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    深圳地铁14号线布吉站咬合桩工程案例

    2019-2-27

    1. 工程概况

    工程简述

        中铁隧道局集团有限公司深圳市城市轨道交通14号线二工区包含“一站一区间”,其中“一站”为布吉站,“一区间”为布~石区间,线路全长约3.5km。施工地点位于布吉龙岗大道下,紧邻深圳东站和龙岗高架桥,车站沿龙岗大道呈西南至东北向布置。布吉站是深圳市城市轨道交通14号线工程的第4个车站,为地下三层岛式换乘车站,与地铁3号线、5号线进行 通道换乘,车站中部公共区为无柱结构、两端设备区为单柱双跨结构(局部为双柱三跨结构);位于龙岗大道与铁东路 交叉路口西南侧,沿龙岗大道呈西南-东北方向布置。车站右(左)线设计起点里程为YDK10+002. 889 (ZDK10+002. 883), 设计终点里程为Y (Z) DK10+249. 729,车站主体右线长246. 84m (左线长246. 846m)。车站有效站台中心里程为 DK10+142. 290,有效站台长度186m;车站范围内顶板覆土厚度为2. 2〜3. lm,有效站台中心处顶板覆土为2.5m。

    (2)工程地质概况

    结合本工程地质断面,划分岩土层。各岩土层及其特征分述如下:

    第四系全新统人工堆积层(Q4ml)

    ①-1素填土:褐黄色、褐红色、灰褐色,稍湿,硬塑,主要成份为粉质黏土,混砂砾,含少量碎石;粒径一般20〜 30mm,表层0.20〜0.8m为混凝土路面,为筑路及修建车站时所填。

    ①-3填砂层:褐黄色、褐红色,稍湿,中密,主要成分为砾砂,石英质,含少量碎石及黏粒,为筑路及修建车站时 所填。

    第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl)

    ⑤2-2粉质黏土:黄褐色、褐黄色、褐灰色,可塑〜硬塑,土质较均匀,局部含少量砂粒。

    ⑤4-1砾砂:黄褐色、褐灰色、灰黄色、褐红色等,饱和,中密,亚圆形,含约15〜20%的黏性土,局部含少量圆 砾、卵石。

    ⑤4-2圆砾:黄褐色、褐黄色、褐红色等,饱和,稍密〜中密,亚圆形,母岩成份为角岩,以15〜25%的黏性土充填,局部含少量卵石。

    株罗系(J2tn)角岩

    角岩,变晶结构,块状构造,主要由石英、黑云母等矿物组成,含少量透闪石、绿帘石、方解石等矿物。

    @1-1全风化角岩:红褐色、褐黄色等,组织结构已基本破坏,但尚可辨认,除石英外,各种矿物己风化成黏性 土,风化不均匀,多夹有强风化岩块。

    @2-1 土状强风化角岩:黄褐色、红褐色、褐黄色,原岩组织结构大部分破坏,多已风化成土,含少量原岩碎块。 。

    @3_1块状强风化角岩:黄褐色、红褐色等,风化剧烈,节理裂隙很发育,为极软岩〜软岩;岩体呈碎块状,岩体基本质量等级为V级。该层场地普遍分布。

    @4-1中等风化角岩:青灰色、灰褐色、灰色等,组织结构部分破坏,矿物成分基本未变,沿节理面出现次生矿物,风化裂隙发育。岩石实测饱和单轴抗压强度值42.6〜59.7MPa,平均值为49.3MPa,为较硬岩。

    @5_1微风化角岩:青灰色、深灰色等,原岩结构和构造基本未变,仅节理面有铁锰质渲染或矿物略有变色,有少量风化裂隙。岩石实测饱和单轴抗压强度值75.80〜149.90MPa,平均值为104.9MPa,为坚硬岩。

    水文地质条件

    主要赋存在第四系全新统冲洪积砾砂、圆砾层中,砾砂、圆砾层的透水性强,含水量大,主要由大气降水和地表 水(布吉河)侧向补给,排泄方式主要为蒸发、地下径流和向布吉河排泄,水量大,水质易被污染,水质较差。


    施工地点地质平面图

    钻孔咬合桩

    1. (1)钻孔灌注桩设计

      布吉站围护结构采用咬合桩,荤桩直径为1.2m、1.4m,素桩直径为1.0m。钢筋砼桩采用水下C35砼,素砼桩水下C25砼。桩的排列方式按照一根素混凝桩(A桩)和一根钢筋混凝土桩(B桩)间隔布置,施工时先施工A桩后施工B桩,采用硬咬合。B桩施工时采用全套管全回转钻机切割掉相邻A桩相交部分的混凝土,实现咬合。

      (2)咬合桩施工难点

      ① 距离重要建筑距离近且施工净空很低:龙岗高架桥桥粧距离车站主体围护结构外轮廓最小净距约为0.4m,西侧为地铁3号线高架车站及区间、深圳东站行包房,地铁3号线高架桥桥桩距离车站主体围护结构外轮廓最小净距约为0.8m;且最低施工净空只有9m。

      ② 角岩强度极高,咬合桩嵌岩困难:@4-1中等风化角岩:岩石实测饱和单轴抗压强度值42.6〜59.7MPa,平均值为49.3MPa,为较硬岩,实测岩体完整性指 数平均值为Kv=0.22,岩体破碎,岩体基本质量等级为IV级。@5_1微风化角岩:岩石实测饱和单轴抗压强度值75.80〜149.90MPa,平均值为104.9MPa,为坚硬岩,实测岩体完整性指 数平均值为Kv=0.42,岩体较破碎,岩体基本质量等级为III级。

      ③ 施工过程中对周围施工区域的环境、噪音、安全、文明、卫生等要求高。

      (3)机械设备配置

      ① DTR2106H型盾安重工全套管全回转钻机2台;

      ② DTR2005H型盾安重工全套管全回转钻机1台;

      ③ KR285C泰信低净空旋挖钻机1台;

      ④ 扶挖80t履带吊车1台(小钩含快放功能);

      ⑤ 三一90t履带吊车1台(小钩含快放功能);

      ⑥ 徐工130t履带吊车1台;

      ⑦ 配套冲抓斗重锤2套;

      (4)施工日期

        2018年10月---至今


       

    冲抓斗取土作业施工

     

    旋挖钻机取土作业施工 

      施工工艺

    硬切割咬合桩施工工法是采用全套管全回转钻机施工,施工方法为全套管施工法(即跟管取土钻进法),其工艺原理为:由全套管全回转钻机带动套管进行360度回转压入,从而较大幅度地减少套管与土层间的摩阻力,同时抓斗不间断的取土,如此钻至设计深度。然后测定孔深放入钢筋笼,再灌注混凝土即可成桩。钻孔咬合桩是桩与桩之间形成相互咬合排列的一种基坑支护结构,为了便于切割,桩的排列方式一般为一根素混凝土桩或方钢筋笼桩(A桩)和一根钢筋混凝土桩(B桩),间隔布置,施工时先施工两侧素混凝土或方钢筋笼桩,再施工中间圆钢筋混凝土桩,要求必须在素混凝土或方笼混凝土桩(A序)初凝之后才能施工圆钢筋笼混凝土桩(B序)的施工。



     

                                                                                                                                   咬合桩施工工艺原理图


    (1)B系列桩施工流程


    平整场地→测设桩位→施工咬合桩导墙→全套管全回转钻机就位对中→吊装第一节套管→控测垂直度→压入第一节套管→控测垂直度→抓斗取土(旋挖钻机取土),套管跟进→测量孔深→清除虚土,检查孔底→吊放钢筋笼→吊放混凝土灌注导管→灌注混凝土同时逐次拔管→测定桩顶混凝土面→成桩钻机移位。


        (注:当A序列桩为素混凝土桩时,则无吊放钢筋笼工序)


    1. 施工要点

      ① 平整场地

      清除地表杂物,填平碾压地凹面,使场地平整达到设计标高38.2m。

      ② 测放桩位,制作导墙

      根据设计图纸提供的坐标(考虑相关因素影响的外放量)放出桩孔位置,进行开挖,开挖完成后,计算排桩中心线坐标,采用全站仪根据地面导线控制点进行实地放样,并作好护桩,作为导墙施工的控制中线,且报监理复核。

      ③ 全套管钻机就位对中

      待导墙具有足够强度后,首先将基板吊至桩位并实现导墙中心与基板中心对中,随后起吊全套管钻机起吊移动至基板定位槽中,实现钻机对中。钻机配置的液压动力站放置在导墙外平整地基上。

      ④ 压入第一节套管

      第一节套管的施工效果是影响桩基垂直度的主要因素。下压过程中从X及Y两个轴线方向,利用测锤配合经纬仪(全站仪)检测套管垂直度,如若出现偏斜现象,可调整全套管全回转钻机支腿油缸来确保套管垂直(调整后必须用经纬仪进行检测)。

      ⑤ 取土成孔,套管跟进

      先压入带高强度合金刀头的第一节套管,套管压入一定深度后根据不同地层情况选取冲抓斗取土方式或旋挖钻机套管内部取土交替方式进行。中风化岩层以上地层可选择冲抓斗取土方式进行,当遇到微风化岩层时,为提高施工效率,此时最好采用旋挖钻机取土方式进行嵌岩施工。

      ⑥ 桩孔垂直度控制

      套管垂直度保证的具体操作步骤如下:在套管四周选取两个相互垂直的方向(X及Y两个轴线方向),采用测锤配合经纬仪不断校核套管的垂直度,发现偏斜现象立即处理,该检测工序需要贯穿整个成孔过程,同时在每一节套管对接前,需要用直尺及线锤进行孔内垂直度检查,检测合格后并做好记录方可进行下节套管对接。纠偏措施:起始入土时(5m左右),若出现轻微偏斜现象可通过升降全套管全回转钻机四个支腿油缸调整套管垂直度;入土深度过深时,通过调节全套管全回转钻机支腿油缸已无法进行垂直度调整,此时应该进行管内回填,一边回填一边起拔套管,将套管起拔至上次检查垂直度合格位置,调整套管垂直后,重新下压施工。

      ⑦ 钢筋笼吊装控制

      本项目工程中因限高因素无法满足一次性钢筋笼吊装,根据现场实际情况分段吊装入槽的施工方法,每节钢筋笼之间通过焊接方式连接,焊接搭接长度不小于10d(d为钢筋笼主筋直径)。吊装钢筋笼时,采用抬吊三点吊装、整体回直入孔的吊装方案。

      ⑦ 混凝土灌注控制

      本项目采用料斗灌注法进行混凝土灌注,初始灌注为确保混凝土能封堵孔底,应一次性灌注2-3m3混凝土,混凝土灌注过程中要经常根据灌注高度起拔套管及导管,既防止套管及导管凝固在混凝土中,也要严格控制防止套管及导管起拔过快露出混凝土面,造成断桩风险,一般要求套管及导管底口要始终低于混凝土面2.5米左右。

      4.小结

       全套管全回转钻机咬合桩施工优点如下:(1)无须排放泥浆,近于干法施工;机械设备噪声低,振动小,大大减少工程施工时对环境的污染,有利于文明施工;(2)全程钢护筒跟进,沉降及变形容易控制,能紧邻相近的建筑物和地下管线施工;(3)成孔精度高,成孔精度检测在管内进行更为方便、易控制且有直观感;(4)能有效的防止孔内流砂、涌泥,塌孔等现象,杜绝混凝土浪费同时成桩质量高;(5)混凝土强度可按照设计要求提高,可靠性强;(6)全套管的护孔方式使第二序次施工的桩在已有的第一序次的两桩间实施切割咬合,能保证桩间紧密咬合,形成良好的整体连续结构,完全起到止水作用。