地道工程钻孔灌注桩及钢筋混凝土梁支撑技术分析

2019-03-08孙宝璋

太原城市职业技术学院学报 2019年1期

孙宝璋

(中铁十八局集团有限公司第四工程有限公司，天津 300350)

大量工程应用实例表明，在地道工程施工建设中，合理应用钻孔灌注桩加钢筋混凝土梁支撑技术，具有施工速度快、噪音小、污染少、质量好、成本低的优势。现有钻孔灌注桩加钢筋混凝土梁支撑施工方法为：采用四角钻机和起重机械联合施工，存在很多明显的缺点，如钻机需要起重机配合才能实现，增加了成本（起重机械费用约占桩基总成本的3%～5%）；钻进安装稳定性不足，产生的晃动比较大，难以满足钻孔质量。本文采用了自行式可调平钻机，不但有效解决了上述问题，而且大幅度降低了消耗，节约了工程成本，提前了工期。符合目前我国地道工程施工建设相关标准和规范的要求，值得大范围推广应用。

一、工程概述

天津空港经济区地铁2号线，规划设计35个站点，总长度为815.4m，受到空港经济区基础设施建设的影响，在地铁施工中，需要下穿高速公路、市政道路、排水管道等工程。地道工程的总长度为335m，设计宽度为33.2m，其中前130m为暗埋段地道工程，后205m为敞口段地道工程。其中暗埋段采用了单箱双室矩形框架梁结构，敞口段为U型槽结构形式。

二、地道工程支护施工方案

下穿京津塘高速地道基坑支护的安全等级为二级，根据不同区段采取不同的支护方式，根据地道工程围护结构的不同，采用了两种支护施工方式。

第一种，采用密排混凝土灌注桩进行施工(具体情况如图1所示)。

图1 密排混凝土灌注桩施工图

第二种，基坑支护水泥搅拌桩挡土墙，φ700＠500，具体情况如图2所示：

图2 水泥搅拌桩挡土墙

三、地道工程钻孔灌注桩施工技术

（一）制备泥浆

为满足施工需求，现场配置了三台泥浆机同时工作，选择优质膨润土，并加入适量的Na2CO3来中和酸性腐蚀的影响，泥浆比重控制在1.1～1.3之间，黏度在16～28S之间，提升泥浆施工质量，含砂率要控制在4%下，胶体率则不能低于95%，呈现弱酸性，pH值控制在6.2～6.5之间。

（二）护筒埋设

护筒埋设是地道工程钻孔灌注桩施工的关键，在本工程施工中，护筒由5mm厚钢板制作而成。为满足施工需要，护筒的内径要略大于桩径，但最大不能超过20cm，护筒长度控制在2.0m左右。在埋设为提升埋设效果，可采用人工埋设的方法，地层和土层要用黏土夯实。孔口平面位置和设计偏差按照小于5cm进行控制，竖向倾斜度控制在1°以下。

（三）成孔试验

成孔试验的主要目的是为后期钻孔施工提供真实有效的参考数据，因此，可选择3～5桩进行试验，以选择出最佳的施工方案。

（四）成孔

在钻机就位前，要在钻机的底部垫上方形木垫，然后根据钻孔放线位置合理调整钻头，误差控制在2cm以内。在实际钻孔时，可以正向循环旋转钻孔法，并根据成孔试验结果配制泥浆，边钻进，边添加泥浆，如果发生掉钻或者卡钻等现象，要立即停止施工，待所有问题都解决以后，再缓慢启动钻机进行成孔操作。确保孔内水头差时刻保持在特定位置避免发生塌孔。每钻进5m～8m进行一次钻渣作取样分析，根据地层变化情况，合理调整钻进参数，并经常测定钻孔深度和倾斜度，发现问题及时处理，提升钻孔质量。

（五）清孔

钻孔到设计高程，对钻孔质量进行全面检查，确认达到设计标准后，即可进行第一次清孔作业，可采用换浆法进行清孔，在清孔时各项工作要符合以下标准：孔底500mm以内的泥浆相对密度控制在1.25以下，含沙率不能超过8%，黏度控制在28%以下，孔底沉渣厚度控制在100mm以下。

（六）钢筋笼绑扎

钢筋笼骨架的保护层需要通过焊接在主筋上的护臂来进行保护，每隔3m设置一道，采用双面焊进行连接，每根钢筋的搭接长度不能低于钢筋直径的五倍，钢筋笼外侧每隔2m焊接4根直径为20mm的折形定位钢筋。

（七）钢筋笼吊装

为避免钢筋笼发生上浮现象，要采用分段吊入的方法。具体做法是：把焊接好的钢筋笼骨架分段吊入桩孔，将钢筋笼的下段先固定在孔口位置，然后再放入上端钢筋笼，在孔口和下段钢筋笼对接时搭接双面焊法，对接完成后再下放到设计深度，并将其固定在孔口位置，避免发生钢筋笼上浮现象。钢筋笼吊装程序图如图3所示。

图3中从左到右依次程序为：（1）吊放下段钢筋笼；（2）下端钢筋笼孔口固定；（3）吊放上端钢筋笼；（4）两段钢筋笼对接；（5）钢筋笼下放到设计位置。

（八）安装导管

为避免导管发生堵塞后难以处理，每1～2节连接处设置一段1.0m～1.5m的短管通过法兰螺栓连接。接头处用橡胶圈密封防水，并对导管做水压和接头抗拉试验，保证不漏水。砼浇注架用型钢制作，用于支撑悬吊导管，吊挂钢筋笼，上部放置砼漏斗。

（九）二次清孔

当钢筋笼下放和导管安装完成后，利用导管进行二次清孔，确保泥浆密度小于1.15，沉渣厚度在100mm以内，此时清孔就算完成，立即浇注砼。

（十）混凝土灌注

根据工程招标文件的需要，本工程采用了商品混凝土，通过搅拌机运输到各个桩位进行灌浆。具体灌浆流程图如图4所示。

图3 钢筋笼吊装程序图

图4 灌浆流程图

图4中从左到右具体灌浆流程为：（1）安装导管，导管底部和孔底之间预留出30cm～50cm空隙，确保泥浆能从导管中排出，并能把导管下口埋入混凝土不小于1m深。（2）悬挂隔水栓，并和导管紧贴。（3）灌入首批混凝土，导管在混凝土埋深以1.5m～4m为宜，既不能小于1m，也不能大于6m。（4）间断铁丝，促使隔水栓下落到孔底。（5）连续浇筑混凝土，边浇筑边提升导管。（6）完成混凝土浇筑，拔出护筒。

四、钢筋混凝土梁支撑技术

（一）钢筋混凝土梁支撑施工流程

测量放线→立柱施工→首层土方开挖→清理立柱桩头→梁支撑垫层→冠梁和内支撑梁结构施工→分层开挖→侧壁施工→回填→拆除梁支撑。

（二）冠梁施工

挖至梁底标高后，清除桩头混凝土浮浆，进行冠梁钢筋混凝土结构施工，在冠梁施工前还要进行立柱上部修整，立柱上方钢筋要进入冠梁500mm左右，并凿除冠梁超灌混凝土。

（三）钢筋混凝土梁支撑施工

第一，先进行梁支撑和围檩区域土体开挖，为避免发生欠挖和超挖，挖到设计标高30cm时，进行人工清底处理。

第二，和围檩连接梁支撑护壁要进行凿毛处理，提升连接的紧密性。

第三，梁支撑底模采用C10混凝土做底模，主梁和腹杆的模板采用九夹板。

第四，在钢筋绑扎时，要先进行主梁和围檩的钢筋绑扎，然后腹杆钢筋绑扎。

第五，混凝土浇筑时，相同平面内的钢筋混凝土支撑要整体浇筑成形。如果必须采用分段施工，则要预留出相应的垂直缝，并确保各个接缝的紧密性，混凝土围檩和钻孔灌注桩之间的间隙用C40混凝土进行密实处理。

具体施工示意图如图5所示：

图5 钢筋混凝土梁支撑施工示意图

模板采用竹胶板加10×10cm方木做模板、下部采用顶撑加固、上部采用对拉螺栓固定，混凝土浇筑从两端向中间进行，混凝土振捣、养护同一般混凝土。待混凝土强度达到设计强度80%时，即可进行人工拆除，并及时清理表面杂物。

五、施工效果分析

为分析钻孔灌注桩加钢筋混凝土梁支撑技术施工效果，本工程在施工中进行了全面变形监测，位移监测采用了全站仪+高精度水准仪进行变形观测。在土方开挖时每2天观测一次，支护施工时每1天观测一次，下雨后立即进行观测。监测时间为4个月，总检测次数为46次，监测结果显示，4个月累积变形量不足10mm，其他变形值也都在允许范围内。表明采用钻孔灌注桩加钢筋混凝土梁支撑技术可有效满足地道工程施工需求，值得大力推广应用。