明挖基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔樁成孔工法應(yīng)用實(shí)論摘 要: 結(jié)合廣州地鐵工程實(shí)踐 ,對(duì)鉆孔樁回旋鉆機(jī)成孔、沖擊鉆機(jī)成孔、旋挖鉆機(jī)成孔等幾種工法進(jìn)行詳細(xì)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(duì)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(hù)結(jié)構(gòu)有相當(dāng)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(duì)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(hào)線小北站及三號(hào)線廈大明挖區(qū)間圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔樁施工實(shí)踐, 從工期、成本、質(zhì)量及技術(shù)適用性等方面對(duì)三種成孔工法進(jìn)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(duì)以后同類基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工具有切實(shí)的指導(dǎo)意義。2 地鐵五號(hào)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(hào)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(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(zhǎng) 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(qiáng)、中、微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖, 如圖 2, 中、微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖最大單軸抗壓強(qiáng)度分別為 8MPa 和 27MPa。2.2 施工情況 五號(hào)線小北站西端站廳基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)動(dòng)工后,由于對(duì)旋挖鉆施工不熟悉, 印象中單價(jià)偏高, 于是引進(jìn)了 5 臺(tái)沖擊鉆機(jī)施工, 歷時(shí) 14 天成孔 10 根, 每臺(tái)機(jī)平均 7 天成孔一根, 平均成孔單價(jià)( 含泥漿外運(yùn)、含電費(fèi))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(jì)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(shì)。 鑒于以上原因, 決定引進(jìn) 1 臺(tái)旋挖鉆機(jī)代替沖擊鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔樁施工, 旋挖鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)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(jià) 562 元/m3, 圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工工期較計(jì)劃工期提前了 16 天。 基坑開挖后成樁質(zhì)量得到了驗(yàn)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(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量?jī)?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(jìn)度指標(biāo)和直接成本對(duì)比分析分別見表 1～2。沖擊鉆機(jī)偏孔的原因主要是樁錘遇到傾斜的巖層面, 當(dāng)上層較軟下層較硬時(shí), 樁錘下落后自然會(huì)出現(xiàn)“叩頭現(xiàn)象”, 從而造成偏孔, 如圖 3 所示。 沖擊鉆機(jī)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(shí)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(hào)線廈滘～大石明挖區(qū)間回旋鉆機(jī)成孔施工3.1 工程概況 廣州地鐵三號(hào)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(biāo)段簡(jiǎn)圖如圖 4 所示。 明挖隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)簡(jiǎn)圖如圖 5。全標(biāo)段共有鉆孔樁3113根, 最大樁長(zhǎng) 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(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)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(fēng)化巖層中, 強(qiáng)風(fēng)化巖層巖石最大單軸抗壓強(qiáng)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(shí) 5 個(gè)月,高峰時(shí)期共投入回旋鉆機(jī) 50 臺(tái), 平均每臺(tái)機(jī) 2 天成孔 1 根( 平均樁長(zhǎng) 20m), 未入巖樁平均成孔單價(jià)為358 元/m3(含泥漿外運(yùn))。 鉆機(jī)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(gè)難題。基坑開挖后樁體垂直度驗(yàn)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(yán)重, 最大侵限值達(dá) 50cm 左右。 回旋鉆機(jī)成孔進(jìn)度指標(biāo)組成統(tǒng)計(jì)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(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在缺陷 廈大明挖區(qū)間的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為鉆孔樁和攪拌樁相互咬合的形式( 如圖 5), 這種設(shè)計(jì)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(qiáng)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(yán)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(duì)以上施工實(shí)例進(jìn)行總結(jié)分析, 筆者提出了旋挖鉆、沖擊鉆及回旋鉆機(jī)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(hù)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(xiàn)[1] 蘇宏陽(yáng), 酈鎖林主編. 基礎(chǔ)工程施工手冊(cè)[M]. 北京: 中國(guó)計(jì)劃出版社, 2002.6[2] 夏明耀, 曾進(jìn)倫主編. 地下工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)[M]. 北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社 ,1999.7
基坑深度為 17m, 最大樁長(zhǎng) 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(qiáng)、中、微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖, 如圖 2, 中、微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖最大單軸抗壓強(qiáng)度分別為 8MPa 和 27MPa。2.2 施工情況 五號(hào)線小北站西端站廳基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)動(dòng)工后,由于對(duì)旋挖鉆施工不熟悉, 印象中單價(jià)偏高, 于是引進(jìn)了 5 臺(tái)沖擊鉆機(jī)施工, 歷時(shí) 14 天成孔 10 根, 每臺(tái)機(jī)平均 7 天成孔一根, 平均成孔單價(jià)( 含泥漿外運(yùn)、含電費(fèi))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(jì)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(shì)。 鑒于以上原因, 決定引進(jìn) 1 臺(tái)旋挖鉆機(jī)代替沖擊鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔樁施工, 旋挖鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)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(jià) 562 元/m3, 圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工工期較計(jì)劃工期提前了 16 天。 基坑開挖后成樁質(zhì)量得到了驗(yàn)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(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量?jī)?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(jìn)度指標(biāo)和直接成本對(duì)比分析分別見表 1～2。沖擊鉆機(jī)偏孔的原因主要是樁錘遇到傾斜的巖層面, 當(dāng)上層較軟下層較硬時(shí), 樁錘下落后自然會(huì)出現(xiàn)“叩頭現(xiàn)象”, 從而造成偏孔, 如圖 3 所示。 沖擊鉆機(jī)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(shí)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(hào)線廈滘～大石明挖區(qū)間回旋鉆機(jī)成孔施工3.1 工程概況 廣州地鐵三號(hào)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(biāo)段簡(jiǎn)圖如圖 4 所示。 明挖隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)簡(jiǎn)圖如圖 5。全標(biāo)段共有鉆孔樁3113根, 最大樁長(zhǎng) 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(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)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(fēng)化巖層中, 強(qiáng)風(fēng)化巖層巖石最大單軸抗壓強(qiáng)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(shí) 5 個(gè)月,高峰時(shí)期共投入回旋鉆機(jī) 50 臺(tái), 平均每臺(tái)機(jī) 2 天成孔 1 根( 平均樁長(zhǎng) 20m), 未入巖樁平均成孔單價(jià)為358 元/m3(含泥漿外運(yùn))。 鉆機(jī)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(gè)難題。基坑開挖后樁體垂直度驗(yàn)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(yán)重, 最大侵限值達(dá) 50cm 左右。 回旋鉆機(jī)成孔進(jìn)度指標(biāo)組成統(tǒng)計(jì)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(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在缺陷 廈大明挖區(qū)間的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為鉆孔樁和攪拌樁相互咬合的形式( 如圖 5), 這種設(shè)計(jì)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(qiáng)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(yán)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(duì)以上施工實(shí)例進(jìn)行總結(jié)分析, 筆者提出了旋挖鉆、沖擊鉆及回旋鉆機(jī)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(hù)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(xiàn)[1] 蘇宏陽(yáng), 酈鎖林主編. 基礎(chǔ)工程施工手冊(cè)[M]. 北京: 中國(guó)計(jì)劃出版社, 2002.6[2] 夏明耀, 曾進(jìn)倫主編. 地下工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)[M]. 北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社 ,1999.7