明挖基坑圍護結構鉆孔樁成孔工法應用實論摘 要: 結合廣州地鐵工程實踐 ,對鉆孔樁回旋鉆機成孔、沖擊鉆機成孔、旋挖鉆機成孔等幾種工法進行詳細的分析和總結, 并系統地提出各種工法的應用條件和適用范圍 ,對類似工程施工具有一定的指導作用。關鍵詞: 鉆孔樁; 成孔; 工法; 應用范圍1 引言 土建工程中各種規模大小、深度不一的基坑比比皆是, 其圍護結構有相當一部分采用鉆孔樁。單就鉆孔樁而言, 其成孔方法就有旋挖成孔法、沖擊鉆孔法及回旋鉆鉆孔法等, 上述幾種成孔方法的適用范圍和條件不同, 對工期、成本和質量的影響程度各異。筆者結合廣州地鐵五號線小北站及三號線廈大明挖區間圍護結構鉆孔樁施工實踐, 從工期、成本、質量及技術適用性等方面對三種成孔工法進行深入的分析研究, 明確指出各種工法的應用范圍及條件,對以后同類基坑圍護結構的設計與施工具有切實的指導意義。2 地鐵五號線小北站沖擊鉆孔與旋挖成孔施工2.1 工程概況 廣州地鐵五號線小北站西端站廳設備管理用房為一座兩層三跨的明挖結構, 其圍護結構設計采用f 1.0m 鉆孔樁+樁間三管旋噴+三管旋噴咬合止水帷幕, 如圖 1 所示, 樁間凈距 150mm, 總樁數為 87 根。
基坑深度為 17m, 最大樁長 20.46m, 樁身經過的地層依次為雜填土、粉質粘土、硬塑狀殘積土和強、中、微風化泥質粉砂巖, 如圖 2, 中、微風化泥質粉砂巖最大單軸抗壓強度分別為 8MPa 和 27MPa。2.2 施工情況 五號線小北站西端站廳基坑圍護結構動工后,由于對旋挖鉆施工不熟悉, 印象中單價偏高, 于是引進了 5 臺沖擊鉆機施工, 歷時 14 天成孔 10 根, 每臺機平均 7 天成孔一根, 平均成孔單價( 含泥漿外運、含電費)為 480 元/m3。按這樣的施工速度, 完成全部87 根鉆孔樁將需 122 天, 超出計劃工期 32 天, 難以滿足工期要求且施工成本也沒有明顯優勢。 鑒于以上原因, 決定引進 1 臺旋挖鉆機代替沖擊鉆機進行鉆孔樁施工, 旋挖鉆機進場后在 60 天內完成了 77 根鉆孔樁, 平均每天成孔 1.3 根, 平均成孔單價 562 元/m3, 圍護結構施工工期較計劃工期提前了 16 天。 基坑開挖后成樁質量得到了驗證, 樁體垂直度符合規范要求, 未發生偏樁, 樁體最大侵限 8cm, 圍護結構質量優良。2.3 施工具體情況分析 沖擊鉆成孔與旋挖鉆成孔的施工進度指標和直接成本對比分析分別見表 1～2。沖擊鉆機偏孔的原因主要是樁錘遇到傾斜的巖層面, 當上層較軟下層較硬時, 樁錘下落后自然會出現“叩頭現象”, 從而造成偏孔, 如圖 3 所示。 沖擊鉆機偏孔后一般的處理方法就是向孔內回填片石后, 再次沖孔, 同時控制樁錘下落過程中鋼絲繩的松緊程度, 盡量避免樁錘出現叩頭現象。3 地鐵三號線廈滘～大石明挖區間回旋鉆機成孔施工3.1 工程概況 廣州地鐵三號線廈～大明挖區間隧道工程位于廣州市番禺區大石鎮廈滘村的苗圃中, 由 445m的 三層三跨明挖區間主線隧道、872m 的入段線和 929m的出段線明挖隧道組成, 標段簡圖如圖 4 所示。 明挖隧道圍護結構設計為 f 1000 鉆孔樁+f 600水泥攪拌樁止水帷幕, 鉆孔樁與水泥攪拌樁咬合160mm, 其設計簡圖如圖 5。全標段共有鉆孔樁3113根, 最大樁長 27m, 樁身經過的地層依次為淤泥、淤泥質砂、中砂和粗砂、粉質粘土、殘積土和全風化、強風化巖。其中, 淤泥及砂層平均厚度為 8m,80%的鉆孔樁樁底位于殘積土和全風化巖層中, 強風化巖層巖石最大單軸抗壓強度為 6MPa。3.2 施工概況 廈大明挖區間 3113 根鉆孔樁施工歷時 5 個月,高峰時期共投入回旋鉆機 50 臺, 平均每臺機 2 天成孔 1 根( 平均樁長 20m), 未入巖樁平均成孔單價為358 元/m3(含泥漿外運)。 鉆機成孔過程中, 由于地層軟硬不均, 鉆桿的垂直度控制一直是一個難題。基坑開挖后樁體垂直度驗證結果顯示, 在樁位外放 15cm 的情況下, 由于成孔過程中鉆桿垂直度控制不良而造成樁體侵限嚴重, 最大侵限值達 50cm 左右。 回旋鉆機成孔進度指標組成統計分析和回旋鉆成孔直接成本分析分別見表 3～4。偏樁侵限的主要原因如下: ① 圍護結構設計存在缺陷 廈大明挖區間的圍護結構設計為鉆孔樁和攪拌樁相互咬合的形式( 如圖 5), 這種設計必須是攪拌樁施工后才能開始鉆孔樁施工, 且鉆孔樁的鉆頭必須咬住攪拌樁 16cm 往下加壓旋轉, 由于攪拌樁具有5～10MPa 的強度, 鉆頭一側硬一側軟使得鉆孔過程中鉆桿垂直度難以控制, 鉆桿始終偏向基坑內側, 從而造成嚴重侵限。 ② 由于地層本身存在軟硬不均的情況造成鉆桿偏斜。4 三種成孔方法的應用條件及適用范圍 通過對以上施工實例進行總結分析, 筆者提出了旋挖鉆、沖擊鉆及回旋鉆機成孔三種工法各自的應用條件、適用范圍及施工中應注意的問題, 見表 5。5 結論 鉆孔樁作為廣泛應用的基坑支護形式, 其成孔方法的合理選擇, 可以有效地節約成本, 縮短工期,提高文明施工水平, 保證施工質量。參 考 文 獻[1] 蘇宏陽, 酈鎖林主編. 基礎工程施工手冊[M]. 北京: 中國計劃出版社, 2002.6[2] 夏明耀, 曾進倫主編. 地下工程設計施工手冊[M]. 北京: 中國建筑工業出版社 ,1999.7
基坑深度為 17m, 最大樁長 20.46m, 樁身經過的地層依次為雜填土、粉質粘土、硬塑狀殘積土和強、中、微風化泥質粉砂巖, 如圖 2, 中、微風化泥質粉砂巖最大單軸抗壓強度分別為 8MPa 和 27MPa。2.2 施工情況 五號線小北站西端站廳基坑圍護結構動工后,由于對旋挖鉆施工不熟悉, 印象中單價偏高, 于是引進了 5 臺沖擊鉆機施工, 歷時 14 天成孔 10 根, 每臺機平均 7 天成孔一根, 平均成孔單價( 含泥漿外運、含電費)為 480 元/m3。按這樣的施工速度, 完成全部87 根鉆孔樁將需 122 天, 超出計劃工期 32 天, 難以滿足工期要求且施工成本也沒有明顯優勢。 鑒于以上原因, 決定引進 1 臺旋挖鉆機代替沖擊鉆機進行鉆孔樁施工, 旋挖鉆機進場后在 60 天內完成了 77 根鉆孔樁, 平均每天成孔 1.3 根, 平均成孔單價 562 元/m3, 圍護結構施工工期較計劃工期提前了 16 天。 基坑開挖后成樁質量得到了驗證, 樁體垂直度符合規范要求, 未發生偏樁, 樁體最大侵限 8cm, 圍護結構質量優良。2.3 施工具體情況分析 沖擊鉆成孔與旋挖鉆成孔的施工進度指標和直接成本對比分析分別見表 1～2。沖擊鉆機偏孔的原因主要是樁錘遇到傾斜的巖層面, 當上層較軟下層較硬時, 樁錘下落后自然會出現“叩頭現象”, 從而造成偏孔, 如圖 3 所示。 沖擊鉆機偏孔后一般的處理方法就是向孔內回填片石后, 再次沖孔, 同時控制樁錘下落過程中鋼絲繩的松緊程度, 盡量避免樁錘出現叩頭現象。3 地鐵三號線廈滘～大石明挖區間回旋鉆機成孔施工3.1 工程概況 廣州地鐵三號線廈～大明挖區間隧道工程位于廣州市番禺區大石鎮廈滘村的苗圃中, 由 445m的 三層三跨明挖區間主線隧道、872m 的入段線和 929m的出段線明挖隧道組成, 標段簡圖如圖 4 所示。 明挖隧道圍護結構設計為 f 1000 鉆孔樁+f 600水泥攪拌樁止水帷幕, 鉆孔樁與水泥攪拌樁咬合160mm, 其設計簡圖如圖 5。全標段共有鉆孔樁3113根, 最大樁長 27m, 樁身經過的地層依次為淤泥、淤泥質砂、中砂和粗砂、粉質粘土、殘積土和全風化、強風化巖。其中, 淤泥及砂層平均厚度為 8m,80%的鉆孔樁樁底位于殘積土和全風化巖層中, 強風化巖層巖石最大單軸抗壓強度為 6MPa。3.2 施工概況 廈大明挖區間 3113 根鉆孔樁施工歷時 5 個月,高峰時期共投入回旋鉆機 50 臺, 平均每臺機 2 天成孔 1 根( 平均樁長 20m), 未入巖樁平均成孔單價為358 元/m3(含泥漿外運)。 鉆機成孔過程中, 由于地層軟硬不均, 鉆桿的垂直度控制一直是一個難題。基坑開挖后樁體垂直度驗證結果顯示, 在樁位外放 15cm 的情況下, 由于成孔過程中鉆桿垂直度控制不良而造成樁體侵限嚴重, 最大侵限值達 50cm 左右。 回旋鉆機成孔進度指標組成統計分析和回旋鉆成孔直接成本分析分別見表 3～4。偏樁侵限的主要原因如下: ① 圍護結構設計存在缺陷 廈大明挖區間的圍護結構設計為鉆孔樁和攪拌樁相互咬合的形式( 如圖 5), 這種設計必須是攪拌樁施工后才能開始鉆孔樁施工, 且鉆孔樁的鉆頭必須咬住攪拌樁 16cm 往下加壓旋轉, 由于攪拌樁具有5～10MPa 的強度, 鉆頭一側硬一側軟使得鉆孔過程中鉆桿垂直度難以控制, 鉆桿始終偏向基坑內側, 從而造成嚴重侵限。 ② 由于地層本身存在軟硬不均的情況造成鉆桿偏斜。4 三種成孔方法的應用條件及適用范圍 通過對以上施工實例進行總結分析, 筆者提出了旋挖鉆、沖擊鉆及回旋鉆機成孔三種工法各自的應用條件、適用范圍及施工中應注意的問題, 見表 5。5 結論 鉆孔樁作為廣泛應用的基坑支護形式, 其成孔方法的合理選擇, 可以有效地節約成本, 縮短工期,提高文明施工水平, 保證施工質量。參 考 文 獻[1] 蘇宏陽, 酈鎖林主編. 基礎工程施工手冊[M]. 北京: 中國計劃出版社, 2002.6[2] 夏明耀, 曾進倫主編. 地下工程設計施工手冊[M]. 北京: 中國建筑工業出版社 ,1999.7