盖挖逆作车站工程AM桩施工工法

2014年度参评三级工法AM桩施工工法PAGE第13页共13页AM桩施工工法1.前言随着城市的不断发展，高层建筑越来越多、地面交通越来越拥堵，城市轨道交通建设尤其是地铁车站面临着施工场地越来越狭小、建筑物保护成本及风险越来越高的窘境，地铁车站如采用盖挖逆作法施工可在一定程度上缓解以上压力。盖挖逆作法施工基坑暴露时间短可以尽快恢复地面交通，围护结构变形小，有利于保护临近建筑物和构筑物。盖挖逆作法中立柱施工是关键环节，传统定位器施工方法安全风险大、定位精度低，而AM桩工法不但施工安全、速度快、精度高，而且可以有效缩短抗拔桩长度，是盖挖逆作车站中立柱施工的一种理想方法。合肥地铁大东门站采用盖挖逆作施工。车站抗拔桩直径分2000mm、1800mm两种桩型，直径2000mm灌注桩，设两道直径3000mm扩大头，分别位于桩底标高及桩底以上9.4m处，直径1800mm扩底灌注桩，设1道直径3000mm扩大头，位于桩底。永久性钢管柱安装采用HPE液压垂直插入法施工，永久性钢管混凝土柱根据桩长直径有700、800、900mm三种，钢管壁厚20mm，最大法兰直径1600mm，钢管插入桩顶以下3.95m。2.工法特点2.1采用扩底抗拔桩可以提高桩基抗拔能力30%以上。2.2全部机械化作业，减少人员进入桩底安装定位器的风险。2.3永久性钢管柱安装垂直度、平面位置精度高，提高工程质量。3.适用范围本工法适用于土层或软岩地层盖挖逆作法建筑物抗拔桩、中立柱施工，适用钢管柱直径Φ300～2500mm，钢管柱的长度≤50m，钢管柱的重量≤80T。4工艺原理抗拔桩采用全液压可视可控扩底旋挖钻机进行扩底，保证桩基抗拔效果；根据两点定位原理，通过HPE插入机的夹具抱紧钢管柱，HPE插入机上下往复运动将钢管柱向下插入，通过安装在钢管柱上的传感器在操作室利用电脑控制系统调整钢管柱垂直度及平面位置，最后结合人工测量保证钢管柱安装精度。5施工工艺流程与操作要点5.1施工工艺流程（图1）AM全液压旋挖钻机定AM全液压旋挖钻机定位施工现场准备埋设钢护筒等径桩成孔利用扩孔钻头第一次清孔安装钢筋笼等径桩成孔至设计深度扩底成孔结束，测量孔深灌注混凝土混凝土灌注完毕钢筋笼制作钢筋笼验收稳定液循环稳定液处理回收废弃不合格稳定液储藏池边钻边注入稳定液稳定液配制安装导管检测沉渣扩底成孔开始液压垂直插入机就位垂直插入永久性钢管柱钢管柱内浇筑砼钢管柱安装完成砼养护填充钢柱外缝隙拔出钢护筒图-1AM桩施工工艺流程5.2操作要点5.2.1埋设护筒桩位测量放样后用旋挖钻机钻孔至钢护筒需埋设深度，旋挖钻机移开，HPE液压垂直插入机就位。HPE液压垂直插入机的定位器中心与桩位中心对齐，控制护筒中心位置；就位后HPE液压垂直插入机驱动钢护筒360度旋转沉入钢护筒至地面以下7.5m，护筒埋设后移除HPE液压垂直插入机。本工程钢管柱柱顶在地面以下6m，埋设钢管柱后需拆除钢管柱送柱的工具柱，因此钢护筒的长度应不少于8m，护筒直径应比桩直径大200mm，确保人工下入孔内6m切除工具柱的安全。5.2.2成孔护筒埋设完毕后，用泥浆泵向孔内注入稳定液，使用旋转钻机至中风化岩层，随后更换冲击钻机完成中风化岩层的成孔。钻进中根据严格控制稳定液的质量，及时向孔内注入稳定液使孔内水位高出地下水位2m以上。旋挖钻钻孔过程中，用两台经纬仪双向随时检测钻机钻杆的垂直度，当钻孔有倾斜时，可往复进行扫孔修正，直至垂直度符合要求。冲击钻成孔过程中经常检查钢丝绳在锤头冲击前后的状态，必要时采用超声波检测仪进行垂直度检测，确保成孔垂直度满足要求。在成孔过程中或成孔后孔壁坍塌，轻度塌孔应加大稳定液密度和提高水位；严重塌孔，应回填粘土，等待一定时间后采用低速钻进。钻孔时经常检查稳定液的性能，当各项指标超过上下限时，应及时调整。5.2.3扩底AM工法可视全液压扩底旋挖钻机更换AM工法扩底魔力铲斗进行扩底成孔作业，本工程为Φ2000mm扩至3000mm,在扩底施工时，通过映像监视系统，在自动管理中心的指挥下，回转扩底铲斗在进行旋转中切削土体实现扩孔作业，铲斗的刀排镶嵌钛合金，被平均分成二份或四份进行岩土的切削挖掘，实施水平扩底，期间产生的岩土砂砾被铲斗所容纳，收回铲斗交带到地面。扩底成孔结束后，测量孔深并组织监理单位进行确认。图-2AM可视全液压扩底旋挖钻机成孔作业图-3AM可视扩底影像管理装置AM可视全液压旋挖扩底钻孔灌注桩护壁采用人造稳定液，稳定液比重应控制在1.2以内。清孔时将扩底魔力铲斗（桶式，带档板）放至孔底，通过铲斗旋转钻进渣土达到清孔目的。安装钢筋笼后采用所举反循环进行二次清孔。5.2.4浇筑混凝土钢筋笼采用100吨履带吊整体吊装,要严防碰撞、变形。在稳定液比重、粘度、含砂率及沉渣厚度等控制指标满足规范要求后，方可进行下道工序。清孔结束后必须在30分钟内灌注混凝土，否则必须重新清孔，水下混凝土采用C35，考虑灌注桩混凝土浇筑完成后安装钢管柱，混凝土的初凝时间控制在36小时以上，考虑钢管柱插入需要一定的时间，单桩浇注混凝土的浇注时间应控制在4小时内。首次混凝土灌注料，初灌料不应小于计算初灌方量，混凝土必须连续灌入，控制导管埋深在2～5米。要严格检查混凝土的坍落度及和易性，坍落度一般控制在18～22㎝。混凝土灌注时，提升导管要慢并平稳提升，严防碰撞钢筋笼。在保证桩头混凝土质量的前提下，最后一次混凝土浇灌量要考虑插入钢管柱所占体积。5.2.5HPE垂直插入机就位对中混凝土灌注完成后，重新放出桩位为中心，并将十字线标记在护筒上。复核桩位后，将HPE液压插入机械的定位器中心与基础桩位中心在同一垂直线上，然后吊装HPE垂直插入机就位，HPE液压插入机根据定位器就位对中。5.2.6调整HPE垂直插入机水平度就位对中后，HPE液压插入机械可手动、自动调整水平度，并重新复核中心位置，满足要求后即可吊装钢管柱入孔。5.2.7吊装钢管柱钢管柱对接工具柱后的长度在41m以上，为保证吊装时不产生变形、弯曲，采用二台吊车多点抬吊，将钢管柱垂直缓慢放入HPE垂直插入机上，抬吊的设计是保证钢管柱不产生变形、弯曲的前提，根据我公司的经验，吊点设计如下图：图-4HPE液压垂直插入机图-5钢管柱吊装5.2.8HPE垂直插入机液压插入钢管柱钢管柱吊放至HPE垂直插入机内，下入孔内至第二道法兰（顶部向下第二道）后，由HPE垂直插入机抱紧钢管柱，并复测钢管柱垂直度，满足要求后垂直插入孔内，刚开始下放钢管柱时，由于钢管柱的自重，钢管柱能自由下入孔内一定深度，当浮力大于钢管柱重量后，由HPE垂直插入机将钢管抱紧，由液压插入装置的液压下压力将钢管柱下压插入孔内，当插至混凝土顶面后，重新复测钢管垂直度，此时根据安装在钢管柱上的垂直仪来检测钢管柱的垂直度，测定数据可根据电脑分析确定钢管柱的垂直度，满足垂直度要求后继续下压插入至混凝土中；如不满足要求可调整HPE垂直插入机的水平度直至钢管柱垂直度满足要求。图-6HPE插入机图-7插入钢管柱5.2.9钢管柱四周回填碎石HPE液压垂直机垂直插入永久性钢管柱后，根据设计图纸钢管柱安装完成后在四周回填细沙，考虑到细沙在护壁稳定液中无法沉淀密实，在钢管柱安装后可对永久性钢管柱四周进行碎石回填，碎石的粒径不得大于25mm，一般采用5-25连续级配的碎石，回填时碎石在钢管柱四周均匀填入，碎石回填高度与永久性钢管柱顶标高以下500mm，上部等工具柱拆除后回填；回填时排出的稳定液用泥浆泵抽至废浆池后外运清除。5.2.10浇筑钢管柱内砼永久性钢管柱四周回填后，可浇筑永久性钢管柱内混凝土，先下放永久性钢管柱内的钢筋笼，采用吊筋将钢筋笼固定在永久性钢管柱上口，控制钢筋笼顶标高，再下放导管进行永久性钢管柱内的混凝土灌注，永久性钢管柱内混凝土为干作业灌注，在灌注时需特别注意永久性钢管柱法兰部位的混凝土密实度，当灌注到法兰部位时，需上下抽动导管使混凝土充分填筑法兰底部的空隙，混凝土浇筑至钢管柱顶以下200mm，便于后续接柱。5.2.11切除工具柱当钢管柱四周回填并浇筑钢管柱内混凝土后，四周回填碎石已固定永久性钢管柱，即可拆除上部送柱工具柱，割除永久性钢管柱与送柱工具柱连接部位，拆除送柱工具柱后由吊车将HPE垂直插入机移位即可。5.2.12回填孔口拔除钢护筒永久性钢管柱内的混凝土达到初凝后，对钢管柱内上口未浇筑混凝土的回填细砂，便于今后开挖清理；其余部位回填碎石或易密实的砂土至孔口，拔除钢护筒。6主要材料与机具设备(见表6-1)表6-1主要材料及主要机具设备序号名称规格型号数量（台）备注1钢垫板4×2m62碎石若干根据回填数量备用用3气割设备14挖掘机15AM工法扩底旋挖钻机机AM620016旋挖钻机SWDM-2817履带吊150吨18履带吊80吨19冲击钻机CZ-8若干岩层，数量根据实际确定定10HPE液压垂直插插入机311全站仪112红外线水平仪LS627113超声波地下连续墙墙检测仪UDM150Q17．质量控制7.1抗拔桩基底为土层时宜用旋挖钻机成孔，基底为岩层时宜用冲击钻机成孔，以保证桩孔的垂直度，桩孔的垂直度控制在L/300以内。7.2钢管柱、工具均在工厂加工，并根据其长度及运输能力考虑是否需在现场对接，在现场对接后经探伤检测合格方可使用。钢管柱及工具柱的加工要求①钢管柱对接的焊缝，外表面必须光洁、平整，不得出现凹凸不平的现象，格构柱搭接板焊接在内侧。②对接钢管柱表面平整度要控制在1/600。③纵面弯曲值：F≤1/600且f≤5mm。④钢管柱椭圆度f/D≤3/600。⑤起吊挠度≤1/600。7.3钢管柱安装质量标准①立柱中心线和基础中心线允许偏差±5mm；②立柱顶面不平度允许偏差±5mm；③立柱顶面标高和设计标高允许偏差0~-20mm；④立柱不垂直度允许偏差L/1000mm，最大不大于15mm（传统工法最高精度仅能满足小于1/500）；⑤各柱间距离允许偏差小于柱距的1/1000mm；⑥各柱上下两平面相应对角线差允许偏差20mm；7.4工具柱长度应能保证其重复使用，一般按柱顶至地面高度+设备高度4.5m+预留操作高度1m计算，根据计算取最长的加工，工具柱的数量900直径不少于4根，800mm直径不少于4根，700mm直径不少于1根，工具柱的直径、壁厚与钢管柱相同，钢管柱与工具柱对接时接头部位需增加内衬管，内衬管外径宜比钢管柱直径小10～20mm，便于工具柱与钢管柱对接，做法详见下图：图-8钢管柱现场探伤检测图-9钢管柱与工具柱连接详图7.5为了保证钢柱定位的精确度和垂直度，在钻孔灌注桩浇灌完成后，必须马上进行场地的平整。场地平整时，土体要挤压密实，地面的平整度要一致，以确保HPE液压插入机械就位、定位的准确。7.6在钻进过程中。孔内稳定液液面始终高于地下水位2m以上，以保证孔内稳定液起到平衡孔壁的作用。7.7抗拔桩钢筋笼顶钢筋在不大于桩孔直径的情况下宜成喇叭状向外张开，以便于钢管柱的插入。7.8抗拔桩需灌注超缓凝混凝土，缓凝时间在36小时以上，混凝土灌注前必须有专人负责复核混凝土性能是否符合要求。7.9抗拔桩混凝土灌注量要考虑钢管柱插入所占体积，避免后期凿除工作量过大。7.10钢管柱用HPE机安装到位后有须进行我工测量复核，确保安装精度。7.11钢管柱内混凝土在灌注时需特别注意钢管柱法兰部位的混凝土密实度，当灌注到法兰部位时，需上下抽动导管使混凝土充分填筑法兰底部的空隙。7.12钢管外回填碎石粒径不宜过大，一般控制在50mm以内，以免损伤钢管柱及其防腐涂层。7.13钢管柱对接后、工具柱焊接后均需进行垂直度检测，只有满足要求后才能使用。8.安全措施8.1施工过程吊装作业较多，应经常检查吊索吊具；吊装作业时施工人员在要站在吊车回转半径之外，防止造成人身伤害。8.2钢管柱下插过程是通过液压实现的，在下插过程中，施工人员距离HPE机、泵车不得小于4m，防止液压油喷出伤人。8.3钻机和扩孔机等施工机械应停放于平坦处，防止因机械失稳造成人员、机械受损。8.4钢管柱内回填碎石须沉降4小时以上可进入护筒内切割工具柱，进入人员应佩戴安全带。8.5桩孔四周为硬化地面且在成孔过程中保存较好的可在HPE机放置普通钢板，否则应下垫特制大型钢垫板。9.环保措施9.1施工过程中产生的泥浆尽量循环利用，不能利用的废应经沉淀池沉淀达标后排放。9.2应经常检查施工机械的液压系统和输油系统，防止因油料泄漏对周围环境造成污染。9.3大型机械应经常维修、加润滑油，控制施工过程中产生的噪音在规范允许满园内。10．效益分析本工法所带来的经济效益和社会效益明显，主要表现在：9.1钢管柱垂直精度高，提高施工质量，能充分发挥钢管柱的承载能力；定位准确方便，单柱安装施工周期短，大大节约施工工期；避免常规永久性钢管柱安装人工入桩孔内施工作业，降低安全风险；扩底桩提高承载力30%以上，能大大降低施工成本。地铁车站使用圆形柱结构外形美观，抗震性能好，加上施工简便，具有广阔的应用前景