临近已建地铁全套管桩施工技术解析

临近已建地铁全套管桩施工技术解析

刘 园

中铁隧道集团有限公司，浙江 杭州 310000

摘要：随着中国经济的高速发展，交通等基础设施的不断完善，地铁已发展为重要的交通工具，全套管桩在铁路建设中的作用越加凸显出重要性。因此，以风情大道主线高架桥桥梁桩基与已建地铁区间段线位的临近段施工过程为例，介绍了本工程。 关键词：土层无扰动桩基施工；试桩难点；施工建议 中图分类号：U231.3 文献标识码：A 文章编号：1671-5810（2015）17-0199-01

引言

套管桩作为一种新桩型以其对周围基础无扰动、成桩（成孔）过程利用钢套管护壁穿越软弱土层的防位移、沉降效果良好等优点越来越得到广泛的应用。本工程试桩与湘湖站～滨康路站盾构隧道结构边线距离6m，地铁盾构埋深8.7~10.02米。根据地质勘察资料及设计要求进入基岩（中风化砂岩）不少于4.5米，桩长为68.5m，淤泥质黏土层厚约20米，圆砾层厚约10米，所以施工重点就是在试桩施工过程中要确保已建地铁的安全，成孔和拨管过程中尽量减少对已建地铁地基的影响。

1 施工环境及要求

风情大道主线高架桥桥梁桩基与已建地铁区间段线位的接近段大直径全套管钻孔桩试桩工程。本次施工的SZ2号桩是在已施工的SZ3、SZ1、SZ4号桩的基础上进一步试桩，SZ2号桩位于现有的城市绿化带内，北侧距离10米处有一条小河，距地铁盾构区间净距离6米，盾构隧道中心标高-6.7m，盾构埋置深度为10.02米。本次施工技术上要求进入基岩4.5米，垂直度偏差小于0.5%，钢套管壁厚大于等于30mm，单桩承载力设计值7500KN，孔底沉渣厚度控制要求小于30mm。设计要求所采用的成桩工艺必须确保穿透软土层时不得扰动周边土体，严禁产生塌孔，管涌，掉钻等现象，穿透岩层时不得采用冲击振动成孔。SZ2设计桩顶标高6.5m，设计桩底标高-62.5m，套管下压深度设计要求进入基岩1m，即65.5米，钢筋笼设计长度68.9米。

2 施工过程

本根桩长 69 米，分别穿过7个工程地质层组，31个工程地质层，分别简述如下：杂填土、粉质黏土、粉土、淤泥质黏土、中砂、粉质黏土、圆砾、含砾粉质黏土、全风化砂岩、中风化砂岩。试桩过程中，首先测量放样，确定桩位，套管桩基就位后再次复合桩位。在施工前，为保证施工中井圈及护板的整体稳定性，护板及井圈采用40cm厚 C40钢筋混凝土，筒深1.5m（需穿越杂填土层，杂填层较深时可灵活调整砼护筒深度）。下压设备采用360度全回旋切削机。钢套管采用日本进口螺栓接头钢套管（套管接头材质：JIS SM-570，抗拉强度为570~720N/mm2，套管螺丝材质：JIS SCM-440），套管每节长度10.7m，下压结束后用螺丝进行对接，速度快且省力。下压到64米时下压困难，到达设计套管深度65.5m时，继续尝试下压，最后套管下压深度达到67.7米，此时套管再无法下压，下压工作到此为止。接下来的破岩阶段，先用套管底部的特制钨钢刀头对基岩进行环切，然后用牙轮钻将岩层研磨成碎屑、粉末，然后用捞沙斗清除，最后用气举反循环清底，确保孔底沉渣少于5cm。由于岩质较地勘更硬，完整性好，进度较慢，累计用时31h。嵌岩采用WIRTH-408气举反循环钻机进行作业，钻头采用牙轮钻盘。清孔采用捞沙斗+气举反循环施工工艺，捞沙斗清理较大块的岩渣，气举反循环清孔是利用空压机的压缩空气，通过安装在导管内的风管送至桩孔内，高压气与泥浆形成一种密度小于泥浆的浆气混合物，浆气混合物因其比重小

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而上升，在导管内混合器底端形成负压，下面的泥浆在负压的作用下上升，并在气压动量的联合作用下，不断补浆，上升至混合器的泥浆与气体形成气浆混合物后继续上升，从而形成流动，携带沉渣从导管内反出，排出导管以外，施工中采用桶钻捞渣及气举反循环进行取渣及清孔，桶钻捞渣效果明显，深度采用测绳进行测试，清孔后气导管实际深度与测绳实际深度一致，反映出良好的清渣效果，满足设计要求。钢筋笼下放完成后，进行二次清孔。最后灌注混凝土时采用灌料漏斗，质检员、试验人员在监理工程师的见证下对到场的每一车混凝土均进行了和易性、坍落度的测定，灌注过程中一边放料一边用测绳进行测深，以确认导管埋深程度。

3 难点分析

试桩过程中的几个难点分别是：1套管下压随着桩深增加，下压速度逐渐减小，地层进入中风化砂岩，下压困难，采取超挖1米的方法减少套管底部阻力，增大全回转钻机下压压力缓缓下压。圆砾层卵石粒径较大圆砾层厚度10米，实际圆砾层卵石粒径达41.2cm，给套管下压带来了不利因素，下压遇到大卵石时，利用套筒端部钨钢刀头进行切割，然后用液压抓斗取出套管内卵石，慢慢下压，直至套管全部穿透圆砾层。拔套管时地铁保护根据施工地质情况复杂，砂层、圆砾层较厚，加之承压水等不确定因素的影响，施工过程中易出现塌孔、土层流失等不利因素，影响桩身质量和地铁保护。在施工中套管下压至基岩，确保周围土体不坍塌不受扰动，混凝土浇筑时随时量测深度，随时关注监测状况，出现意外情况放弃拔管，保证地铁安全成桩质量。中风化砂岩抗压强度较高由于岩质较地勘更硬，完整性好，造成钻进困难。采用牙轮钻进行施工周期较长，需把岩石磨碎，用气举反循环把岩渣置换到底面上，花费时间较多。

4 总结

SZ2试桩，历时 155小时。从试桩过程来看，采用全回转套管下压+反循环钻机工法能满足本次试桩的目的：可以相对较快地成桩，较好地控制对地铁隧道变形的影响，满足了设计上软岩段无扰动、硬岩段无震动的要求，同时满足桥梁基础承载力要求，施工工艺可行。为此总结出几点建议：（1）中风化砂岩强度高、整体性好，钻进困难，建议参考嵌岩桩的深度规范，另外建议设计在计算承载力时，可适当考虑侧向摩阻力对嵌岩承载力的贡献，可根据实际情况进行入岩深度的缩短；（2）建议在成桩前，做好超缓凝混凝土配合比研究，满足浇筑与拔管的时间匹配要求；（3）对于工程桩施工，建议若拔出套管过程中出现困难情况，套管不再拔出，满足混凝土浇筑连续性要求，保证桩的质量。

参考文献

[1]刘林超，闫启方，杨骁. 分数导数粘弹性土层模型中桩基竖向振动特性研究[J]. 工程力学，2011（8）：177-182. [2]陈战，陈贤辉，倪志国等. 无扰动切换在转炉干法除尘系统中的设计与实现[J]. 莱钢科技，2011（3）：37-38.

[3]李惠聪. 无扰动快切装置在三线路变电所的安全应用[J]. 安全、健康和环境，2013（9）：14-15.