套管灌注咬合桩施工技术.doc

通过杭州解放路延伸工程的施工实例，介绍了全套管灌注咬合桩施工技术，并具体介绍了施工中所遇到的问题及其处理预防措施，对今后类似工程有一定的借鉴作用。

　1  前言
    全套管钻机又称贝诺特钻机，是由法国贝诺特公司于二十世纪五十年代初开发和研制的一种新型钻机。我国于二十世纪七十年代开始引进，九十年代中期昆明捷程桩工公司首先在我国开始研制MZ系列摇动式全套管钻机，简称磨桩机。利用摇动式全套管钻机钻孔结合超缓凝字昆凝土技术，在深圳地铁一期工程中，中铁隧道集团与昆明捷程桩工公司成功开发出一种新型挡土围护桩施工技术——全套管灌注咬合桩施工技术。
    由于该技术和传统的灌注桩支护结构相比具有良好的止水性能和强维护功能，在含水软土基坑工程中得到了广泛的应用。这里以杭州解放路延伸工程为例，对全套管灌注咬合桩施工技术进行概括介绍。
　2  工程概况
    杭州解放路延伸工程一标段位于杭州市，全长1260m(K0+000”K1+260)，西起杭州建国路口，沿线穿越解放路、环城东路、沪杭铁路、贴沙河、清泰水厂、凯旋路最后与新安江东路连接，共由5段明挖段、4段暗挖段和2段道路改造三个部分组成。
    明挖段基坑施工设计分别采用中1000mm咬合200mm的灌注咬合桩+钢筋混凝土支撑+预应力锚索和c1)800mm咬合100mm的灌注咬合桩+ (b609mm钢管进行基坑支护。C30钢筋守濒土和C15超缓凝?昆凝土桩间隔布置，灌注咬合桩设计长度为基坑设计开挖深度的1．8倍，桩长12．2m—31．1m，平均21．70m，共计1072根，总长度约23266m，混凝土浇注总方量约18273m’。围护结构总长度858m，基坑开挖深度6．6m”17．5m.。
    工程地质属于钱塘江冲积平原，以陆相沉积地层为主，沉积着较厚的砂质粘土层，间夹海相淤泥质沉积层，根据勘探揭露的地层资料表明，自上而下分八个基本土层。其中基坑开挖范围内主要通过砂质粉土层及砂质粉土夹粉砂层。
地下水主要有第四系松散岩类潜水和承压水两类，本工程主要是潜水。潜水主要赋存于场区浅部人工填土及其下部粉、砂性土层内，富水性和透水性具有各向异性，特别是表部填土层，透水性良好，下部粉性土层透水性弱，渗透系数一般在10—4c心s数量级左右。含水层厚度在16．5m-21．8mo地下水位埋藏较浅，一般在1．0m—1．5m之间，该含水层多为微咸水，水化学类型为C03Cl—Na型，地下水对混凝土无腐蚀性。
  　3  全套管灌注咬合桩施工技术
  　3．1  施工顺序
　全套管灌注咬合桩的施工顺序如图1所示。
图1中A是第一序桩，为素字昆凝土桩，B是第二序桩，为钢筋混凝土桩，趴为砂桩，目的是实现桩的闭合衔接。
    施工JI匝序：A1—趴(砂桩)—A2—B2—A3—B3—A4—以—A5—B5
  3．2  工艺流程及其工序要点
    a．全套管灌注咬合桩施工工艺流程全套管灌注咬合桩施工工艺流程图见图2。
    b．地基处理
地基处理是全套管灌注咬合桩施工的第一步，包括场地内防碍施工的高架线路拆除、地下构筑物 的挖除、地下管线、障碍物的探明和处理、软土的加固硬化及地下洞穴的回填夯实等，以保证在钻孔施工作业中套管下切J1匝利。地基承载力要满足全套管灌注咬合桩施工作业的要求，保证混凝土在灌注时的成桩质量。
　c．灌注咬合桩导墙的施作
灌注咬合桩导墙的施作应满足三项要求：一是能够给磨桩机提供作业平台，承受磨桩机在压、拔、扭动套管时的巨大作用力；二是能起到给套管定位、导向的作用；三是灌注桩导墙的安设能满足测量的要求，并与地面有足够的摩擦力，施工钻孔时灌注桩导墙不得发生位移。
　d．磨桩机就位对中
　　磨桩机就位对中应保证套管在钻孔跟进时其中心和设计孔位中心一致，精确度应控制在5mm以内，并应做好检查记录。
　e．冲抓取土
冲抓取土时应控制冲抓的落差高度。一是避免因落差过大引起震动过大而造成地表沉降超过施工允许范围；二是避免冲抓切人土层的深度过大，造成冲抓被管靴卡住而无法取出。根据经验，冲抓的落差高度应控制在8m—15m以内。
　f．套管垂直度的控制
  钻孔过程中套管垂直度的控制，是通过设在互相垂直方向的两台经纬仪的全过程监测实现的。尤其应加强对第一、二节套管(人土深度在15m左右)及套管连接时垂直度的监测。确保成孔精度控制在 3％o以内。
　g．套管接头的密封处理
　套管接头的密封问题是全套管灌注咬合桩工法中的一个薄弱环节。在基坑围护桩施工过程中，套管常常会穿越二定厚度的透水层，如果套管接头的密封不好，地下水就会从套管接头处流向套管内；更有甚者，地下土体会随涌水一起流向套管内，形成水土流失，造成桩孔周围的地表下沉、开裂。
    h．混凝土灌注工艺
    根据成孔是否存有水来决定混凝土灌注工艺。
　当进行水下混凝土灌注时，必须严格按照水下混凝土灌注施工工艺进行施工，尤其应加强对套管从混凝土中拔出的时间控制。如果套管从混凝土中拔出过晚很容易发生套管不能拔出或连带字昆凝土一起拔出来的现象。
    i．混凝土质量
全套管灌注咬合桩施工对混凝土的质量有较高要求。一是缓凝时间的要求，第二序次桩是在第一序次桩间实现切割咬合的，这一施工特点要求第一序次桩的混凝土必须有一定的缓凝时间(缓凝时间应大于第二序次桩施工所需的时间)。二是对混凝土坍落度的要求，干孔素混凝土桩灌注要求混凝土坍落度控制在12m-14cm，干孔钢筋混凝土桩灌注要求混凝土坍落度控制在14m-16cm，水下素混凝土桩灌注要求字昆凝土坍落度控制在18m-22cm。
    j．套管管靴埋人土层底的深度
　套管底埋人土层的深度一般应控制在2m以上，其作用有二个：一是预防冲抓切人土层的深度大于管靴埋人土层的深度，造成冲抓被管靴卡住而无法取出；二是管内土体能够起到瓶塞作用，可以预防孔桩底部发生管涌。
　4  施工难点及其对策
  　全套管灌注咬合桩施工难点主要有：(1)为保证灌注咬合桩的连续性、防水性，全套管灌注咬合桩的垂直度必须控制在3钇。以内；(2)实际施工地层主要是富含水的砂质粉土夹粉砂层，场区地下水位较高，施工中极易发生涌水涌砂现象，对周边建筑物造成危害，施工难度大。
为保证全套管灌注咬合桩的垂直度控制在3％口，采取了全套管外通过互相垂直方向的两台经纬仪的全过程监测，全套管内人工测斜的内外双向控 制法对套管进行垂直度控制，尤其加强对第一、二节套管(人土深度在15m左右)及连接时的垂直度情况检查。
  　5  施工中出现的问题及处理、预防措施
  　5．1  钻孔取土时发生涌砂
在施工桩长不大于18m的时，由于桩尖设计标高在富含水砂质地层内(含水层厚度16，5m• 21．8m)，曾发生过几次涌砂，其中一次在半小时内涌砂量达到1．5m3左右。
处理措施：当发生涌砂现象时，应立即停止钻孔．取土作业，采取以下三种方法进行处理：(1)下压套；管，尽量实现套管超前孔底(本工程所用的MZ型磨；桩机套管可以在粉砂层中超前4m-5m)，以增加流：
水渗透路径，减小管内水压力；(2)向套管内注水或 泥浆，以此平衡套管外水压力，再用水下冲抓进行取土作业(水下冲抓取土作业取土量仅为无水作业取土量的15％of20％，速度较慢)；在灌注咬合桩前，先施工井点降水，在地下水位降低后再进行灌注咬合桩施工。
　5．2  钻孔取土时套管出现倾斜    
　灌注咬合桩在钻孔取土套管下切过程中，由于垂直度没有控制好或是套管在下切过程中管靴的一边碰到不明障碍物使个别套管出现倾斜。
处理措施：由于垂直度没有控制好套管出现的倾斜发生后，应立即停止钻孔取土作业，并根据桩的不同类型进行套管纠偏处理。对于钢筋混凝土桩，用与施工桩同级标号的新鲜混凝土将桩孔回填密实，再将套管拔起重新钻孔。或者先用粗砂回填桩孔，再将套管拔起重新钻孔，以后再用高压旋喷桩处理灌注桩之间夹砂层的渗水问题。对于素字昆凝土桩，用粗砂、弃土将施工桩孔回填密实，再将套管拔起重新钻孔即可；由于套管在下切过程中管靴的一边碰到不明障碍物使出现倾斜时，应派人下到孔底查看障碍物的情况，采用十字冲击锤或人工将障碍物破除后再进行套管名U偏处理。
　5．3  钻孔取土时周边地表出现较大沉降
在钻孔取土的过程中，K0+604．4-K0+629．4段明挖基坑周边地表出现沉降槽，经分析主要有下列原因：冲抓落差过大，引起了相邻土体较大的震动；套管接头的密封性能不好，地下水由套管接头处流失；套管在下切过程中，孔底出现涌砂情况。
针对不同的原因本工程主要采取的预防措施有：控制冲抓落差高度在6m—10m之间；在套管接头处加密封圈，保证套管接头质量；采取防涌砂主严‘钻孔取土时套管不能下切钻进在钻孔取土过程中套管不能下切钻进是经常遇到的问题，主要原因是：套管在下切过程中管靴的一边碰到不明障障碍物；第二序次桩施工时第一序次桩内的混凝土灌注完成时间过久，混凝土已经凝固；第二序次桩的混凝土缓凝时间没有达到设计要求，强度增长过快。
　 处理措施：破除障碍物；桩位移动，并加旋喷桩进行防水处理。
预防措施：提高字昆凝土的施工质量，严格控制混凝土的凝固时间，使之满足施工要求。
　　5．5  混凝土在灌注过程中套管不能拔出字昆凝土灌注到一定的深度，套管应扭动拔出一段高度，避免因套管侧壁所受到的摩擦力增大而使套管不能拔出。
　这类问题发生后，只有做桩位移动处理，并加旋喷桩进行防水处理。
预防措施：随着混凝土的灌注，缓缓扭动并及时拔出套管；套管埋人守昆凝土深度一般不得大于10m。
　5．6  套管内的混凝土随着套管一起拔出
这类问题发生的原因是：套管没有及时拔出，混凝土已经凝固(一般发生在无缓凝要求的钢筋混凝土桩上)；套管管靴超前深入粘土层太多，套管内粘土层被守昆凝土挤压密实，发生瓶塞作用，导致管内混凝土不能自由下落。
　处理措施：在事故桩原位回填土重新钻孔，并在事故桩外侧加密排旋喷桩。
预防措施：随着混凝土的灌注，缓缓扭动并及时拔出套管；套管管靴超前深人粘土层控制在1．5m—2m左右
  　5．7  砂桩的处理
  为了实现咬合桩的咬合封闭，应：降一根钢筋混凝土桩(第二序次桩)先施工成砂桩，待素混凝土桩(第一序次桩)施工完成后再将预留砂桩内的砂取出换填成钢筋混凝土。
由于砂桩的存在，钢筋混凝土桩和素混凝土桩之间难免会出现咬合不密实的情况，除加止水旋喷桩处理外，还可以用小导管注浆的方法对咬合不密实的地方进行堵水处理。
  　 5．8  灌注咬合桩出现的“缩径”
　 灌注咬合桩出现的“缩径”是指套管在拔起过程中由于发生较大倾斜使管靴对灌注好的混凝土造成挤压产生的空洞。
　　在施工800mm的灌注咬合桩时，由于磨桩机的套管卡口过大，造成个别咬合桩在桩顶下2m—3m处出现了“缩径”现象。“缩径’’的处理，可以采取先将“缩径”处的松散混凝土凿出再用加筋喷射字昆凝土(喷射混凝土强度不得低于灌注咬合桩?昆凝土的设计强度)进行补强处理。
“缩径”采取的预防措施是：控制好磨桩机的套管卡口和套管的匹配问题，保证套管在拔起过程中 的垂直度。设计要求等现象，从而造成该处严重渗漏水。建设单位及早认识到隧道的病害将对隧道结构和以后的运营直接构成威胁，分析了病害的原因主要是地质原因和目前国内双连拱隧道修建技术水平问题，认为这几座隧道的病害治理是一个系统工程，必须由一支在隧道方面具有先进施工技术和丰富经验的专业单位进行设计和治理。在此共识下，经多方选择，中铁隧道集团设计院和科研所承担了本项目的设计和治理任务。经过三个多月的紧张施工，基本达到了一次根治、不留后患的整治目的，整治后隧道结构稳定，不渗不漏。2003年12月26日通车至今一年多来，运营状况良好，尤其是对双连拱隧道中隔墙渗漏水的治理效果非常显著。
　　在隧道病害整治过程中，综合采用了注浆加固堵水技术、结构抽换技术、中空锚杆加固技术、引排技术和软基袖阀式注浆加固技术等。尤其是对双连拱隧道进行注浆堵水过程中，采取普通水泥浆液和超细水泥浆液的配合使用，采用了注浆堵水结合引排水和单独引排水治理两种方案，目前来看，两种方案都达到了预期的效果。
　5  结论
①隧道病害是国内外非常普遍的现象，其原因是多方面的，高速公路隧道病害一方面大大降低了  “高速”，一方面直接威胁到隧道的结构和运营安全。高速公路近年来的快速发展要求不断提高隧道修建技术水平，避免或减少隧道病害的发生；
②高速公路隧道病害的形式主要有渗漏水和结构破损，其中渗漏水病害比较普遍；
③高速公路隧道病害产生的主要原因有地质方面的、施工方面的、设计方面的和人为因素等，要认真地系统地分析；
④高速公路隧道病害整治要各种技术综合运用，由专业队伍来进行，治理的时机最好选择在通车前进行，要坚持“一次根治、不留后患”的治理原则。