人工挖孔灌注桩在地铁工程中的应用

1、人工挖孔灌注桩在地铁工程中的应用摘要:阐述了人工挖孔灌注桩的基本原理及适用范围,对人工挖孔灌注桩的施工程序及具体的施工工艺进行了介绍,并结合人工挖孔灌注桩在地铁工程中的应用进行了说明,以使挖孔桩施工更加合理化、规范化。 关键词:人工挖孔灌注桩,地铁,施工工艺,地质条件随着27年的改革开放,给深圳这座年轻的城市注入了活力、生机。深圳地区高层建筑如雨后春笋般拔地而起,市政道路、地铁正紧锣密鼓地施工和准备着。在基础施工中,因受相邻建筑物如公路、各种地下管线等市政设施的影响,以及受地质条件制约,为减少机械施工噪音的影响,对如何采取工艺简单且技术安全可靠、经济合理的施工手段,是当今投资方和施工单位所必须

2、考虑的问题之一。人工挖孔灌注桩是近十年来开发出的一种行之有效的施工方法,尤其在广东、深圳、上海、北京地区已经得到了大力的推广和应用。1 基本原理及适用范围 人工挖孔(或扩孔)灌注桩是指在桩位采用人工挖掘方法成孔,然后安放钢筋笼,灌注混凝土而成。 灌注桩按其受力条件主要分为两大类:挡土桩和工程承载桩。人工挖(扩)孔桩宜在地下水位以上施工,适用于人工填土层、粘土层、粉土层、砂卵石层和风化岩层。而在地下水渗水量大且难以排水的地层以及松砂层、淤泥土层中,不宜进行人工成孔,尤其不宜在有毒气的地层中进行人工成孔。人工挖(扩)孔桩的桩身直径一般为800mm2000mm,最大直径可达3500mm。桩端采取扩底

3、和不扩底两种方式,一般挡土桩采取不扩底方式,而工程承载桩则采取扩底方式。同时,设计人员视桩端土质条件,扩底直径一般为桩身直径的1.3倍2.5倍,最大扩底直径可达4500mm。扩底变径尺寸一般按(D-d)/2h=14的要求进行控制,其中,D和d分别为扩底直径和桩身直径;h为扩底变径高度,扩底部分可分为平底和孤底两种,后者的矢高h1(D-d)/4。 为便于施工,挖孔桩孔深不宜超过30m。当桩长L8m时,桩身直径(不含护壁厚度,下同)不宜小于0.8m;当8mL15m时,桩身直径不宜小于1.0m;当15m20m时,桩身直径应适当加大。2 施工工艺2.1 施工程序 挖孔灌注桩施工程序为:场地平整放线、定

4、桩位挖第一节桩孔土方支模浇灌第一节混凝土护壁在护壁上二次测标高及做好轴线标志安装垂直运输架、起重卷扬机、孔底吊土桶、通风、照明设施等第二节桩身挖土护壁重复第二节挖土、支模、浇灌混凝土护壁工序,循环作业直至设计深度检查持力层后进行扩底(仅限于工程承载桩)清理虚土、排除积水、检查尺寸和持力层吊放钢筋笼灌注桩芯混凝土。2.2 护壁厚度设计 大直径人工挖孔桩以及在土质条件较差地区,大都采取分段挖土、分段护壁的方法施工,以保证操作安全。对于深度小于6.0m,且土质条件较好、不扩头的桩(1000mm以内)可采取不护壁挖掘。 混凝土护壁厚度t可按下式计算:tKN/fc或tKPD/2fc。 其中,N为作用在混

5、凝土护壁截面上的压力,N/m2,N=PD/2;K为安全系数,一般取1.65;fc为混凝土轴心抗压强度,N/mm2;P为土和地下水对护壁的最大侧压力,N/mm2;D为桩孔直径,m。 1)对无粘性土,当无地下水时:P=Htg2(45-/2);当有地下水时:P=Htg2(45-/2)+(-w)(H-h)tg2(45-/2)+(H-h)w。 2)对粘性土,当无地下水时:P=Htg2(45-/2)+2ctg(45-/2); 当有地下水时:P=Htg2(45-/2)-4ctg(45-/2)+(-w)(H-h)tg(45-/2)+(H-h)w。 其中,为土的容重,kN/m3;w为水的容重,kN/m3;H为挖

6、孔桩护壁深度,m;h为地面至地下水位深度,m;D为挖孔桩外直径,m。 通常护壁厚度取10cm20cm。2.3 护壁成孔 为防止塌孔和保证操作安全,挖孔桩多设现浇混凝土支护,每节高1m1.1m,或加配适量6.5mm8mm光面钢筋200mm200mm,护壁混凝土强度标号一般与桩芯一致(C20或C30),挖孔时应预留出护壁厚度,以保证设计的桩芯柱体尺寸。 护壁施工采取拼装而成的木模支护,拆上节支下节,循环周转使用。对成桩直径不小于1.5m的桩进行支模时,为防止模板跑位变形,需设内支撑。混凝土用吊桶运输,人工浇筑,上部留100mm高作浇灌口,并用手提插入式振动器振捣,待混凝土强度达1MPa即可拆摸。当

7、使用大厂水泥时可在8h12h后拆模(一般视当地气温而定)。 2.4 钢筋笼制安 通常有桩内绑扎和井口吊装两种方式。桩内绑扎通常用于挡土桩,而工程桩则采用井口吊装方式。对直径和长度大的钢筋笼在地面制造时,一般在主筋内侧每隔2m2.5m加设一道与主筋直径一致的加强箍,并在每箍内设一“”型加强支撑,同时将主箍焊接牢固组成骨架。为便于吊运,一般应分节制作。钢筋笼的主筋为通长钢筋,其接头通常采用对焊或双面焊,主筋与箍筋间隔点焊固定。控制保护层为不小于50mm,钢筋笼外形尺寸偏差为10mm。 钢筋笼就位采用起重机进行吊装,上下节主筋采用帮条双面焊接,整体钢筋笼用钢管悬挂在井壁上,借其自重保持垂直。2.5

8、灌注桩身混凝土 在灌注混凝土前,应先放置钢筋笼,并再次清除孔内虚土。混凝土坍落度控制为18cm22cm。 混凝土灌注可采取现场拌制或商品混凝土泵送形式。混凝土下料采用溜槽和串筒,要垂直灌入桩孔内,避免混凝土斜向冲击孔壁,造成塌孔和混凝土离析现象。 混凝土应连续分层灌注,每层灌注高度一般不超过1.5m,对扩大头段采取一次性灌注振捣。对于直径较大的挖孔桩分层捣实时,应随时振捣密实,直至桩顶。当混凝土灌注量大时,可用混凝土泵车送料。在混凝土初凝前抹压平整,以避免出现塑性收缩裂缝或环向干缩裂缝。表面浮浆层应凿除,使之与上部承台或底板连接良好。2.6 混凝土养护 当桩顶标高比自然场地标高低时,在混凝土浇

9、筑12h后进行洒水养护;当桩顶标高比场地标高高时,在混凝土浇筑12h后应覆盖草袋,并洒水养护,且养护时间不少于7d。3 工程实例 深圳地铁2号线土建工程2201标世界之窗站与地铁1号线十字换乘,位于1号线之下,1号线车站已经处于运营阶段。其中换乘节点48.6m位于深南大道下方范围已建成,待建车站南、北基坑分别长58.75m,43.15m,基坑深约21m,采用人工挖孔咬合桩+钢支撑支护体系,南北基坑各分两期施工。南基坑近邻景区世界之窗,北基坑近邻在建益田假日广场建筑群。本标段车站站南接48.25m暗挖区间,车站站北接区间折返线。 北基坑采用14001350人工挖孔咬合桩;南基坑采用1400135

10、0人工挖孔咬合桩(地铁物业部分),一期、二期基坑分界处围护桩采用14002000(车站主体范围)和12002000(地铁物业范围),南基坑地铁物业范围和北基坑风道范围采用12001150人工挖孔咬合桩,挖孔桩护壁厚均为150mm。4 结语 1)人工挖孔桩机具设备简单,作业时无振动、噪声小,更适用于在狭窄施工场地内对邻近建筑物基础的保护; 2)人工挖孔桩和外侧旋喷桩相结合止水效果良好,能保证基坑顺利施作。四周开挖后的平整度及外观质量,能确保设计施工要求; 3)当孔深较大时或地下水较为丰富的地区,须保证孔内通风及照明,护壁混凝土强度最好与桩芯一致,拆模时间应视当地气温条件而定; 4)桩内空间狭小,劳动条件差,稍一疏忽,容易发生人身伤亡事故,应引起高度重视; 5)国内因劳动力便宜,工程造价低,可按施工进度要求分组同时作业; 6)人工挖孔桩受天气、气温影响较大; 7)如因受相