明挖基坑圍護結(jié)構(gòu)鉆孔樁成孔工法應(yīng)用實論摘 要: 結(jié)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(jié), 并系統(tǒng)地提出各種工法的應(yīng)用條件和適用范圍 ,對類似工程施工具有一定的指導(dǎo)作用。關(guān)鍵詞: 鉆孔樁; 成孔; 工法; 應(yīng)用范圍1 引言 土建工程中各種規(guī)模大小、深度不一的基坑比比皆是, 其圍護結(jié)構(gòu)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(zhì)量的影響程度各異。筆者結(jié)合廣州地鐵五號線小北站及三號線廈大明挖區(qū)間圍護結(jié)構(gòu)鉆孔樁施工實踐, 從工期、成本、質(zhì)量及技術(shù)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(yīng)用范圍及條件,對以后同類基坑圍護結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工具有切實的指導(dǎo)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(shè)備管理用房為一座兩層三跨的明挖結(jié)構(gòu), 其圍護結(jié)構(gòu)設(shè)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(shù)為 87 根。
基坑深度為 17m, 最大樁長 20.46m, 樁身經(jīng)過的地層依次為雜填土、粉質(zhì)粘土、硬塑狀殘積土和強、中、微風化泥質(zhì)粉砂巖, 如圖 2, 中、微風化泥質(zhì)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(jié)構(gòu)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(yōu)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(nèi)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(jié)構(gòu)施工工期較計劃工期提前了 16 天。 基坑開挖后成樁質(zhì)量得到了驗證, 樁體垂直度符合規(guī)范要求, 未發(fā)生偏樁, 樁體最大侵限 8cm, 圍護結(jié)構(gòu)質(zhì)量優(yōu)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(xiàn)“叩頭現(xiàn)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(nèi)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(xiàn)叩頭現(xiàn)象。3 地鐵三號線廈滘～大石明挖區(qū)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(qū)間隧道工程位于廣州市番禺區(qū)大石鎮(zhèn)廈滘村的苗圃中, 由 445m的 三層三跨明挖區(qū)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(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計簡圖如圖 5。全標段共有鉆孔樁3113根, 最大樁長 27m, 樁身經(jīng)過的地層依次為淤泥、淤泥質(zhì)砂、中砂和粗砂、粉質(zhì)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(qū)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(jié)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(tǒng)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(jié)構(gòu)設(shè)計存在缺陷 廈大明挖區(qū)間的圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計為鉆孔樁和攪拌樁相互咬合的形式( 如圖 5), 這種設(shè)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(zhuǎn), 由于攪拌樁具有5～10MPa 的強度, 鉆頭一側(cè)硬一側(cè)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(nèi)側(cè), 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(yīng)用條件及適用范圍 通過對以上施工實例進行總結(jié)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(yīng)用條件、適用范圍及施工中應(yīng)注意的問題, 見表 5。5 結(jié)論 鉆孔樁作為廣泛應(yīng)用的基坑支護形式, 其成孔方法的合理選擇, 可以有效地節(jié)約成本, 縮短工期,提高文明施工水平, 保證施工質(zhì)量。參 考 文 獻[1] 蘇宏陽, 酈鎖林主編. 基礎(chǔ)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(shè)計施工手冊[M]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社 ,1999.7
基坑深度為 17m, 最大樁長 20.46m, 樁身經(jīng)過的地層依次為雜填土、粉質(zhì)粘土、硬塑狀殘積土和強、中、微風化泥質(zhì)粉砂巖, 如圖 2, 中、微風化泥質(zhì)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(jié)構(gòu)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(yōu)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(nèi)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(jié)構(gòu)施工工期較計劃工期提前了 16 天。 基坑開挖后成樁質(zhì)量得到了驗證, 樁體垂直度符合規(guī)范要求, 未發(fā)生偏樁, 樁體最大侵限 8cm, 圍護結(jié)構(gòu)質(zhì)量優(yōu)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(xiàn)“叩頭現(xiàn)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(nèi)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(xiàn)叩頭現(xiàn)象。3 地鐵三號線廈滘～大石明挖區(qū)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(qū)間隧道工程位于廣州市番禺區(qū)大石鎮(zhèn)廈滘村的苗圃中, 由 445m的 三層三跨明挖區(qū)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(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計簡圖如圖 5。全標段共有鉆孔樁3113根, 最大樁長 27m, 樁身經(jīng)過的地層依次為淤泥、淤泥質(zhì)砂、中砂和粗砂、粉質(zhì)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(qū)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(jié)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(tǒng)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(jié)構(gòu)設(shè)計存在缺陷 廈大明挖區(qū)間的圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計為鉆孔樁和攪拌樁相互咬合的形式( 如圖 5), 這種設(shè)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(zhuǎn), 由于攪拌樁具有5～10MPa 的強度, 鉆頭一側(cè)硬一側(cè)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(nèi)側(cè), 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(yīng)用條件及適用范圍 通過對以上施工實例進行總結(jié)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(yīng)用條件、適用范圍及施工中應(yīng)注意的問題, 見表 5。5 結(jié)論 鉆孔樁作為廣泛應(yīng)用的基坑支護形式, 其成孔方法的合理選擇, 可以有效地節(jié)約成本, 縮短工期,提高文明施工水平, 保證施工質(zhì)量。參 考 文 獻[1] 蘇宏陽, 酈鎖林主編. 基礎(chǔ)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(shè)計施工手冊[M]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社 ,1999.7