工中的滲水

咬合樁機(jī)在施工過程中,當(dāng)穿越砂層時,往往會出現(xiàn)較短時間內(nèi)較大量的滲水,并使土體固結(jié)。4.5土層不連續(xù)

地鐵隧道外側(cè)采用人工挖孔咬合樁作為支護(hù)結(jié)構(gòu),其支護(hù)樁冠梁頂比基坑支護(hù)樁冠梁頂?shù)?0cm左右,上部為路基。由于支護(hù)樁剛度較大,而其外側(cè)土體壓縮性較強(qiáng),土體在基坑支護(hù)樁施工作用下產(chǎn)生變形時,支護(hù)樁與土體的變形不一致(支護(hù)樁位移較小,土體位移較大),從而在土層不連續(xù)處(地鐵支護(hù)樁處)產(chǎn)生裂縫。

綜上,場地上部的軟弱土層在施工荷載和地下水滲流的影響下產(chǎn)生壓縮變形,并可能擠入凝結(jié)較慢的超緩凝樁中,從而在剛度不連續(xù)的地鐵支護(hù)樁與土體交界面處產(chǎn)生不連續(xù)變形,形成裂縫。

5位移監(jiān)測

為了確保地鐵結(jié)構(gòu)安全運(yùn)營,必須保證地鐵結(jié)構(gòu)的變形控制在規(guī)定的范圍內(nèi),為此對地鐵支護(hù)樁及地鐵隧道內(nèi)部分別進(jìn)行了監(jiān)測,結(jié)果發(fā)現(xiàn)由于鉆孔咬合樁的施工,雖然引起支護(hù)樁上部土體出現(xiàn)裂縫