深基坑围护桩孔咬合施工工艺

用作深基坑围护的钻孔咬合桩施工技术研究

【摘要】上海市轨道交通6号线21B标段长清路站～上南路区间工程中,软土地基上首次大面积采用钻孔咬合桩作为深基坑围护体系,针对钻孔咬合桩施工中垂直度控制、B桩抗管涌、接头处理以及超缓凝混凝土研制等多项关键技术进行了研究,并在施工过程中采取了相应的措施保证了钻孔咬合桩的施工质量,确保了整个基坑工程的安全施工,取得了较好的效果。【关键词】基坑围护钻孔咬合桩管涌超缓凝混凝土

1工程概况

上海市轨道交通6号线工程北起高桥镇港城路,南至世博园区主题公园,是市重大交通建设项目。在6号线21B标段长清路站～上南路区间段局部267延长米的基坑中,首次在上海软土地基中大范围采用了钻孔咬合桩作为基坑围护体系。该区域的钻孔咬合桩围护既是基坑开挖时的围护挡土墙和止水帷幕,又紧贴区间结构的外板墙并与结构外墙共同受力。

本工程咬合桩桩长25m,桩中心间距800mm,咬合厚度为200mm,A桩与B桩咬合交错布置,B桩内配钢筋笼采用水下C30混凝土,A桩为C30素混凝土(图1)。2工程地质及周边环境

工程地质属上海市典型软土地基,工程影响范围内从上至下主要包含素填土、粉质粘土、淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土、砂质粉土、粉质粘土等。

咬合桩施工范围北侧平行于基坑方向为已竣工使用的日月新苑小区6～7层住宅楼,条形基础,基础底标高约3.7m,设抗沉降桩为250mm×250mm预制混凝土方桩,桩长18m。咬合桩围护外边线距离小区住宅楼为8.5～12m(图2)。3工程特点与难点

(1)咬合桩垂直度控制难度较大。由于咬合桩在上海市软土地基尚无相关规范规定,借鉴外地咬合桩控制要求,确定咬合桩垂直度控制为3/1000。一方面施工时垂直度控制难度大,另一方面当垂直度无法满足时必须采取相应的措施进行纠偏。

(2)咬合桩超缓凝混凝土的配制。由于咬合桩施工成败重中之重为A桩的超缓凝混凝土的配合比必须满足其初凝时间不小于60h,因此必须通过多次的配合比试验以满足混凝土的初凝要求。

(3)咬合桩不同情况下的接头处理难度大。工程采用多台钻孔咬合桩施工,需要针对不同的接头形式采用针对性的接头处理。

(4)周边环境要求高。日月新苑小区距离基坑近,且基础相对比较薄弱,而咬合桩在软土地基上变形通常会较大,施工中必须采用相应措施减小基坑施工对周边环境的影响。4咬合桩施工关键技术4.1单桩施工流程

场地平整→测量放样→导墙施工→桩机就位→安放套管→压入套管、控制垂直度→套管钻进、抓斗取土→测量孔深→孔底检查→吊放钢筋笼→导管安装、浇捣混凝土→逐次拔管、测量混凝土标高→桩机移位在咬合桩施工时对三个关键过程进行重点控制,其分别是导墙定位、套管垂直度控制、混凝土浇捣。4.2导墙定位

由于咬合桩紧贴结构,为抵消咬合桩在基坑开挖时的外侧土压力作用下的向内位移而造成的基坑结构净空减小及自身的垂直度偏差,咬合桩导墙放样时外放80mm,导墙单边宽为1250mm,厚300mm。施工相邻桩位时保证搭接长度为200mm(图3)。

导墙模板采用自制整体木模,导墙预留定位孔模板直径为套管直径扩大3cm即为1030mm。模板采用钢管支撑,支撑间距不大于1m,严防跑模。混凝土浇注前对模板的垂直度和中线以及净距进行验收。

导墙采用C20混凝土进行浇注,混凝土浇注时两边对称交替进行,严防走模。如发生走模,应立即停止混凝土的浇注,重新加固模板,并纠到设计位置后,方可继续进行浇注。振捣采用插入式振捣器,振捣间距为600mm左右,防止振捣不均,同时也要防止在一处过振而发生走模现象。4.3套管垂直度控制

移动套管钻机至正确位置,使套管钻机抱管器中心对应定位在导墙孔位中心,采用经纬仪及线锤对钻管进行垂直度控制,垂直度控制在3‰以内。找正桩管垂直度后,磨桩下压桩管,压入深度约为2.5～1.5m,下压套管始终保持套管底口超前于开挖面的深度≮2.5m。第一节套管全部压入土中(地面以上要留1.2～1.5m,以便于接管),第二节套管安装后对其检测垂直度,如不合格则进行纠偏调整。本工程取土方式采用抓斗取土,利用抓斗自重下落取土。在接近孔底时,取土采取轻放轻抓,以免扰动底部土层,终孔时外管超前0.5～1.5m。

成孔过程中要控制好桩的垂直度,必须对以下三个环节进行严格的控制:4.3.1套管的顺直度检查和校正

钻孔咬合桩施工前应在平整地面上进行套管顺直度的检查和校正,首先检查和校正单节套管的顺直度,然后将按照桩长配置的套管全部连接起来进行整根套管(15～25m)的顺直度检查,偏差宜小于10mm。检测方法:于地面上测放出两条相互平行的直线,将套管置于两条直线之间,然后用线锤和直尺进行检测。4.3.2成孔过程中桩的垂直度监测和检查

地面监测:在地面选择两个相互垂直的方向采用经纬仪或线锤监测地面以上部分的套管的垂直度,发现偏差随时纠正。这项检测在每根桩的成孔过程中应自始至终坚持,不能中断。

孔内检查:每节套管压完后安装下一节套管之前,都要停下来对孔内垂直度检查,不合格时需进行纠偏,直至合格才能进行下一节套管施工。4.3.3纠偏

成孔过程中如发现垂直度偏差过大,必须及时进行纠偏调整。

(1)利用钻机油缸进行纠偏:如果偏差不大或套管入土不深(小于5m),可直接利用钻机的两个顶升油缸和两个推拉油缸调节套管的垂直度,即可达到纠偏的目的。

(2)A桩纠偏:如果A桩在入土5m以下发生较大偏移,可先利用钻机油缸直接纠偏,如达不到要求,可向套管内填砂或粘土,一边填土一边拔起套管,直至将套管提升到上一次检查合格的地方,然后调直套管,检查其垂直度合格后再重新下压。

(3)B桩的纠偏:B桩的纠偏方法与A桩基本相同,其不同之处是不能向套管内填土,而应填入与A桩相同的混凝土,否则有可能在桩间留下土夹层,从而影响排桩的防水效果。4.4B桩成孔“管涌”现象的控制

在B桩成孔过程中,由于A桩混凝土未凝固,还处于流动状态,A桩混凝土有可能从两桩相交处涌入B桩孔内,称之为“管涌”(图4)。克服“管涌”有以下几个方法:

(1)套管底口应始终保持超前于开挖面一定距离,以便于造成一段“瓶颈”,阻止混凝土的流动,超挖距离不应小于2.5m。

(2)B桩成孔过程中应注意观察相邻两侧A桩混凝土顶面,如发现A桩混凝土下陷应立即停止B桩开挖,并一边将套管尽量下压,一边向B桩内填土或注水,直到完全制止住“管涌”为止。4.5分段施工接头的处理方法

本工程一台钻机施工无法满足工程进度,需要多台钻机分段施工,这就存在与先施工段的接头问题。本工程中采用设置砂桩的办法对该类接头进行处理。在施工段与段的端头设置一个砂桩(成孔后用砂灌满),待后施工段到此接头时挖出砂灌上混凝土即可(图5)。

由于砂桩部位容易产生渗漏水现象,因此在砂桩外侧采用旋喷桩防水。4.6混凝土浇捣

超缓凝混凝土是钻孔咬合桩施工工艺所需的特殊材料(因为其缓凝时间特别长,所以称为超缓凝混凝土),这种混凝土主要用于A桩,其作用是延长A桩混凝土的初凝时间,以达到其相邻B桩的成孔能够在A桩混凝土初凝之前完成,这样便给套管钻机切割A桩混凝土创造了条件。因此超缓凝混凝土是钻孔咬合桩施工工艺成败的关键。

为了满足钻孔咬合桩的施工工艺的需要,超缓凝混凝土必须达到以下技术参数的要求:

(1)混凝土缓凝时间≥60h;

(2)混凝土坍落度:180±20mm;

(3)混凝土的3d强度值不大于3MPa;

(4)最终强度满足设计要求。

由于咬合桩施工成败重中之重为A桩的超缓凝混凝土的配合比必须满足其初凝时间≥60h的要求,因此通过多次实验进行比较(表1),得出的最符合工程施工要求的配合比。

根据表1结果,本工程采用嘉新京阳P042.5水泥和RH25的缓凝剂,缓凝剂掺量为1.6%,实际满足施工要求,未发现早凝现象。5实施效果

由于制定切实可行的方法,进行合理的施工安排,严格的施工控制,咬合桩施工质量得到了控制,桩与桩之间无明显漏水现象。基坑开挖过程中,围护变形也在设计允许的范围内,周边环境无异常情况发生。

目前咬合桩用于基坑围护体系中,施工时可采用自落式取土或钻进取土的方式,其中前者适合在周边环境比较好的情况下使用,通常在周边环境要求较高时宜优先采用钻进取土的方式。

站台施工工艺1.适用范围适用于新建铁路站台工程施工。2.作业准备2.1技术准备2.1.1作业指导书编制后，应在开工前组织技术人员认真学习实施性施工组织设计，阅读、审核施工图纸，澄清有关技术问题，熟悉规范和设计标准。制定施工安全技术措施和应急预案，对施工人员进行技术交底，对参加施工人员进行上岗前技术培训，考核合格后持证上岗。2.1.2必要时与铁路局车站、桥工段、电务段、供电段、房屋修建中心等相关单位签订施工安全协议。2.2外业技术准备施工前应先对施工场地进行平整，准备好材料、劳力及机具，并检查其性能达到要求。收集施工地点外部地理环境、施工作业层中所涉及的轴线、方向、标高、开挖范围等各种外部技术数据，测量放线，做好开挖前准备。3．技术要求3.1施工前按设计提拱的配合比进行室内试验，确定施工配合比。3.2混凝土的拌和采用场地集中拌和，砼灌车运输至现场。3.3依照设计图纸和施工规范进行开挖前技术交底。3.4技术人员应现场值班。4．施工程序及工艺流程基底处理→垫层施工→站台墙底板钢筋绑扎→底板模板及砼浇筑→墙身及顶板钢筋安装→墙身、顶板模板→墙身顶板砼浇筑→拆除模板→站台内回填施工→砼面层浇筑施工。站台施工工艺流程框图测设平面位置、标高测设平面位置、标高基础开挖处理垫层施工站台墙底板钢筋绑扎底板模板及砼浇筑墙身及顶板钢筋安装墙身、顶板模板墙身顶板砼浇筑拆除模板砼面层浇筑施工站台内回填施工5．施工要求5.1施工测量测量定位仪器为尼康MT532全站仪（角度误差2秒，测距2mm）水准测量为DS2光学水准仪，竖向标高量测用钢尺，测量报告得到批准后方可进入下步施工。5.2基底处理及垫层施工⑴基底开挖前，要探明基底范围内有无管线设备，必要时采取相应措施，确保工程的顺利进行。⑵基底开挖后，进行基底杂物的清除及基底平整。基底开挖标高、坡度及尺寸要严格执行技术交底，超挖部分回填必须夯实，达到设计承载要求后才能浇筑垫层基础。5.3站台墙施工钢筋绑扎、模板安装及混凝土浇筑底板和墙身分开先后两次进行。每20m设置一道施工缝。5.3.⑴本工程所有钢筋均根据设计提供的施工图纸和《铁路混凝土与砌体工程施工质量验收标准》的要求进行，进场钢材必须有出厂合格证并做好现场状态标识，试验员及时做好复试工作，试验合格后方准使用。同时钢筋应架空分类存放，并做好钢筋的维护工作，避免锈蚀或油污，确保钢筋保持洁净。⑵各位置钢筋必须绑扎到位，钢筋的数量、规格、接头位置，搭接长度、间距应严格按施工图施工绑扎，并且绑扎牢固无松动。⑶站台墙底板、墙身与模板间均应设垫块，按设计要求的保护层厚度提前制作混凝土垫块，并按规定加扎丝，以便与主筋固定在一起，固定垫块位置，同时垫块应具有相应构件的混凝土标号，加工尺寸应规整。⑷钢筋定位：每次混凝土灌注前，钢筋混凝土主体钢筋应统一校正，发现钢筋位移和变形后及时修复，保证钢筋间距、位置、保护层始终符合设计要求。⑸质量检查工程师应对构件的钢筋规格数量及设计规范要求项目进行系统检查,各项检查全部合格后，报请监理进行隐蔽检查。⑹每次隐蔽前，有关责任人应提前填好隐蔽检查证，待监理隐蔽检查合格后及时完成签认手续，隐蔽检查证填写应规整、全面、表达清楚。⑺成品、半成品钢筋应远离污染源存放，如机油、隔离剂、泥土等，一旦污染应作好处理工作。⑻钢筋的绑扎允许偏差值必须符合下表的要求，合格率应控制在90%以上。项目允许偏差值（mm）绑扎钢筋网长、宽±10网眼尺寸±20绑扎钢筋骨架长±10宽、高±5受力钢筋间距±10排距±5保护层厚度基础±10柱、梁±5板、墙、壳±3绑扎箍筋、横向钢筋间距±20钢筋弯起点位置20预埋件中心线位置5水平高差+3，05.3⑴模板板面平整、具有足够的强度、刚度、稳定性，支撑牢固。横竖缝排列有序，连接紧密，保证板缝不漏浆。⑵模板使用前，对变形、翘曲超出规范的应即刻退出现场，不予使用，模板拆除下来，应将砼残渣、垃圾清理干净，重新刷隔离剂。⑶模板安装完成后，先由现场技术人员进行自检。自检完毕，由质检员负责进行模板的轴线、标高、垂直度、截面尺寸、支撑牢固度的复核，并作好书面记录、签证。⑷浇筑混凝土前，模板内的积水和杂物应清理干净。模板的接缝不大于2mm。⑸模板的实测允许偏差如下表所示，其合格率严格控制在90%以上。项目允许偏差值（mm）轴线位移5标高±5截面尺寸+4、-5垂直度6表面平整度55.3⑴混凝土使用商品混凝土。商品混凝土每车都要现场检验坍落度，以测试混凝土的和易性，符合设计要求方可浇筑。砂、石符合要求，每次浇筑前由混凝土商提供原材试验资料，施工现场进行抽样复检。⑵混凝土灌注采用分层阶梯推进，每层不大于0.5m,混凝土灌注连续进行。施工缝处应先凿除缝面上的水泥砂浆薄膜和松动的石子，以压力水冲洗干净，充分湿润，不存积水。当混凝土表面出现泌水现象时（约2－10h混凝土应每50－100m⑶混凝土振捣：①不得漏振，尤其对钢筋密集，模板拐角等处特别注意。②振动棒在每点上的振捣时间以混凝土不沉落、不出气泡，表面泛浆为度，一般为20－30s，最短不得少于10s,也不宜过振，以防混凝土产生离析。③振动棒插入深度应进入下一层混凝土内5－10cm④振动棒移动距离不应大于0.6m,⑤振动棒慢慢上拔，不能突然拔出。⑷混凝土的养护：①可用草袋、棉补等覆盖于混凝土外露面上，注意不使混凝土面受到污染和损伤。②养护时间为14天。⑸拆模：①拆模宜待混凝土强度达到2.5Mpa以上时方可拆除。②拆模时应自上往下逐层拆除，其间不得损坏混凝土表面结构。③拆下的模板严禁抛掷，且应分类堆放、修整、涂油。5.4站台内回填5.4在站台墙施工完毕后，对站台内进行回填。回填首先采用无杂质普通土分层回填，采用机械压实处理，对靠近台墙边不宜采用机械碾压的部分，用平板电夯机夯实。分层厚度为20cm，压实系数＞0.95。每层填土完成后，由质检员、试验员陪同监理进行压实度试验检测，满足要求后，方进行下层填土施工。填土顶部高程由技术人员现场测量控制。5.4素土回填完成后，由质检工程师报监理检查合格后，上铺掺10%石灰处理的素土，碾压密实,压实系数＞0.95。经试验检测合格后,铺25mm厚粗砂一层。报监理现场检查合格后，方可进行混凝土面层的浇筑。5.5混凝土面层浇筑站内内回填完成后，经复测标高无误后，浇筑混凝土层,并设沉降缝。6.劳动组织6.1劳动组织模式：采用架子队组织模式。6.2施工人员应结合工前确定的施工方案、机械、人员组合、工期要求进行合理配置。每作业面主要劳动力配置表序号岗位名称人数（人）备注1技术、测量、试验、质检5-82工班长3-43安全员1-24钢筋工205木工106混凝土工127普工208挖掘机、压路机、装载机司机3各1人9自卸车司机510电工27.材料要求原材料必须符合设计及相应规范规定要求，经检测合格后方可投入使用。8.设备机具配置每作业面主要机具设备配置表序号机械名称型号数量(台)1挖掘机12压路机Zl5013装载机14自卸汽车5T55切断机QJ40-116弯曲机WJ-4017钢筋调直机GT4-1418闪光对焊机100KVA单380V19振动捧ZX50610电焊机BX3-300-2411蛙式打夯机49.质量控制及检验9.1质量控制9.1.1严格遵守公司的质量方针和目标，建立质量控制保证体系。运用全面质量管理的方法，重点做好施工工序控制，工程质量评审，物资材料管理等工作。9.1.2建立各级质量责任制。各级质量控制人员严肃使用质量否决权，做到坚持没有质量计划和组织设计不安排施工；坚持没有校验达标工程不报竣和交付使用。9.1.3优化施工方案，积极采用先进的施工工艺，科学地按施工进度计划合理调配劳动力。对每道工序都要建立严格的质量检验系统，遵守监督上道工序，保证本道工序，服务下道工序的要求，实行样板引路，以样板间，样板段或样板工序指导施工。9.2过程控制9.2.1技术复核、隐蔽工程验收⑴技术复核是确保各道工序是否按设计图纸和施工及验收规范施工关键。⑵凡分项工程的施工结果被后道施工所覆盖，均应进行隐蔽工程验收，隐蔽验收的结果必须填写《隐蔽工程验收记录》作为档案资料保存。9.2.2⑴施工组织设计编制完毕并送审确认后，由项目经理牵头，项目工程师组织全体人员认真学习施工方案，并进行技术、质量、安全书面交底，列出监控部位及监控要点。⑵本着谁负责施工谁负责质量、安全工作的原则，各分管工种负责人在安排施工任务时，必须对施工班组进行