填海区咬合桩施工技术总结 - 副本.docx

填海区全套管咬合桩施工技术总结内容提要：大连地铁2号线海之韵站围护结构咬合桩已全部施工完成，因其施工环境的特殊性及地质条件的复杂性，和在实际施工中遇到的种种难题，还是有很多技术值得总结。本文就填海区全套管咬合桩施工进行技术总结，望这些施工技术总结能给以后类似工程提供借鉴。关键词：填海区、全套管咬合桩施工、技术总结1.前言随着我国城市地下空间的不断开发，地铁等地下工程得到迅猛的发展，基坑向深、大方向发展趋势已成必然。咬合桩作为新型的围护结构形式，因其自身施工优点，在国内深圳、上海和北京地区已被广泛应用。大连地铁2号线海之韵站位于大连市东港填海区，东端距离海岸线210m，车站结构位于近海回填层中，且回填层最厚达25m，成桩需穿越的地层依次为回填碎石层、淤泥、淤泥质粉质粘土、粉砂、粉质粘土、风化板岩。就本工程施工环境的特殊性及地质条件的复杂性，采用全套管咬合桩的突出优点为：（1）顺利的穿越饱和含水回填碎石层、欠固结的淤泥及粉砂层，且施工安全、快捷。（2）二序桩对一序桩的切割咬合，形成了很好的整体连续桩墙结构，止水效果良好。（3）咬合桩的布桩灵活，在本工程1#风亭不规格结构边线施工中充分体现了其优越性。2.设计概况 海之韵车站施工线路总长207.4m，其起止里程为DK0+148.4DK0+355.8。基坑开挖深度约为16.7m，基坑开挖宽度为18.9m。围护桩采用1200全套管咬合桩，兼做止水帷幕，标准段一序桩与二序桩交错布置，相互咬合，咬合厚度250mm，桩中心间距950mm，其中一序桩为素混凝土桩，二序桩内配置圆形钢筋笼。围护桩桩长有35.8m、33.8m、30.8和28.3m四种。各桩型的长度应根据实际地质情况进行调整，需满足进入粉质粘土4m或全风化岩4m或强风化岩2m或中风化岩0.5m。3.咬合桩施工技术总结3.1施工机械 因海之韵站围护结构咬合桩直径1200，桩径大，桩长30m以上，桩穿越地质复杂，对钻机的扭矩、提升力和夹紧力要求高，所以本工程采用的是捷程MZ2、MZ3型全套管钻机。捷程MZ型系列全套管钻机性能如表3-1所示：表3-1：捷程MZ型系列全套管钻机性能指标表性能指标MZ-1MZ-2MZ-3钻孔直径（m）0.81.01.01.21.21.5钻孔深度（m）354535453545压管行程（mm）550650600摇动推力（KN）106012551648摇动扭矩（KN.m）125514702650提升力（KN）115713531961夹紧力（KN）176519602255定位力（KN）294353490摇动角度（0）272727前后倾角（0）888钳口高度（mm）450550550功率（KW）5575110油缸工作压力（MPa）353535外形尺寸（mm）长度470055006000宽度220022502800高度150015401600质量（Kg）主机140001800028000液压站280032003500配合履带吊起重能力（KN）147196343冲抓抓斗（KN）202525353550十字冲锤（KN）80608080100图3-1：捷程MZ全套管钻机工作原理图 全套管钻机由主机、锤式抓斗、液压动力系统、外套管组成。如图3-1所示：（1）主机 主机主要有上层的抱管器（液压夹紧）、下层的承压底架、左右两个提升液压缸（竖向）、左右两个摇动臂液压缸（横向）、前后摇动液压缸（在两个摇动臂中间）、操作站。抱管器主要作用是抱死外套管；下层的承压底架既有往上拔外套管时承压作用和左右纠偏、下压时的配重作用，又能与履带吊相连抵消掉左右撮管时产生的扭矩；左右两个提升液压缸（竖向）主要作用是上提外套管和纠偏；左右两个摇动臂液压缸（横向）主要作用是撮动外套管，前后摇动液压缸（在两个摇动臂中间）作用是前后调垂直和前后纠偏。（2）外套管 外套管的标准长度为6m，本工程使用的外套管最长为9m，最短为3m，施工中根据桩长进行配管。外套管上、下接头均采用精确加工过的雌雄接头，接头采用14个高强度螺栓可靠连接，第1节外套管下端成楔形锯齿状，便于切割土体。3.2咬合桩桩位布置 咬合桩为连续的桩墙结构，且桩与桩之间的咬合厚度为定值，动一根桩的位置就得动所有桩的位置，所以在施工前必须将所有咬合桩位置符合确定下来。因咬合桩施工存在垂直度偏差，为保证桩体不侵入结构净空，本工程对设计咬合桩采取15cm外放措施。 外放后因结构拐角处咬合桩咬合厚度不能满足要求，须对所有咬合桩桩位进行调整，另一方面标准段咬合桩导向槽使用定型钢模板施工，所以本工程咬合桩桩位调整遵循下面原则：（1）先对标准段咬合桩进行桩位调整，直接外放15cm，咬合厚度不变。（2）对拐角处咬合桩进行桩位调整，调整本着满足桩不侵入结构和满足咬合厚度，实在不能满足要求可加设素混凝土桩，实行素桩与素桩相咬合。3.3导向槽施工 导向槽在咬合桩施工中占据着重要作用，它涉及到咬合桩的布桩、桩位、咬合厚度，导向槽施工质量直接关系到后续咬合桩的成桩质量和止水效果。导向槽设计厚度为0.5m，对称两边宽度1.7m，为钢筋混凝土结构，混凝土标号C20。标准段内模采用定型钢模板，钢模板长4.75m（5根咬合桩桩间距），高同导向槽设计厚度0.5m。立模时两块钢模板对拼，对拼后净空大于桩径2cm，内设角钢支撑。如下图3-2所示：图3-2：导向槽定型钢模板施工先放出咬合桩桩心位置，拉上施工线，内模定型钢模板沿施工线对称布置。由于钢模板拼装完成后不便移动，在拼装前需先放出其中一根咬合桩的桩心位置，并做好标记。模板拼装完成后，先测量调整里程，让两块模板在同里程上，再测量定位模板偏距和模板垂直度，按3h控制。定位完成后，二次复核桩心位置。要求混凝土浇筑振捣密实，混凝土表面进行收光，平整度5mm。非标准段，即结构拐角处、转角处和不规则结构边线处，以一号风亭咬合桩为例。如下图3-3所示：此段无法使用定型模板施工不规则结构边线转角处拐角处图3-3：非标准段咬合桩平面布置图非标准段导向槽内模无法使用定型钢模，本工程采用“自制螺旋箍和收口网”进行施工。 （1）自制螺旋箍，采用12圆钢，在转盘上弯制而成。螺旋箍的直径与定型钢模拼合后直径相同。 （2）螺旋箍定位，在螺旋箍上绑扎十字交叉施工线，先找到螺旋箍的中心。放样定位时，按桩的中心坐标定位螺旋箍的中心即可。 （3）螺旋箍定位准确后，将其与定型钢模板和导向槽钢筋骨架焊接牢固，再沿螺旋箍一圈打入12圆钢，圆钢均匀布置间距10cm。圆钢打入地底不得少于10cm，上端与螺旋箍焊接牢固。 （4）在螺旋箍和打入的圆钢外围绑上收口网，收口网采用扎丝绑扎，要求绑扎平顺牢固。 “自制螺旋箍和收口网”作为非标准段导向槽内模的应用如下图3-4所示：图3-4：“自制螺旋箍和收口网”3.4咬合桩施工难题解决和事故处理分析3.4.1外套管内进水 本工程位于近海填海区域，回填碎石渣透水性强，外套管在下压取土过程中，套管内进入大量的海水。大量海水进入外套管内存在以下施工问题： （1）外套管内的水加大冲抓抓斗自由下落阻力，冲抓到达桩开挖面时，冲击力减小，抓土功效低。 （2）抓斗抓土提升过程中，水冲刷抓斗抓取的土，部分土掉落，取土功效低。 （3）孔内积水多，成孔后清理效率低、清不干净，沉渣厚度不能满足设计要求。 本工程采取的措施是： （1）外套管上下接头处，接头内侧设置密封胶圈，再在管口缠施工宽胶带，宽胶带外涂抹施工黄油。宽胶带起止水作用，黄油既起止水作用，又可起润滑作用。如下图3-5所示： （2）使用自制的大铁桶打取外套管内的海水。如下图3-6所示： 图3-5：外套管接头处理 图3-6：自制水桶套管内取水3.4.2 遇大块孤石和桩底进入强风化岩 由于回填碎石层中，回填料不均，存在大块孤石，且大块孤石分布无规律；部分咬合桩桩底进入强风化岩。大块孤石和强风化岩，外套管无法正常下压切割，在实际施工中采用旋挖钻辅助施工。旋挖钻下至套管内将大块孤石和强风化岩清除后，继续下压外套管至设计桩底。3.4.3二序桩无法正常切割一序桩成孔（1）如图所示，由于特殊情况造成A1桩混凝土超过终凝时间较长或出现早凝情况，混凝土强度超过10Mpa时，B1桩无法切割A1桩成孔。此时将A2附近导墙破除，在A2桩无法调整桩位的情况下先保证B1与A2咬合，B1桩与A1桩净距保证5cm下切成孔（由于咬合桩施工垂直度存在偏差，考虑多向A2桩移5cm）。然后按顺序继续施工A3、B2、，最后沿A1、B1两桩外围补旋喷桩进行止水，施工方法示意见图3-7。图3-7： 外围补旋喷桩止水示意 旋喷桩在回填层中，成桩质量和止水效果很难保证。先使用全套管钻机对旋喷桩处地层进行置换，将回填碎石渣置换成粉质粘土，再进行旋喷桩施工。本工程旋喷桩桩径600，采用单管高压旋喷，桩长必须满足桩底进入不透水层1m以上。 （2）B1桩成孔施工时，其两侧A1、A2混凝土均已出现早凝，处理方法是放弃B桩的施工，调整桩序继续后面咬合桩的施工，以后在B1桩外侧增加3根咬合桩及两根旋喷桩作为补强止水处理，并在基坑开挖过程中将A1和A2桩之间的夹土清除，喷上混凝土即可，如图3-8所示。图3-8 咬合桩背桩补强示意 （3）咬合桩施工的流水作业中断或A1桩混凝土有早凝倾向时，迅速移钻机对A1桩进行切割成孔，然后将该孔临时设置成砂桩，待后续咬合施工至该桩时重新成孔完成连续咬合桩的施工，如图3-9所示。图3-9： 咬合桩流水中断重排示意图3.4.4 砂桩施工时被切割素桩出现“管涌” 咬合桩端头设置砂桩，在B9砂桩回灌河砂、向上提升外套管过程中，被切割A10素桩出现“管涌”现象，A10桩顶混凝土面下降2m多。停止灌沙，对砂桩回灌的河砂面标高进行量测，再向上提升外套管，二次测量孔内河砂标高，发现河砂面标高随外套管提升而上升。设置砂桩示意图3-10。 原因分析： B9孔内回灌的河砂胶结成块抱死在外套管上，随外套管上升而上升。孔内回灌的河砂下层已出现断层，A10素桩混凝土涌至河砂断层中。经分析原因是，回灌的河砂粒径太小，且B9孔内有海水导致河砂出现胶结成块，附着在管壁上；另一方面就是A10素桩砼塌落度太大，流动性强。 处理措施：重新将外套管下压至孔底，取出B9孔内的全部河砂。再将孔内水抽排净，更换粒径较大的中粗砂进行回灌。边回灌河砂边提升外套管直至砂桩施工完成，重新要素桩混凝土将A10桩顶混凝土面回灌至设计桩顶标高。 图3-10：砂桩设置示意图3.4.5咬合桩纠偏（1）素桩在施工过程中发现垂直度不能满足，若深度小于5m或偏差不大，可以直接使用钻机液压系统进行纠偏。（2）如果素桩施工外套管入土深度达5m以上，直接纠偏不能达到要求。可向孔内回填砂或粘土，一边填土一边提升外套管，直至将外套管提升到上次检查合格的地方，然后调直外套管，检查其垂直度合格后再重新下压。（3）荤桩出现上述情况，纠偏方法与素桩基本相同，不同之处是不能想套管内填砂或粘土而应填入与素桩相同的混凝土，否则有可能在桩间留下夹层，从而影响桩墙的止水效果。3.4.6 水下混凝土灌注事故（1）导管进水 其主要原因如下： A 首批混凝土储存量不足或导管底口距过大，混凝土下落后，不能埋设导管底口，以致泥水从底口进入； B、导管水密试验不好，接头不严，接头间橡皮垫被管内气囊挤开，水从接头流入； C、导管提升过猛，或测探错，导管底口超出原混凝土面，底口涌入泥水。预防和处理方法： 查明事故原因，采取相应的措施加以预防。可采取以下处理方法： A、如是上述A中原因引起，应立即提出导管，抓斗清除桩底混凝土，储存足够的首批混凝土，重新灌注。 B、如是上述B、C中原因引起，应将导管全部拔出，并将套管内的泥水抽干净，使用抓斗将受影响的砼抓出，直至抓出新鲜砼。重新下导管，继续灌注。（2）钢筋笼上浮和下沉 钢筋笼上浮，除了由于套管上拔、导管提升钩挂所致外，主要原因是由于混凝土表面接近钢筋笼底口，混凝土的灌注速度过快，使混凝土下落冲出导管低口向上反冲，其托力大于钢筋笼的重力时所致。为防止其上升，应放慢混凝土灌注速度，最大速度不超过0.4m3/min。 本工程采用钢筋笼底安装预制砼板，砼板直径0.7m，厚10cm，砼板预埋钢筋与笼底钢筋焊接牢固。可以有效的防止灌注过程中钢筋笼上浮和下沉。3.4.7咬合桩缩颈断桩 在咬合桩浇筑混凝土过程中出现缩颈断桩现象。实例是在浇筑B245号咬合桩，浇筑砼深度达13m后，出现导管堵塞情况。上下窜动导管，料斗内的砼不再向下流动。当导管底拔至10m位置时，导管能往上拔，但再也无法下插，使用抓斗也没能将导管按压下去。此时外套管埋入砼3m，套管内水深2m。原因有两方面： （1）下层砼出现泌水板结现象，在10m位置出现一层硬壳，导致导管堵塞和无法下插。 （2）从地质情况看，10m位置为粉砂层，粉砂处于液化状态。在大的势头差下液化粉砂挤压桩砼，造成缩颈断桩，桩砼中存在一层粉砂泥水层，导致导管堵塞、砼不向下流动和导管提升至10m后无法下插。处理措施： （1）将导管全部拔出，套管内水抽干。 （2）一边下压外套管一边抓出管内砼，砼抓至10m位置出现粉砂和泥水层，继续抓出砼至新鲜砼面。 （3