PBA工法洞内钻孔桩施工.pdf

1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 文章编号 1004 5716 2006 08 0155 03中图分类号 U45514 文献标识码 B PBA工法洞内钻孔桩施工 莫 勇 中铁二局第二工程有限公司 四川 眉山620010 摘要 简述了北京地铁10 线工体北路站PBA工法洞内钻孔桩施工的基本情况 总结了其主要的施工方法 机械设备 的选型 洞内泥浆的处理及采取的措施 关键词 PBA工法 洞内钻孔桩 施工 设备选择 泥浆处理 1工程概况 工体北路站是北京地铁10 线的中间站 车站位于工体北路 与东三环交叉的十字路口 呈南北走向 为全埋性地下车站 与规 划的东西走向的M16线在本站形成 十 字换乘 工体北 路 站有 效 站台中心 里程K18 729 464 全 长 187 034m 由于受三环路长虹高架立交桥的限制 车站采用分 离岛式暗挖结构 左右线分别位于桥梁两侧的辅路下 线间距 45 5m 左右线两结构之间设联络通道 迂回风道各2条 车站 结构断面为单拱单跨断面 净空10m 车站设有4个出入口 并 预留与M16线换乘接口通道接口及站厅预留接口 车站结构东 北角和西南角各设1座风井 风井同时作为施工竖井 为满足工 期要求 在车站东北 西南侧各设一临时施工竖井 工体北路站原设计采用 CRD 工法施工 由于车站周边高大 建筑物密集 又下穿长虹立交桥 地下管线众多 为保护周边高大 建筑物 控制桥桩及地面沉降 故将原设计的 CRD 工法变为 PBA 工法 车站导洞内边桩设计共739根 其中A型桩 标准断面 619 根 B型桩 车站换乘节点断面 76 根 C型桩 交叉口处 44 根 A型桩径 800 桩长22 53m B型桩径 1000 桩长22 53m C 型桩径 1000 桩长22 93 23 13m 2工程地质及水文地质条件 2 1工程地质条件 根据图纸提供的地质情况 本车站穿越地层为圆砾层1 1 5m 粉土层1 4 5m 粉细砂层1 2m 中粗砂层1 3m 砂卵 石层5 6m 对钻孔桩施工影响最大的地层为砂卵石层 设计资 料卵石粒径大小40 70mm 而根据试钻结果表明实际卵石粒径 达40 300mm 2 2水文地质条件 本站洞内边桩穿越地层有两层地下水 第一层为潜水 水位 标高22 31m 水位埋深15 70m 含水层为粉土层 透水性一般 第二层为承压水 含水层为卵石圆砾层 中粗砂层 粉细砂层 渗 透系数大 为强透水层 水头标高为15 63 30 41m 水位埋深 25 40 17 52m 3机具设备的选型 3 1钻机的选型 由于车站导洞空间狭小 4 0m宽 4 5m高 普通钻机无 法在高度受限制的导洞内施工 加之边桩孔的深度大 地层中含 有大量砾石 卵石等特点 在比较了几种形式的钻机之后 因 GPS 15异型冲击反循环钻机有排渣粒径大 体积小 扬程高 能及时将切削掉的钻渣排出孔外 避免孔底钻渣的重复破碎等 优点 决定选用该钻机进行洞内钻孔桩施工 配置4PNL型离心 泥浆泵 3 2 泥浆处理设备选择 泥浆采用制浆机制备 其生产能力必须满足施工需要 泥浆 处理采用湖北宜昌黑旋风工程机械公司生产的ZX 250型泥浆 分离器分离处理后循环使用 其原理是将孔中泥浆抽至泥浆分 离器内 将粒径74 m以上的颗粒分离出来 其余回抽至钻孔中 作为护壁泥浆循环使用 4施工方案 4 1总体规划 洞桩施工与地面钻孔桩施工在施工工艺及方法上完全相 同 但由于其施工环境在导洞内 施工场地条件 主要是净高和净 宽 大大受限制 材料和弃碴运输条件也较困难 导洞内共配置 14台钻机 导洞内边桩施工时 根据小导洞完成情况 先施工左 线左导洞及右线右导洞内边桩 其次施工右线左导洞及左线右 导洞内边桩 然后施工北风道北侧导洞及北风道南侧导洞内边 桩 最后施工北联络通道南侧导洞 南风道南侧导洞 南风道北侧 导洞及北联络通道北侧导洞内边桩 4 2施工准备 4 2 1技术准备 1 认真阅读和审核设计图纸 作好图纸会审 原始资料的 调查分析及技术交底工作 2 按设计作好测量控制和基准点的设置并做好导洞内的 定位放线 3 做好原材料的试验及资料备案工作 4 2 2洞内准备 1 施工用水 施工用水使用自来水公司提供的DN100水 源 采用 75钢管引入洞内 沿小导洞侧壁布置 2 施工用电 工程现场临时用电主要包括照明用电和施工 机械用电 在现场接入630kVA施工电源 设配电箱及分支箱 按用电要求采用电缆引入 沿小导洞侧壁布置 3 破除格栅 施作护筒 因洞内作业条件限制 钢护筒拔起 总第124期 2006年第8期 西部探矿工程 WEST CHINA EXPLORATION ENGINEERING series No 124 Aug 2006 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 困难 宜采用钢筋混凝土护筒 护筒提前埋设 埋设好后盖钢板 覆盖 洞内边桩范围内的格栅破除后进行加固处理 钢筋混凝土 护筒钢筋与格栅焊接牢固防止护筒下沉 护筒深1 2 1 80m 厚15cm 5施工方法 5 1边桩施工工艺 施工准备 测量放线 护筒埋设 钻孔定位 钻进成孔 清孔 吊放钢筋笼 二次清孔 浇注水下混凝土 5 2钻孔 1 测量放线 边桩按设计桩位外放10cm 做好桩位的轴 线标记和桩位的测量放样 并进行复核报验 作出复核记录 经复 核确认桩位的轴线正确无误后 按桩位破除小导洞仰拱格栅混 凝土并埋设护筒 2 护筒设置 护筒采用15cm厚的钢筋混凝土护筒 钢筋混 凝土护筒提前埋设 埋设好后盖钢板遮蔽 高度1 5 2m 护筒 内径比钻头大20cm 护筒按照设计桩位中心线外放10cm埋 设 护筒中心对正测定的桩位中心 护筒顶面高出导洞底0 3 0 5m 埋设深度1 2 1 7m 然后复核校正 其定位误差不大于 5cm 用粘土分层回填夯实避免护筒位移 掉落 以保证其垂直度 并防止泥浆流失 护筒的顶部开设1 2个溢浆口 溢浆口高出 小导洞底部 使溢流泥浆经泥浆沟排入临时汇浆池 通过泥浆泵 回收至沉淀池 减少对场地的污染 3 泥浆制拌 开孔使用的泥浆用优质膨润土制作 当钻进 遇到粘土层时可采用原土造浆 施工中经常测定泥浆比重 粘 度 含砂率和胶体率 并保持护筒内泥浆顶面始终高出护筒外水 位 泥浆主要控制指标如表1所示 表1泥浆主要控制指标 地层条件泥浆比重泥浆粘度 s 含砂率 胶体率 粉土 粘土层1 1左右16 22 4 90 粉细砂层1 2左右19 28 8 砂卵石层1 4左右19 28 8 泥浆制备及测试技术要求 及时采集泥浆样品 测定性能指标 对新制备的泥浆进行 一次测试 使用前再进行一次测试 钻孔过程中经常进行检测 保 证泥浆质量 储存泥浆每8h搅拌一次 每次搅拌泥浆或测试结果作为 原始记录 新鲜泥浆制作好后搁置24h 经各项指标测试合格方可正 式使用 回收泥浆经过振动筛处理 性能指标达到要求后再循环 利用 设置拌浆池 贮浆池 循环池 沉淀池和泥浆泵形成循环系 统供浆 泥浆池容积满足钻孔桩施工进度要求 4 成孔 由于受小导洞高度的限制 洞内钻孔桩的施工选用 GPS 15异型冲击反循环钻机 反循环钻机成孔时先向孔内输入一定数量的泥浆后 启动 砂石泵 待反循环正常后 才能开动钻机慢速回转下放钻头到孔 底 开始钻进时 应轻压慢转 待钻头正常工作后 可逐渐加大转 速 调整钻压 使钻头吸口不产生堵水 开始钻进时 进尺应适当控制 在护筒刃脚处 应低档慢速钻 进 使刃脚处有坚固的泥浆护壁 钻至刃脚下1m后可按土质情 况以正常速度钻进 在钻孔开始时 经常观察水面和水位情况 防止护筒脚漏浆 若发现漏浆马上回填或加长护筒后再钻进 确 保安全成孔 钻进时认真仔细观察进尺和砂石泵排除渣的情况 排量减 少或出水中含渣量较多时 应控制钻进速度 防止因循环液比重 太大而中断反循环 加接钻杆时 应先停止钻进 将钻具提离孔底80 100mm 维持冲洗液循环1 2min 以清洗孔底并将管道内的钻渣携出排 净 然后停泵加接钻杆 钻杆连接应拧紧上牢 防止螺栓 螺母 拧卸工具等掉入孔内 钻进时如孔内出现坍孔 涌砂等异常情况 应立即将钻具提 离孔底 控制泵量 保持冲洗液循环 吸除坍落物和涌砂 同时向 孔内输送性能符合要求的泥浆 保持水头压力以抵制继续涌砂 和坍孔 恢复钻进后 泵排量不宜过大以防吸坍孔壁 在钻进过程中 要作好泥浆的维护管理 每0 5h测一次泥浆 的粘度和相对密度 根据泥浆成分的变化分析孔内 护筒脚等情 况的变化而作出相应的处理措施 5 特殊情况的处理 在钻进过程中 如发现斜孔 弯孔 缩 径 塌孔冒浆等情况立即停止钻进 采取下列措施处理 当钻孔倾斜时 可反复扫孔修正 如纠正无效 在孔内回填 土至偏孔处以上0 5m 再重新钻进 钻孔过程中如遇坍孔 立即停钻 并回填粘土 待孔壁稳定 后再钻 钻孔过程中如遇到护筒周围冒浆 可用稻草拌泥团堵塞 洞口 并在护筒周围压上一层砂包 6 清孔 成孔达到设计标高后 将钻头留在原处继续旋转 数圈 避免孔底缩孔 对孔深 孔径 孔壁 垂直度等进行检查 不 合格时采取措施处理 采用泵吸反循环抽浆的方法清孔 清孔时合理控制泥浆的 粘度与含砂率 用砂石泵排出孔底悬浮钻渣的泥浆 经净化处理 后 再经回流泵排入孔内 清孔后泥浆比重控制在1 03 1 10 范围内 经质量检查合格的桩孔 及时分节安装钢筋笼及注浆 管 钢筋笼安装就位后安设导管 测孔底沉渣是否超标 如超标 则进行二次清孔 以导管作为吸泥泵的吸浆管与吸泥泵相连接 导管底离孔内沉渣面约10cm 启动吸泥泵进行反循环排渣 并将 导管慢慢放至孔底抽吸约5min即可 清孔完后 将特制弯管拆 除即可开始灌注水下混凝土 钢筋笼安装就位后及时灌注混凝 土 防止沉碴超标及孔壁坍塌 孔桩沉碴厚度应控制在300mm 以内 7 泥浆循环及处理 设计导洞底板下有5m左右厚的粘土 层 开孔可利用原土造浆 若粘土层中夹有砂砾或粘土粘性较差 时可使用储浆池内泥浆或投入膨润土改良 在钻进过程中 反循 环排碴 洞内沉淀后泥浆经泥浆池流入护筒内 并定期检测泥浆 质量 若泥浆含砂率 粘度下降则使用储浆池内泥浆 反循环钻 孔孔壁产生负压 对泥浆护壁作用要求较正循环高 因此泥浆质 量要严格控制 同时保持洞内外水头差 成孔后首次清孔主要目 651 西 部 探 矿 工 程 Aug 2006 No 8 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 的是排出孔内石碴与砂粒 泥浆浓度不能降低 其比重在1 3左 右 保持护壁作用 只有粘性好的浓泥浆才能保证钢筋笼吊装过 程中不缩孔 坍孔 钢筋笼吊装过程中要注意孔内水位 水位下 降后要及时补给泥浆 钢筋笼吊装完成后进行二次清孔 目的是 减小沉碴厚度 降低泥浆比重 泥浆比重降低后要及时灌注混凝 土 防止坍孔 在钻孔与清孔时泥浆抽至钻机后方泥浆池内 沉 淀后的石渣经人工打捞后运出洞外 在水下混凝土灌注时 泥浆 为正循环 将泥浆抽至泥浆池内 二次清孔后的泥浆含砂率低 粘度好 宜利用 泥浆池内泥浆经泥浆分离器分离后 废浆抽至竖 井内临时存放 在竖井内设一泥浆泵浆该部分泥浆抽至地面的 泥浆罐车内外运 5 3钢筋笼制作安装 根据钢筋笼的长度 钢筋笼在加工场内分节制作 分节运输 至导洞内安装 钢筋笼每节主筋接长采用直螺纹连接 钢筋笼 制作是关键工艺 首先按标准长度下料 在操作平台上进行滚丝 一定要保证丝口与钢筋轴线垂直 将主筋插入加工平台两端的 钢板孔内 调整两端钢板至指定位置 校核两端头钢板间距离与 垂直度无误后卡死固定 放入加劲箍筋焊接固定 再套入螺旋筋 将加劲箍筋间范围内螺旋筋与主筋点焊牢固 松开两端钢板卡 子 后移钢板取出钢筋笼 然后抬走骨架搁于支架上 钢筋笼加 工后要逐节检查主筋间距与长度偏差 作为控制重点 钢筋笼加工技术要求 钢筋在加工弯制前应调直 无局部曲折 钢筋的调直可采 用机械加工 钢筋表面的油渍 漆污 水泥浆 浮皮 铁锈等应清除干净 加工后的钢筋 表面不应有削弱钢筋截面的伤痕 钢筋的接头应交错布置 在35d d为主筋直径 范围内接 头面积不能超过该截断总面积的50 钢筋笼制作的允许偏差应符合 地下铁路工程施工及验 收规范 GB50299 1999 要求 5 4钢筋笼的吊装 在吊装过程中 为了保证钢筋笼质量 必须注意在转运过程 中钢筋笼不得变形 在导洞内吊装钢筋笼 由于受导洞高度的限 制 导洞净高为4500mm 钢筋笼不能整体吊装 考虑吊装预留 高度 钢筋笼洞外加工厂分段加工 每段运至洞内安装 边桩标准钢筋笼长17 4m 分6节 底节2 15m长 4节 3 0m长 顶节3 25m 单节钢筋笼高度不得超过3 5m 安装时节与节之间采用直螺纹连接 为了保证钢筋笼质量 要求 在转运过程中采取加固措施保证钢筋笼不变形 导洞内利 用钻机进行吊装 待钢筋笼竖直后 检查垂直度 骨架进入孔口 后 将其扶正徐徐下放 严禁钢筋笼摆动碰撞孔壁 第一节钢筋 笼下放到最后一节加劲筋位置时 穿进工字钢 将钢筋笼支撑在 孔口工字钢上 再起吊第二节钢筋笼 使它们在同一竖直轴线上 采用套筒连接好 抽出支撑工字钢后下放 如此循环 使筋笼下 放至设计标高 定位于孔中心上 完成钢筋笼的安装 最后一节 钢筋笼安装就位后 用钢筋把钢筋笼焊接固定于孔口护筒 5 5混凝土灌注 桩身混凝土采用导管法水下灌注方法 混凝土采用C30水 下商品混凝土 混凝土由混凝土泵泵送至工作面灌注 1 洞内边桩混凝土泵输送管的布置 混凝土泵布置在地面 上 东北 西南竖井施工场地内各设1台 混凝土输送管沿竖井 井壁进入小导洞内 沿小导洞直墙脚布设至工作面 施工时根据 桩孔位置拆卸输送管长度以满足施工需要 2 导管 边桩混凝土灌注采用250mm无缝钢导管施工 导 管制作应坚固 内壁光滑 顺直 光洁 各节导管内径大小一致 偏 差不大于 2mm 导管节间采用丝扣接头 导管使用前和使用 一定时间后要进行水密性和承压试验 并检查防水胶垫是否完 好 有无老化现象 导管使用后及时清理 涂油 编号 以保证灌注 混凝土过程中不漏水 不破裂和使用有序 所用漏斗容积满足桩 初灌量要求 即保证导管埋入混凝土面下1m以上 导管下口至 孔底的距离控制在30 50cm左右 由于受高度限制 导管标准 长度2 0m 另配置0 5m长1节 1 0m长2节 导管在混凝土 中埋深严格控制在2 6m范围内 水下砼封底后 将导管埋入深 度4 6m时进行第一次拔管 3 封底 水下混凝土封底采用拔球法 球阀采用木材制作 木材选用比重较大的木质 直径较导管大10cm左右 桩身混凝 土灌注前 混凝土必须准备充分 混凝土初始存量能满足导管埋 入首批混凝土中1m以上 一次封底成功 利用1 5m3漏斗存初 始混凝土 拔出球后 后继混凝土立即能泵送进入漏斗内 从而保 证混凝土的连续灌注 4 灌注混凝土 采用商品混凝土施工 强度等级为C