全护筒桩基法在临近构筑桩基施工中应用

1、全护筒桩基法在临近构筑桩基施工中应用摘要：结合刘家窑桥临近地铁5号线刘家窑站桩基施工实例，探讨全护筒桩基施工方法相对于传统桩基 施工方法的优越性。实践证明，全护筒桩基施工，对临近构筑物的影响较小，可在类似工程条件下推广应 用。关键词：桩基施工；钻孔灌注桩；全护筒；临近构筑物1工程概况1）刘家窑桥北京市南三环刘家窑桥于1988年建成通车，桥长331.96 m，宽29.80 m。为解决南三环公交车站 与地铁5号线车站之间的乘客换乘问题，现决定对刘家窑桥进行改造，改造工程项目包括：新建主桥2座， 引桥4座，人行天桥4座。新建主桥是在旧桥两侧加宽修建的钢-混组合工字梁桥，长189.28 m，宽8.2

2、m。其下部结构为见.5 m的混凝土灌注桩，设计桩长为33 m，有8棵桩距离地铁5号线较近（4.69 7.23 m），新建主桥与地铁5号线的平面关系见图1。图1新建刘家富桥与现况地铁平-面关系（m）地既5号线-:环:卜贤；2）刘家窑地铁站刘家窑地铁站中部为地下1层，3拱2柱式结构，采用暗挖法施工；两端为地下2层，3跨矩形 框架结构，由侧墙、梁、板柱构成，采用明挖顺作法施工。新建桩基与刘家窑地铁站断面关系见图2。帖北霞注增费5号缱 刈案窑站2新建机基与刘家窑地铁站断伽关系车站暗挖段长75 m,拱部覆土厚度为7.27 m,采用复合衬砌结构，初期支护为钢架格栅喷射混凝土 （厚350 mm），二次衬砌为

3、模筑钢筋混凝土。3）地质情况工程所处地区的地貌单元为古漯水河故道，地形基本平坦，自然地面标高（各钻孔孔口标高）在39.00 40.55 m之间，地下管线众多。地层分布从上到下依次为：0.44.5 m人工填土、中轻黏土、碎石层、 卵石层、粉砂土层。2施工方案该工程中新建桥梁有8棵桩基与地铁距离过近，如采用常规方法施工有可能会对现况地铁结构的稳定 造成影响。采用常规桩基施工的危险源分析如下：1）钻孔过程中易造成塌孔，对地铁结构造成影响；2）泥浆可能会渗入地铁站内。为了确保地铁5号线的运营安全，经设计单位及施工单位研究决定，拟采用全护筒钻孔灌注桩施工。 采用全护筒施工方法，钢护筒能分隔现状土，护筒外

4、壁承受筒外土压力，可保持原状土土体压力平衡。此 外，在钢护筒内施工不会产生泥浆。3安全评估根据北京地铁工务维修规则（试行）规定，地铁5m范围以内不准有较大扰动的施工，该工程距 地铁结构的最近距离仅4.69 m，因此需要对全护筒桩基施工进行安全评估。3. 1评估内容1）预测刘家窑桥桩基钻孔施工以及后期的桥梁使用荷载对既有地铁车站结构变形及应力变化的影响。2）根据预测结果评估桥梁施工对既有地铁结构的安全性影响。3. 2评估方法采用通用有限元软件ANSYS进行模拟计算，考虑到施工沉降与地层的关系密切，因此采用地层-结构 模型进行分析。3. 2. 1计算模型及评估范围（见图3）根据新建桩基与既有地铁5

5、号线刘家窑车站的相对位置关系，考虑车站主体变形缝、区间相对位置、 开挖影响范围，得到该工程的评估范围。图3计算模型(m)3. 2. 2计算结果分析新建桩基施工完成后，既有地铁结构变形见图4、5。图4既有地铁结构横向变形图5既有跑铁结构纵向变形由图4、5可知，随着刘家窑桥改造施工的进行，既有地铁车站中部结构产生了一定程度的下沉变形 和水平位移，桩基成孔后，车站结构横向最大变形值为0.031 mm，发生在左侧侧墙处；竖向最大变形值 为0.051 mm，发生在左侧侧墙处。桩基施工完成后，车站结构横向最大变形值为0.085 mm，发生在左 侧侧墙处；竖向最大变形值为0.130 mm，发生在底板处。施工

6、影响范围为桥桩所对应地铁结构位置的两 侧外扩8 m。3. 3评估结论由数值模拟结果可以推断，刘家窑桥改造工程对既有地铁5号线刘家窑车站结构的影响满足规范要求 口一4既有地铁车站结构及附属设施在该变形条件下是安全的。4施工过程4. 1施工工艺（见图6）4. 2施工步骤1）桩位放样测量人员根据设计图，采用全站仪进行桩位放点，由监理工程师复核无误后，在纵、横2个方向用4 个点引出，拴桩固定。2）场地平整为了保证钻孔的垂直度和防止在施工过程中钻机倾斜，施工前必须对场地进行平整和加固，并在钻机 工作位置的下方辅设厚度不小于20 mm的钢板。钢板要求中间有1个圆形孔，四周有固定点拉十 字线。3）钻机就位确

7、认钻机套管中心与桩径中心重合后，启动钻机，调整钻机四周支腿，使钻机处于水平状态。4）钻进全护筒桩基施工过程见图7。全旋转钻机的油压系统抱住套管向下压，并转动套管，使下端装有切土 刃脚的钻头切削贯入土层中，用旋挖钻机钻斗取出套管里的土层。影响钻进速度的主要因素是套管贯入土 体的深度，而套管贯入的难易很大程度上受套管底部钻头刃尖面和底面相对位置的影响，所以必须经常注 意油压表的指针读数及套管的转数。全旋转钻机和旋挖钻机紧密配合，相互影响又相互协作，为了使每次 取土量最多，一要注意选用合适的钻斗，二要注意操作方法。图T全护偷帆基施可程示克国表I成孔质最标准项口充评误差孔的中心位置/mm50孔径/mm

8、不小于设计桩径倾斜度小于1 %.孔深比设计深度便深不小于5U uni沉淀厚度ftnm不大于设计规定7）钢筋笼的制作、安装钢筋笼的制作、安装方法与常规施工方法相同，这里不在复述。8）灌注混凝土在成孔和清孔质量检验合格后，开始下放灌注导管，进行混凝土灌注施工。首批混凝土灌注后，导管埋入混凝土深度应不小于1.5 m；检查导管是否漏水，有无泥浆回灌现 象。混凝土灌注应连续进行，严禁中断。当导管内混凝土不满（含有空气时），后续混凝土要徐徐放入， 不可一次放满，以免产生气囊。在准确计量混凝土灌注深度和导管埋深后，方可拔管。导管埋深不得大于6 m，也不得小于2 m。为确保桩顶质量，灌注混凝土至超过桩顶设计标

9、高0.51.0 m。在灌注将近结束时，由于导管内混凝土柱高度降低，超压力随之降低。此时如出现混凝土顶升困难， 可适当减小导管埋深，使灌注工作顺利进行。在拔出最后1节长导管时，拔管速度要慢，避免孔内上部 泥浆进入桩中。5结语随着城市建设的发展，在现况构筑物周围新建桥梁等工程项目不可避免，此时各种不良地质条件和施 工条件会在一定程度上制约工程施工。全护筒桩基施工方法可以有效地减少桩基施工对周围构筑物的影 响，将会在国内得到更为广泛的应用。参考文献：北京城建设计研究总院.GB 50157-2003地铁设计规范S.北京：中国计划出版社，2003.中国建筑科学研究院.GB 50010-2002混凝土结构

10、设计规范S.北京：中国建筑工业出版社，2002.中国建筑科学研究院.GB 50009-2001建筑结构荷载规范S.北京：中国建筑工业出版社，2002.铁道第二勘察设计院.TB 10003-2001铁路隧道设计规范S.北京：中国铁道出版社，2001.北京市市政工程总公司.DBJ 01-46-2001北京市城市桥梁工程施工技术规程S.北京：北京市市 政工程总公司，2001.5）清孔该工程中桩基为端承摩擦桩，所以在灌注混凝土时，如果孔底沉淀厚度大于规范要求，将会大大降低 桩基的承载能力，使上部结构留有沉降隐患，因此必须对每个桩孔进行检查。采用全旋转钻机施工时，清 孔的具体方法如下：在成孔作业结束后，静候1520 min