论文部分内容阅读
一、前言
广州目前正在进行大规模地铁建设，其中大部分车站采用了明挖法.由于地铁建设主要位于人口密集，建筑物、交通设施稠密地带，故地铁工程的基坑开挖只能在支护结构保护下进行垂直开挖。目前地铁深基坑围护结构一般采用的形式有钻孔灌注桩加水泥搅拌桩复合结构，地下连续墙结构和SMW工法.相对上述围护结构，钻孔咬合桩在地铁围护结构施工中较少有应用。该方法在国外及国内部分地区，已具备成熟的施工经验与工法，有很多成功的工程实例。其适用于沿海地区软弱地层、含水砂层地质情况下的地下工程深基坑围护结构的施工。它采用的是钢筋混凝土桩与素混凝土桩切割咬合成排桩的型式，其围护和止水效果很好，为此，在广州地铁7号线二期萝岗站深基坑工程中引入了钻孔咬合桩工法。
二、工程概况
2.1工程概况
萝岗站位于开创大道与香雪三路交叉口处，沿香雪三路南北布置，位于既有6号线萝岗站北侧。为地下三层岛式站台车站，总长度166m，标准段宽23.1m，车站基坑开挖深度约25.2m;共设5个出入口及两组风亭，其中A、B出入口采用顶管法施工，其它采用明挖法施工，围护结构采用钻孔咬合桩+内支撑形式，
2.2设计概况
萝岗站基坑分两期实施，一期为北端基坑（长度123m），二期为南端基坑（长度43m），一期基坑及二期基坑普通段咬合桩采用直径1.2m荤桩与1m素桩咬合，咬合350mm，部分为300mm，荤、素桩中心间距1.5m（部分为1.6m），深度约32.185～34m，利用旋挖钻成孔。二期基坑加深段咬合桩采用直径1.2m荤桩与1m素桩咬合，咬合350mm，荤、素桩中心间距1.5m，深度约36～38m，利用全回钻全套管钻机成孔。
旋挖钻孔桩底嵌入地层深度分别为全风化花岗岩（6H）8m、强风化花岗岩（7H）7.5m（6m荤桩+1m素桩）。为确保既有6号线萝岗站结构安全，对靠近既有六号线部分（南端头）咬合桩在此基础加深了4～7m。荤桩混凝土等级为水下C35P8混凝土，素桩混凝土等级为水下C20P8混凝土。
三、工程地质情况
萝岗站基坑地层从上到下依次为素填土、粉质黏土、砂质粘性土、全风化花岗岩及强风化花岗岩，该区段孤石较为发育，详勘揭示率达到39%，后期进场根据“一槽两钻”孤石揭示率达75.6%，如图2-1
四、施工情况
4.1施工工艺选择
由于萝岗站临近既有地铁六号线萝岗站距离较近，水平距离最近4.2m，车站根据详勘揭露孤石较发育，孤石揭示率高达76%，施工前专家对设计方案审查时提出，车站施工期间严禁采用“冲、振、爆”等施工工艺，为了保证既有线的安全，减少对周边环境的影响，车站围护结构由地下连续墙变更为钻孔咬合桩施工，临近既有线端头为了保证咬合桩成孔的质量，采用全回转全套管钻机进行施工，其他均采用旋挖桩机施工。
4.1.1机械选型
通过调查、比选及现场试验，全套管钻机能满足成桩垂直度3 ‰ 的精度要求，同时具有定位速度快、灵活、下压力大、施工噪声小等特点。旋挖钻机在成孔过程中有泥浆护壁，无孔壁坍垮问题，且成孔垂直度能由旋挖钻机垂直度控制系统自动调整和保证，在桩身混凝土处于塑性状态下完成切割咬合过程形成的排桩围护结构整体性状好、支护强度大、防渗效果佳。
施工初期现场配备一台260回旋钻机及一台360回旋钻机，由于该施工区域处于存在大量孤石，单轴抗压强度60～135MPa，260回旋钻机成孔时间较长（约3天）。360回旋钻机成孔时间较短（约24小时）。
经项目部对比分析360回旋钻机施工机械化程度高、成孔速度快、桩机就位迅速、成桩效率明显高于260回旋钻机故决定采用360回旋钻机施工。
4.2咬合桩施工工艺流程及方法
4.2.1咬合桩施工流程
咬合桩施工内容主要有：导墙施工、咬合桩钻孔、钢筋笼制作、钢筋笼吊装、咬合桩混凝土灌注。
4.2.2导墙施工
为了保证钻孔咬合桩孔口定位的精度并提高桩体就位效率，应在咬合桩成桩前首先在桩顶部两侧施作混凝土导墙或钢筋混凝土导墙。
4.2.3单根咬合桩施工工艺流程
（1）钻机就位：当导墙强度达到100%后，移动钻机就位，重新定位桩中心位置，使钻机主杆中心和磨盘中心对应于导墙孔位中心，并调整桩机于水平。另外将点位反到导墙顶面上，作为钻机定位控制点。桩位偏差不大于5cm。本工程采用咬合桩施工，桩位钻孔顺序及其重要，开放桩前应由现场技术人员确认桩号及钻孔顺序，保证相邻桩咬合，避免出现两个荤桩或两个素桩相邻的情况。
（2）成孔：采用旋挖钻成孔作业，旋挖钻的泥浆循环系统由泥浆池，沉淀槽、泥浆泵等组成，并设置排水、排浆等设施。成孔到设计深度后进行孔深、孔径、垂直度、泥浆浓度、沉渣厚度等指标测试检查，确认符合要求后，才可进行下一道工序。
（3）吊放钢筋笼：对于B桩，成孔检查合格后进行安放钢筋笼工作，此时应保证钢筋笼标高正確;
（4）灌注混凝土：如孔内有水，需采用水下混凝土灌注法施工;如孔内无水，则采用干孔灌注法施工并注意振捣;
4.2.4排桩施工工艺流程
总的施工原则是先施工A桩，后施工B桩，其施工工艺流程是：A1—A2—B1—A3—B2—A4—B3……，如图所示：
4.4咬合桩施工质量控制要点
1、做好试桩及工艺总结，合理确定各项工艺参数。
支护桩施工前必须进行试桩，选取有代表性的工程地质地段，每种施工工艺桩数量不少于一组，每组不少于3根，其中Ⅰ序桩不少于2根，Ⅱ序桩不少于1根。萝岗站部分咬合桩进入8H、9H地层，试桩阶段共计施工4组，通过试桩，验证了施工设备适应性，确定了不同地层工艺参数。 2、做好咬合桩成孔质量控制
成孔质量是咬合桩施工质量控制重点，垂直度控制是成孔质量的关键。垂直度偏差过大后纠偏，不但耗时长，也影响成孔质量，所有最有效的手段就是预控，加强钻孔过程中垂直度控制。为此可采用超声波槽壁测壁仪用于钻孔垂直度检测。钻孔过程中坚持勤检测，校核旋挖钻机仪表显示垂直度偏差值，相同地层每5m检测不少于一次，地层变化时加大检测频率，动态掌控成孔垂直度变化趋势，以便在钻进过程中及时纠偏。
4.5施工常见问题及应对措施
1、卡钻
原因分析：孤石掉落，岩层较硬，加压过大致使钻头被卡。
处理措施：
（1）针对孤石掉落将钻头反向慢钻，钻杆下压加力，将孤石挤入到钻头顶部，再慢提钻杆将钻头提出桩外。
（2）针对岩层过硬卡住钻头，钻头反向正向来回轻钻，钻杆给提拔力，缓慢提出卡钻部位后，再慢慢下钻轻磨岩层。
2、塌孔
原因分析：
（1）泥浆指标不符合要求、泥浆面高度不足，施工桩位周边振动过大。
（2）砂性或软土地层中，地层稳定性较差。
（3）孤石与土层分界面、成孔过程中将孔位外孤石掉入入孔内。
預防措施：
（1）严格控制泥浆指标;成孔过程中指定专人补浆，保证孔内泥浆面高度始终保存在距导墙顶面1m范围内;桩位成孔时避免大型设备及其他设备在周边频繁移动。
（2）在松散粉砂土或流砂中钻进时，控制进尺速度，选用较大比重、黏度、胶体率的泥浆。
（3）软土及孤石地层中，严格控制钻孔速度。
处理措施：
（1）塌孔不严重时，可回填至塌孔位置以上，采取改善泥浆性能、加高泥浆水头、设置护筒等措施继续钻进;
（2）若塌孔严重，将桩孔用小砾石夹黏土回填，或采用低强度混凝土进行填补塌孔部位，待密实后再重新钻孔 。
3、钻孔垂直度控制
原因分析：
（1）孤石及岩层分界地层中，孔内地层软硬不均，导致偏孔;
（2）旋挖钻机钻进过程中控制不当，钻杆垂直度不满足要求。
预防措施：
（1）旋挖机进场时需对设备进行报验，钻孔前采用全站仪检测钻杆垂直度;
（2）设备就位时，必须准确定位，对准桩心进行施工;
（3）开孔时先采取慢进尺保证垂直度，待开出满足垂直度的上部孔口后再加快进尺速度;
（4）在孤石及岩层分界地层中，采用2.2m加长钻头进行钻孔。钻孔进尺速度，采取轻加压、慢钻进方式磨出符合垂直度要求的定位孔后再加压施工。
（5）在孤石层穿透后以及岩层面定位孔磨出后，即使用测壁仪对桩位垂直度进行检测，符合要求则再进行施工。
处理措施：
（1）对于孤石层偏斜，可采取旋挖钻磨边处理，钻头贴紧偏斜处将孤石边挤入旁边土体内，或者将孤石边磨平;再对孤石层下部土体进行磨边纠偏;
（2）对于岩层面偏孔，先采取磨边纠偏措施。磨边纠偏措施效果不好的情况下，可采取回填片石，钻头重新钻进依靠片石的挤压力将偏斜处纠正。
（3）偏孔严重时，浇筑混凝土到偏斜处上部2m左右，待混凝土凝固后再重新进行钻孔处理。
4、咬合桩开叉
原因分析：
（1）钻机原因：钻孔施工前钻杆未经全站仪量测垂直度就就位施钻;
（2）地质原因：钻孔过程中遇到地层变化较大，软硬分布不均匀，如遇到孤石等其它障碍物;
（3）入岩阶段：开始入岩阶段操作不当，或冲击过猛（人为因素）;
（4）垂直度测量：钻孔过程中未分段多次进行超声波检测钻孔的垂直度。
预防措施：
（1）导墙施工前，报监理、业主测量队进行桩位符合;
（2）咬合桩开孔前，报监理进行桩位复核;
（3）钻孔过程中，严格按要求及时进行超声波测壁，若发现偏孔，及时进行纠偏，确保桩身垂直度满足要求。
处理措施：
（1）入岩及终孔前，超声波检测;如有异常，登记形成台账;
（2）根据台账分析，对异常桩体在开挖前做好预埋注浆措施;
（3）对于开挖发现有开叉现象的，停止开挖并立即在桩体背后做预注浆补强处理，避免开挖过程中出现大的渗漏;
（4）如已造成侵限，应凿除侵限部位混凝土，采用结构钢筋补强处理。
（5）出现异常情况第一时间召集各方及专家会审处理方案，按会审意见落实后，验证处理效果，方可继续开挖。
5、钻头磨损
由于孤石形状不规则，孤石相对于钻孔桩位大部分并不居中，导致旋挖钻机钻头处理孤石时处于偏磨状态钻进效率低，钻头损耗较大，导致成本增加。
钻头增设耐磨块，提高钻头筒壁耐磨性能，延长钻头使用寿命，同时增加钻进过程中导向性。
五、总结
1、针对孤石较发育地段，建议围护结构优先采用为钻孔咬合桩，减少后期围护结构施工过程中孤石带来的影响。
2、成孔过程中针对孤石地层加强对成槽的垂直度的检查，采用超声波测壁仪，发现偏孔后及时进行纠偏。
3、施工过程中根据地质含沙量，应选择合理的泥浆处理设备，同时在成槽中加强泥浆的筛分，保证冲桩机冲孔的进度。
4、钻孔即将终孔时，采用筒壁高1.5m的岩心钻头进行取芯，严格控制成桩深度。
5、根据统计分析，在孤石层及入岩层钻孔过程中易出现偏孔，在该地层施工时，严格控制垂直度控制，保证成桩质量。
广州目前正在进行大规模地铁建设，其中大部分车站采用了明挖法.由于地铁建设主要位于人口密集，建筑物、交通设施稠密地带，故地铁工程的基坑开挖只能在支护结构保护下进行垂直开挖。目前地铁深基坑围护结构一般采用的形式有钻孔灌注桩加水泥搅拌桩复合结构，地下连续墙结构和SMW工法.相对上述围护结构，钻孔咬合桩在地铁围护结构施工中较少有应用。该方法在国外及国内部分地区，已具备成熟的施工经验与工法，有很多成功的工程实例。其适用于沿海地区软弱地层、含水砂层地质情况下的地下工程深基坑围护结构的施工。它采用的是钢筋混凝土桩与素混凝土桩切割咬合成排桩的型式，其围护和止水效果很好，为此，在广州地铁7号线二期萝岗站深基坑工程中引入了钻孔咬合桩工法。
二、工程概况
2.1工程概况
萝岗站位于开创大道与香雪三路交叉口处，沿香雪三路南北布置，位于既有6号线萝岗站北侧。为地下三层岛式站台车站，总长度166m，标准段宽23.1m，车站基坑开挖深度约25.2m;共设5个出入口及两组风亭，其中A、B出入口采用顶管法施工，其它采用明挖法施工，围护结构采用钻孔咬合桩+内支撑形式，
2.2设计概况
萝岗站基坑分两期实施，一期为北端基坑（长度123m），二期为南端基坑（长度43m），一期基坑及二期基坑普通段咬合桩采用直径1.2m荤桩与1m素桩咬合，咬合350mm，部分为300mm，荤、素桩中心间距1.5m（部分为1.6m），深度约32.185～34m，利用旋挖钻成孔。二期基坑加深段咬合桩采用直径1.2m荤桩与1m素桩咬合，咬合350mm，荤、素桩中心间距1.5m，深度约36～38m，利用全回钻全套管钻机成孔。
旋挖钻孔桩底嵌入地层深度分别为全风化花岗岩（6H）8m、强风化花岗岩（7H）7.5m（6m荤桩+1m素桩）。为确保既有6号线萝岗站结构安全，对靠近既有六号线部分（南端头）咬合桩在此基础加深了4～7m。荤桩混凝土等级为水下C35P8混凝土，素桩混凝土等级为水下C20P8混凝土。
三、工程地质情况
萝岗站基坑地层从上到下依次为素填土、粉质黏土、砂质粘性土、全风化花岗岩及强风化花岗岩，该区段孤石较为发育，详勘揭示率达到39%，后期进场根据“一槽两钻”孤石揭示率达75.6%，如图2-1
四、施工情况
4.1施工工艺选择
由于萝岗站临近既有地铁六号线萝岗站距离较近，水平距离最近4.2m，车站根据详勘揭露孤石较发育，孤石揭示率高达76%，施工前专家对设计方案审查时提出，车站施工期间严禁采用“冲、振、爆”等施工工艺，为了保证既有线的安全，减少对周边环境的影响，车站围护结构由地下连续墙变更为钻孔咬合桩施工，临近既有线端头为了保证咬合桩成孔的质量，采用全回转全套管钻机进行施工，其他均采用旋挖桩机施工。
4.1.1机械选型
通过调查、比选及现场试验，全套管钻机能满足成桩垂直度3 ‰ 的精度要求，同时具有定位速度快、灵活、下压力大、施工噪声小等特点。旋挖钻机在成孔过程中有泥浆护壁，无孔壁坍垮问题，且成孔垂直度能由旋挖钻机垂直度控制系统自动调整和保证，在桩身混凝土处于塑性状态下完成切割咬合过程形成的排桩围护结构整体性状好、支护强度大、防渗效果佳。
施工初期现场配备一台260回旋钻机及一台360回旋钻机，由于该施工区域处于存在大量孤石，单轴抗压强度60～135MPa，260回旋钻机成孔时间较长（约3天）。360回旋钻机成孔时间较短（约24小时）。
经项目部对比分析360回旋钻机施工机械化程度高、成孔速度快、桩机就位迅速、成桩效率明显高于260回旋钻机故决定采用360回旋钻机施工。
4.2咬合桩施工工艺流程及方法
4.2.1咬合桩施工流程
咬合桩施工内容主要有：导墙施工、咬合桩钻孔、钢筋笼制作、钢筋笼吊装、咬合桩混凝土灌注。
4.2.2导墙施工
为了保证钻孔咬合桩孔口定位的精度并提高桩体就位效率，应在咬合桩成桩前首先在桩顶部两侧施作混凝土导墙或钢筋混凝土导墙。
4.2.3单根咬合桩施工工艺流程
（1）钻机就位：当导墙强度达到100%后，移动钻机就位，重新定位桩中心位置，使钻机主杆中心和磨盘中心对应于导墙孔位中心，并调整桩机于水平。另外将点位反到导墙顶面上，作为钻机定位控制点。桩位偏差不大于5cm。本工程采用咬合桩施工，桩位钻孔顺序及其重要，开放桩前应由现场技术人员确认桩号及钻孔顺序，保证相邻桩咬合，避免出现两个荤桩或两个素桩相邻的情况。
（2）成孔：采用旋挖钻成孔作业，旋挖钻的泥浆循环系统由泥浆池，沉淀槽、泥浆泵等组成，并设置排水、排浆等设施。成孔到设计深度后进行孔深、孔径、垂直度、泥浆浓度、沉渣厚度等指标测试检查，确认符合要求后，才可进行下一道工序。
（3）吊放钢筋笼：对于B桩，成孔检查合格后进行安放钢筋笼工作，此时应保证钢筋笼标高正確;
（4）灌注混凝土：如孔内有水，需采用水下混凝土灌注法施工;如孔内无水，则采用干孔灌注法施工并注意振捣;
4.2.4排桩施工工艺流程
总的施工原则是先施工A桩，后施工B桩，其施工工艺流程是：A1—A2—B1—A3—B2—A4—B3……，如图所示：
4.4咬合桩施工质量控制要点
1、做好试桩及工艺总结，合理确定各项工艺参数。
支护桩施工前必须进行试桩，选取有代表性的工程地质地段，每种施工工艺桩数量不少于一组，每组不少于3根，其中Ⅰ序桩不少于2根，Ⅱ序桩不少于1根。萝岗站部分咬合桩进入8H、9H地层，试桩阶段共计施工4组，通过试桩，验证了施工设备适应性，确定了不同地层工艺参数。 2、做好咬合桩成孔质量控制
成孔质量是咬合桩施工质量控制重点，垂直度控制是成孔质量的关键。垂直度偏差过大后纠偏，不但耗时长，也影响成孔质量，所有最有效的手段就是预控，加强钻孔过程中垂直度控制。为此可采用超声波槽壁测壁仪用于钻孔垂直度检测。钻孔过程中坚持勤检测，校核旋挖钻机仪表显示垂直度偏差值，相同地层每5m检测不少于一次，地层变化时加大检测频率，动态掌控成孔垂直度变化趋势，以便在钻进过程中及时纠偏。
4.5施工常见问题及应对措施
1、卡钻
原因分析：孤石掉落，岩层较硬，加压过大致使钻头被卡。
处理措施：
（1）针对孤石掉落将钻头反向慢钻，钻杆下压加力，将孤石挤入到钻头顶部，再慢提钻杆将钻头提出桩外。
（2）针对岩层过硬卡住钻头，钻头反向正向来回轻钻，钻杆给提拔力，缓慢提出卡钻部位后，再慢慢下钻轻磨岩层。
2、塌孔
原因分析：
（1）泥浆指标不符合要求、泥浆面高度不足，施工桩位周边振动过大。
（2）砂性或软土地层中，地层稳定性较差。
（3）孤石与土层分界面、成孔过程中将孔位外孤石掉入入孔内。
預防措施：
（1）严格控制泥浆指标;成孔过程中指定专人补浆，保证孔内泥浆面高度始终保存在距导墙顶面1m范围内;桩位成孔时避免大型设备及其他设备在周边频繁移动。
（2）在松散粉砂土或流砂中钻进时，控制进尺速度，选用较大比重、黏度、胶体率的泥浆。
（3）软土及孤石地层中，严格控制钻孔速度。
处理措施：
（1）塌孔不严重时，可回填至塌孔位置以上，采取改善泥浆性能、加高泥浆水头、设置护筒等措施继续钻进;
（2）若塌孔严重，将桩孔用小砾石夹黏土回填，或采用低强度混凝土进行填补塌孔部位，待密实后再重新钻孔 。
3、钻孔垂直度控制
原因分析：
（1）孤石及岩层分界地层中，孔内地层软硬不均，导致偏孔;
（2）旋挖钻机钻进过程中控制不当，钻杆垂直度不满足要求。
预防措施：
（1）旋挖机进场时需对设备进行报验，钻孔前采用全站仪检测钻杆垂直度;
（2）设备就位时，必须准确定位，对准桩心进行施工;
（3）开孔时先采取慢进尺保证垂直度，待开出满足垂直度的上部孔口后再加快进尺速度;
（4）在孤石及岩层分界地层中，采用2.2m加长钻头进行钻孔。钻孔进尺速度，采取轻加压、慢钻进方式磨出符合垂直度要求的定位孔后再加压施工。
（5）在孤石层穿透后以及岩层面定位孔磨出后，即使用测壁仪对桩位垂直度进行检测，符合要求则再进行施工。
处理措施：
（1）对于孤石层偏斜，可采取旋挖钻磨边处理，钻头贴紧偏斜处将孤石边挤入旁边土体内，或者将孤石边磨平;再对孤石层下部土体进行磨边纠偏;
（2）对于岩层面偏孔，先采取磨边纠偏措施。磨边纠偏措施效果不好的情况下，可采取回填片石，钻头重新钻进依靠片石的挤压力将偏斜处纠正。
（3）偏孔严重时，浇筑混凝土到偏斜处上部2m左右，待混凝土凝固后再重新进行钻孔处理。
4、咬合桩开叉
原因分析：
（1）钻机原因：钻孔施工前钻杆未经全站仪量测垂直度就就位施钻;
（2）地质原因：钻孔过程中遇到地层变化较大，软硬分布不均匀，如遇到孤石等其它障碍物;
（3）入岩阶段：开始入岩阶段操作不当，或冲击过猛（人为因素）;
（4）垂直度测量：钻孔过程中未分段多次进行超声波检测钻孔的垂直度。
预防措施：
（1）导墙施工前，报监理、业主测量队进行桩位符合;
（2）咬合桩开孔前，报监理进行桩位复核;
（3）钻孔过程中，严格按要求及时进行超声波测壁，若发现偏孔，及时进行纠偏，确保桩身垂直度满足要求。
处理措施：
（1）入岩及终孔前，超声波检测;如有异常，登记形成台账;
（2）根据台账分析，对异常桩体在开挖前做好预埋注浆措施;
（3）对于开挖发现有开叉现象的，停止开挖并立即在桩体背后做预注浆补强处理，避免开挖过程中出现大的渗漏;
（4）如已造成侵限，应凿除侵限部位混凝土，采用结构钢筋补强处理。
（5）出现异常情况第一时间召集各方及专家会审处理方案，按会审意见落实后，验证处理效果，方可继续开挖。
5、钻头磨损
由于孤石形状不规则，孤石相对于钻孔桩位大部分并不居中，导致旋挖钻机钻头处理孤石时处于偏磨状态钻进效率低，钻头损耗较大，导致成本增加。
钻头增设耐磨块，提高钻头筒壁耐磨性能，延长钻头使用寿命，同时增加钻进过程中导向性。
五、总结
1、针对孤石较发育地段，建议围护结构优先采用为钻孔咬合桩，减少后期围护结构施工过程中孤石带来的影响。
2、成孔过程中针对孤石地层加强对成槽的垂直度的检查，采用超声波测壁仪，发现偏孔后及时进行纠偏。
3、施工过程中根据地质含沙量，应选择合理的泥浆处理设备，同时在成槽中加强泥浆的筛分，保证冲桩机冲孔的进度。
4、钻孔即将终孔时，采用筒壁高1.5m的岩心钻头进行取芯，严格控制成桩深度。
5、根据统计分析，在孤石层及入岩层钻孔过程中易出现偏孔，在该地层施工时，严格控制垂直度控制，保证成桩质量。