洞桩法施工技术

/洞桩法施工技术洞桩法施工方法简介修建浅埋暗挖大跨度地铁车站选择合理、平安、牢靠的施工方法至关重要。在修建北京地铁王府井车站时，遇到了砂类土层、地下水丰富等不良因素，首次接受了洞桩法，即是利用水位线以上的地层开设小导洞，在小导洞内施工钻孔桩，然后经过一系列的受力转换来实现三拱两柱结构。工程实例王府井站简介北京地铁“复—八”王府井站位于东长安街和王府井大街交叉路口东长安街下面，车站全长为241.40m，净宽24.4m，总高度14.22m，16m岛式站台。覆土层厚6～7m。施工程序框图施工从总体上可分为竖井、横通道及车站主体（不含出入口、风道）。竖井施工竖井施工横通道施工小导洞施工钻孔桩施工桩顶纵梁施工横通道与正洞立体交叉结构施工上弧掘进施工土方开挖施工基底封闭施工防水衬砌施工中孔上弧掘进施工中孔防水衬砌及其它施工暗挖桩柱法施工步骤序号示意图主要施工步骤说明1在车站上半断面的无水地层，分南、中、北开挖桩柱作业导洞，导洞接受小导管注浆固结地层和格栅喷砼。导洞为4米宽，5米高。2南北导洞内施工边墙直径为600的护壁桩，间距为1米，中导洞施工直径为1250的中桩柱，间距为3米。3施作桩、柱顶纵梁，连接桩、柱顶端，并预埋边、中孔的初期支护格栅。4模筑边、中孔预埋格栅砼，导洞内回填砼。在横通道处打设第一排大管棚，开挖边孔上弧，格栅和边、中孔预埋格栅连接，喷射砼。序号示意图主要施工步骤说明5上弧开挖完毕后，南、北边孔各下一台挖掘机，进行机械开挖下弧土方，并帮助架设由两根28槽钢组成的第一道钢支撑，间距为3米。6接着向下开挖，即时架设由两根50工字钢组成的其次道钢支撑，间距为6米，然后开挖原委，而后进行接地和底板垫层施工。7施作底板防水层进行底板、底梁施工8拆除其次道钢支撑施作边墙防水层及边墙衬砌其次道钢支撑换撑至边墙处施作第一节钢管柱及浇注砼序号示意图主要施工步骤说明9施作车站中层板及中纵梁在临时中柱位置，预留孔洞和预留板的搭接钢筋架设其次节钢管柱及浇注砼10施作上边墙防水层和上边墙二次衬砌施作钢管柱顶纵梁施作边孔拱部防水层及二次衬砌11开挖中孔拱部土体，施作初期支护破除临时中间柱和中孔顶纵梁12施作中孔拱部二次衬砌施作站台板及整体道床完成车站全部结构洞桩法施工的主要施工程序及每道施工程序的施工工艺竖井及横通道施工：横通道和正洞立体交叉结构中孔打4根桩，桩顶设承台，类似4根桩及边墙支承坡屋顶，横通道处留弧型门进料，东南风道处设钢支撑，预留柱、承台后破除。其优点有4条：施工简洁，工期短；破除量小；施工交通、通风条件好；下步工序做中层板边拱比较简洁。小导洞施工小导洞是为桩柱施工开拓作业面而设，洞净宽4米，净高5米，初期支护0.3米，分南、北、中三孔。为保证横通道的平安，在开口处设置封闭的钢筋砼加强环，以承受开口处拱顶的土压力。小导洞接受上下台阶法施工，上、下台阶高均为2.5米，上、下台阶相距3～5米，每次开挖0.5米，架立一榀格栅，上弧掌子面留1米见方的核心土并封闭掌子面。下掌子面按10：1放坡，并封闭掌子面。Φ42小导管沿导洞上部周边布置，间距3根/米，长2.5米，搭接1米，开挖有效长度为1.5米，小导管周边钻Φ10圆孔，并注水玻璃浆液加固地层。三个小导洞之间要留联通道，依据小导洞的长度、施工围护桩钻机的数量、工期和围护桩砼、钢筋笼的运输线路，一般除横通道和端洞外，小导洞中部至少要留一个以上联通道。围护桩及顶纵梁施工施工程序：在原导洞底板砼上开口—埋设护筒—钻机就位—钻孔—清孔验收—下钢筋笼及导管—灌注水下混凝土。开口及埋设护筒：经专业测量人员施测定位并放出护桩后用风镐破除原导洞底部钢筋砼，开挖尺寸合格后埋入钢护筒（护筒ф=1400mm，δ=10mm，L=1500mm），护筒外回填粘土、分层夯实，护筒高出地面10cm。也可以接受15cm厚现浇砼护筒，这样护筒可以连续施工，以提高施工进度，避开钢护筒拔不上来。钻机就位：钻机依次为隔孔施钻，防止邻孔新灌砼受强力振动而破坏。钻头要严格对位，误差要小于10mm。钻架支撑坚实，不允许摇摆、产生偏斜。钻机选用62-22改进型冲击反循环钻机，钻头为专用配套笼式钻头。钻孔：钻孔前，应将护筒内泥浆调至适当稠度，开孔时钻头对准孔中心，接受紧大绳、小冲程、不间断冲击，以确保开孔垂直、圆顺，待钻头冲击平稳后再加大冲程，连续冲凿。造孔作业时，严格操作，经常检查、测孔，按规定取样；刚好补水、投泥，保持浆面标高及适当的稠度，以防出现掉钻、卡钻、塌孔、斜孔等故障。护壁泥浆及钻碴处理：。造孔用泥浆接受孔内填粘土，利用冲击钻头的往复冲击作用进行造浆。反循环钻头中间设有ф120mm抽浆管，并配套砂石泵，边钻边抽泥浆，抽出的含碴泥浆接受JHB-100改进型泥浆净化处理机进行分别，净化后立刻返回孔内，不间断循环，废碴集中解除洞外。清孔：钻孔深度达到设计标高后，立刻进行清孔，清孔接受和钻机配套的抽浆管、砂石泵将孔底淤积物干脆抽至泥浆净化处理机进行分别净化，泥浆稠度为1.05、粘度为19S、含砂率小于4%、沉渣厚度小于30cm后为清孔合格。钢筋笼的制作和安装：钢筋笼在地面按每节3.3m长加工，主要接头错开50%。错开长度35d。下钢筋笼时，接受钻架吊装，上、下钢筋接头密贴后，焊接10d（焊缝按规范要求）。接头全部钢筋焊接完毕，经现场技术人员检查合格后，再接着下一循环的操作。下导管、浇注水下砼：。各节导管的连接应坚实、紧密，导管放入孔内必需垂直，导管底标高限制在距桩底0.4m处。砼接受拌合，输送泵协作输送管干脆将砼送入料斗。首盘应拌合确定数量的高标号砂浆，以免堵塞砼输送管。第一次灌注砼数量应经计算，确保钻孔桩内的砼埋住导管下口0.3m以上。灌注接受球内胎法解除导管内泥水。浇注过程中应经常测量砼面的标高，使导管保持埋入砼深度1.5-0.8m，核对砼面的上升速度和实际浇注砼量是否一样。浇注应连续施工，不得中断，发觉问题刚好分析缘由，实行相应的措施。最终取出钢护筒，清除桩顶表面泥浆。南、北、中孔各支配一个钻孔桩施工队。南、北孔各布置4套钻机，每个队60人，三班倒作业，主要工作内容包括埋设护筒、钻机就位，钻孔，下钢筋笼、灌注砼等，每个队平均每天完成一根桩。中孔布置2套钻机，40人，三班倒作业，平均2天完成一根桩。钻孔桩施工工期270天。土方开挖施工上弧接受人工开挖，手推车运输。下弧接受挖掘机分两步进行开挖，依次由西向东，接受矿斗车运输，设斜坡道卷机牵引。边挖边进行边墙支护、架立钢支撑。在开挖过程中，地层中部分剩余地下水顺边墙流出，处理方法：a）挖深坑抽水；b）在边墙渗水处理ф15mm塑料软管引流，并在该处基底以下设ф50cm深2m滤井；c）渗水量较小处接受网喷砼封堵。边墙支护：沿边墙设ф14、间距0.7×0.7m钢筋骨架并焊在护壁桩上凿出的主筋上，然后挂ф4、间距0.1×0.1m的钢筋网，喷10cm厚砼进行护壁，以防止桩和桩之间的土体掉落，并为下一步的防水层施作供应整齐的基面。另外，上部每隔3m，下部每隔6m设两排临时钢支撑，钢支撑端部在钻孔上用冲击钻打眼，每处锚两排（4根）ф28钢筋固定钢支撑（支撑截面通过计算确定）。封端墙施工：车站东、西端宽24.4m，高14.22m，在施工钻孔桩之前，就要考虑封端墙的施工方法。接受封端桩法施工，即先在端部南北开设小导洞，在小导洞内施工钻孔桩，在桩顶设横梁，横梁和南、中、北桩顶纵梁联成整体。梁上部内侧设30cm厚钢筋砼墙，墙外进行导洞回填。土方开挖后，钻孔桩表面挂网喷5-10cm厚C20砼进行封闭。此法主要由钻孔桩抗拒土体侧压力，由桩顶将侧压力传到横梁，再由横梁传到南、中、北孔桩顶纵梁上，结构平安牢靠。施工依次：①施工端部小导洞；②施工钻孔桩；③施工横梁；④施工横梁上部封端墙；⑤导洞回填；⑥开挖土方，网喷砼封闭端墙土体；⑦施作端墙防水、二衬，做法同主体。防水层及二次衬砌施工结构外侧施做ECB柔性防水层，从下至上分别施工底板、边墙、下层钢管柱、中层板、上层钢管柱、顶纵梁和边拱。在施工边墙之前，其次道钢支撑割掉1米，边墙施工完毕后复原其次道钢支撑。在中层板施工完毕后，拆除第一道钢支撑。底板、中层板遇到中桩处进行预留。二次衬砌边墙接受钢三角支撑支撑体系，木胶板模板。上层边墙和拱部接受整体简易钢拱架，异型曲线钢板，一次成型。最终一榀拱架不拆除，确保接缝圆顺。中孔挑高施工边拱和中拱交界处位置低，又是二衬的接缝处，其作业面狭窄，施工难度大，特别是破除初期支护时极易损坏防水板，引起渗漏。施工方法是在该处4m范围内铺两层ECB防水板（施工边拱时预留1.0m宽搭接长度）。在防水板上铺1.0m宽、3mm厚石棉板，在石棉板上铺张0.5m宽、1.2mm厚钢板两块（钢板搭接0.1m，靠近中拱一侧的钢板在上，便于拆除）。在防水板下面砼伸出ф22钢筋接头。在钢筋头上套塑料帽，以防扎破防水板。用此法在初期支护破除时，爱惜防水板接头。中孔上弧掘进接受小导管注浆后进行开挖，格栅网喷砼支护。架设中孔钢支撑。破除初期支护及中桩，在中拱和边拱初期支护连接处，两侧埋设注浆管，进行初期支护背后注浆，严格限制地表下沉。洞桩法施工的主要机具设备序号名称规格型号数量序号名称规格型号数量1竖井提升架自制1座13砼输送泵10m3/h2台2空气压缩机20m3/min4台14履带式挖掘机1.0m32台3喷射砼机HPZV—510台15卷扬机双筒快速3t2台4注浆机ZJGZ-603台16轮胎式装载机1.5m31台5沟通电焊机30KVA12台17轴流式通风机30KW2台6钢筋切断机Φ40mm6台18边墙大模板12m自制2套7弯筋机Φ40mm6台19中层板模架24m自制3套8冲击式钻机62-2210台20边拱模架12m自制4套9泥浆净化机JBH-10010台21中拱模架12m自制2套10砂石泵Φ120mm10台22管棚钻机882型4套11电动多级清水泵Φ50mm2台23插入式振捣器2N-5020台12导管、料斗等水下砼设备自制3套24施工中易出现的问题及处理措施桩顶纵梁预埋格栅位置限制小导洞内预埋的格栅是大弧初期支护重要部分，假如预埋的位置不精确，一方面影响到大弧拱部间距，另一方面降低了大弧初期支护承受压实力。接受Φ42钢管限制连接端的位置。沿小导洞方向布置一排Φ42钢管，由于大管棚施工须要大弧断面局部抬高，钢管并不在同一标高上，在小导洞的边墙壁上凿孔埋设钢筋，限制钢管标高，通过经纬仪限制钢管在一个纵断面上，然后分别在钢管和纵梁钢筋上画出每榀格栅断面的位置，和格栅焊接坚实，固定钢格栅。大弧挑高段限制：假如大管棚接受分段施工，在小导洞预埋格栅和大弧开挖格栅架设时，都要提前考虑大弧断面分段挑高。在斜面段格栅统一按最大断面加工，中间接受焊接连接。如接受土星系列钻机施工大管棚，挑高可考虑为0.7米。土方开挖及残留水的处理上弧土方开挖由于空间限制接受人工开挖，下弧土方开挖接受机械开挖，在竖井和横通道施工时，考虑所需挖掘机净空尺寸。挖掘机接受100吨的吊车下放和提升。两侧大弧各放一台挖掘机，依据地下通风条件，考虑接受有轨和无轨运输。在土方开挖过程中，如渗水层下面为不渗水层，在渗水层中可能有残留水流出，如不渗水层厚度较薄，可考虑挖渗井穿透不渗水层，使残留水通过排水沟流向渗水井，排至渗水层，再由地面降水井排出。如渗水层过厚可接受挖掘机挖集水坑，通过水泵集中排水。钢管柱架设：钢管柱架设要限制好两个方面，一是钢管柱的水平位置，另一是钢管柱的垂直度。钢管柱水平位置预埋钢板通过定位锚固螺杆限制，接受测量仪器定准钢管柱水平位置，通过焊接把预埋钢板固定在底梁钢筋上。钢管柱垂直度接受两个大力磁性垂球限制两个垂直方向。把两个5米长垂线的大力磁性垂球靠其自身吸铁石吸在钢管柱相互垂直的两面侧壁上，精测垂线和钢管柱的距离，接受两台小型挎顶不断调整钢管柱底端，使垂线上下端距钢管柱的距离相等，即钢管柱垂直和水平面。中桩破除施工：接受风镐破除Φ1250中柱，效率极低。可考虑接受风镐凿出中柱钢筋笼的箍筋，气割烧断。然后风枪打眼，装入膨胀剂，进行静态裂开。车站主体和出入口、风道交叉处结构施工接受平板跨越法施工，即在施工顶板纵梁、预埋格栅、导洞回填时，将出入口结构宽度预留（仅在预留处桩顶做0.3m高的纵梁），提前施工出入口二衬顶板，靠二衬顶板来支承上部荷载。在导洞外侧出入口外轮廓线打管注浆以利下步开挖。顶板两端各加长2.0m，坐落在两端的桩顶纵梁支座上，板底跨度内适当设钢支撑。顶板和拱、边墙接茬处预留甩筋。顶板外侧周边及支座处应接受EVA柔性防水卷材全封闭，接茬处预留0.5-1.0m宽。顶板防水层上部内侧预埋短格栅、外侧绑扎1.0×1.0m圈梁钢筋、回填C20砼，通过短格栅来连接并支承上弧拱脚的压力，通过圈梁钢筋砼将开挖出入口后上弧产生的侧压力传递到支座上，以保持结构的稳定。待车站主体防水、二衬及出入口开挖完毕后施工出入口底板、边墙。施工依次：①导洞外侧打小导管、注浆；②施工桩顶纵梁及支座；③支座及支座以上做防水层、爱惜层；④施工底板钢支撑；⑤立模板、安设顶板外侧止水带；⑥绑扎及预埋钢筋；⑦灌注顶板砼；⑧顶板上部做防水层、爱惜层；⑨顶板预埋短格栅、绑扎圈梁钢筋；⑩顶板上部回填C20砼，接受输送泵输入；⑾车站主体防水、二衬施工及出入口开挖；⑿施工出入口底板及边墙防水、二衬。质量平安及监测措施1、质量限制措施边桩定位时预留15cm富余量，防止因施工误差侵入二衬砼内。在施工中重点限制桩的垂直度，要求孔底沉渣小于30cm，不坍孔、不断桩、不侵限。成桩后接受浅埋地震反射法进行检测。上弧限制线拱顶外放7cm，拱脚外放5cm，防止沉降、变形后侵入二衬砼内。上弧跨度大，承受压力大，要重点限制钢格栅连接质量、喷砼的早期强度、厚度、拱顶密实度，要求尺寸精确，表面平整，不允许前一榀格栅砼未凝固时开挖其次榀，防止拱部受压变形。初期支护期间严格进行监控量测，重点限制地表沉降、净空收敛、拱顶沉降，将总沉降量限制在30mm以内。做好施工