临近建构筑物的低净空硬法咬合桩施工工法.docx
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1、临近建构筑物的低净空硬法咬合桩施工工法1.前言随着城市化进程的加快, 为满足更多的交通需求, 诸多一线城市都在大力开展城市轨道 交通建设, 其中受规划线路的影响, 存在后建的地铁车站与既有线路换乘。后建换乘地铁车 站大多位于城市中心地带, 人口密集, 构建筑物繁多, 施工过程中需面临施工作业空间有限, 对周边建筑沉降变形要求控制极高的挑战。咬合桩是相邻混凝土排桩间部分圆周相嵌, 并于后序次相间施工的桩内设置钢筋笼, 使 之形成具有良好防渗作用的整体连续防水、挡土的围护结构。后建地铁工程复杂的周边环境 下需低净空作业且入岩深度大时, 无法使用地连墙的情况下通过使用硬咬合的方法, 同时利 用全套管
2、全回旋钻机和低净空气动潜孔锤等设备, 有效地解决了低净空作业工序时间长、钻 孔过程对周边土体扰动要求高及入岩施工速度慢的技术难题, 提高了咬合桩的施工质量, 同 时在后续基坑开挖过程中, 基坑结构稳定, 监测数据无超限情况发生, 咬合桩的止水效果良 好, 围护结构无较大的渗漏水点位, 有效地保障了周边桥梁建筑的安全。该工法在xx市城市 轨道交通 14 号线工程土建二工区xx站咬合桩的施工实践中,保障了基坑开挖及紧邻桥梁结 构的安全并取得了较好的经济效果和社会效益, 据此总结出紧贴既有桥梁的低净空大直径深 入岩硬咬合施工工法。2.工法特点本工法利用全套管全回旋钻机完成土层取土及素桩砼切割, 然后
3、采用气动潜孔锤在套管 内完成快速凿岩施工,施工过程中紧贴既有桥梁且全程低净空施做,具有特点如下:2.1 施工设备均进行低净空改装。全套管全回旋钻机定制套管长度最长为 4m,旋挖机、 冲抓斗及气动潜孔锤均为低净空改装设备,潜孔锤直径达到 1m,可完成桩岩层部分的快速 钻进施工。2.2 有利于施工组织。硬咬合施工采用在素桩浇筑约 10 天后才进行相邻荤桩施工,有 效地解决了低净空作业工序时间长的难题,同时优先施做的素桩对土体有预加固的作用。2.3 对周边建筑扰动低。采用钢套筒作为护壁,有效地降低对周边土体的扰动, 周边建 筑的沉降及变形容易控制,且杜绝了混凝土浪费并有效地控制了桩身质量。2.4 垂
4、直度精度高。利用钻机楔形夹紧装置及液压垂直装置可做到边压入边纠偏, 进行 全过程的垂直精度控制。3.适用范围工法适用于距离既有桥梁桩基础小于 3m,施工限高 10-15m,对周边扰动控制要求极高 的城市地铁深基坑围护结构咬合桩施工。4.工法原理4.1 钻孔咬合桩是桩与桩之间形成相互咬合排列的一种基坑支护结构,为了便于切割, 桩的排列方式一般为一根素混凝土桩(A 桩)和一根钢筋混凝土桩(B 桩),间隔布置,施工 时先施工两侧素混凝土桩,再施工中间钢筋混凝土桩,本工法要求必须在素混凝土桩(A 序) 终凝之后才能施工钢筋混凝土桩(B 序)。4.2 采用全套管全回转套管钻机的液压转动装置并辅以加压,使
5、套管进行 360 度回转对 称切割素桩混凝土及土体。边压入,边使用低净空的抓斗或旋挖机不间断的取土,从而较大 幅度地减少套管与土层间的摩阻力,如此钻至岩土分界面后,将全套管全回旋钻机吊离,将 潜孔锤杆分节吊入孔内,使用气动潜孔锤就位施工后,钻至设计深度。然后清孔并测定孔深 放入钢筋笼,再灌注混凝土即可成桩。4.3 气动潜孔锤是以压缩空气为动力介质与洗孔介质,压缩空气在潜孔锤身中产生高频 冲击功,作用于布满柱状合金牙的锤头冲击岩石,使之破碎。锤头直径略小于钢套管,潜孔 锤锤头破碎后的岩石颗粒与粉尘受锤头排出的压缩空气向上从锤杆和套管间的空隙吹出,从 而实现快速破碎孔内岩石,加快了钻进速度。5.施
6、工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程1、咬合桩施工工艺流程见图 5.1-1。图 5.1-1 硬咬合施工工艺流程图2、钻孔咬合桩 B 桩施工时,切割掉相邻 A 桩相交部分的砼,实现咬合,形成无缝连续 的 “桩墙” ,本工法要求必须在 A 桩砼强度达到设计强度 100%后开始 B 桩的施工, 即在 A 桩浇筑混凝土 10 天后,开始切割 A 桩施工 B 桩,其中单桩施工工艺流程见图 5.1-2。图 5.1-2 单桩施工工艺流程图5.2 操作要点5.2.1 施工准备(1)低净空旋挖机定制新造 1 台低净空旋挖机进行套管内取土及清孔作业,旋挖机工作状态高度 10.915m, 最大输出扭矩 285K
7、N.m,共设 7 层钻杆,最大钻孔深度 35m,可满足限高 10m环境下的桩基 施工作业,具体设备见下图 5.2.1-1。图 5.2.1-1 低净空旋挖机参数示意图(2)低净空潜孔锤采用改造后的低净空潜孔锤,机身净高 9.8m,潜孔锤钻杆长度分为 3m或 6m 一节,每 节钻杆上均预留有直径 10cm 扁担穿孔,钻杆采用内六方加插销连接。设备具体情况见下图 5.2.1-2。图 5.2.1-2 低净空潜孔锤设备示意图(3)导墙施工导墙沟槽开挖完成后,先采用碎石进行找平,模板采用自制整体钢模,导墙预留定位孔 模板直径为管套直径放大 6cm。模板加固采用 510 方木支撑,支撑间距不大于 1 米,确
8、保 加固牢固,严防跑模,并保证轴线和净空的准确性,导墙构造见下图 5.2.1-3。图 5.2.1-3 导墙构造示意图5.2.2.钻机就位(1)在导墙中心测量放样出桩位中心,然后通过在钻机定位底盘上预留的圆心直径孔 位上绑扎十字交叉线绳确认底盘中心,调整底盘位置,利用重锤进行上下点位确认,使得底 盘中心与桩位中心重合,定位偏差不得大于 10mm;(2)将底盘固定后吊起钻机,将钻机四个支腿全部安放入定位底盘的四个卡槽内,通 过钻机的垂直监视系统和经纬仪确定钻机的垂直度,通过调整四个支腿油缸使钻机保持水 平;(3)安装反力叉,反力叉一端连接钻机,一端被履带吊压牢, 以防钻机带载旋转切削 时产生的反力
9、造成钻机主机移动旋转;(4)安装钻机反力配重,反力配重左右对称安放。5.2.3.钻进取土在钻机就位后,吊装第一节管(首节套管底部设有高强度刀头)在钻机楔形块中,校正 套管垂直度后,夹紧旋转下压套管(4m、3m 及 2m 一节),每次压入深度约为 2-3m,施工 B 序桩时会硬切割 A 序桩咬合部份混凝土,用低净空旋挖钻机或冲抓斗从套管内取土,取土完 成后再继续下压下一节套管,始终保持套管底口超前于开挖面深度大于 2m。每一节套管开 始压入土中时(地面以上要留 2.5-3m,以便于接管,前后套管采用承插口连接,螺栓固定), 成孔过程中需检测垂直度,如不合格则进行纠偏调整,如合格则安装后一节套管继
10、续下压取土,如此继续,直至达到岩土分界面。施工示意图见图 5.2.3-1,套管连接示意图见图 5.2.3-2。图 5.2.3-1 施工示意图 图 5.2.3-2 套管连接示意图5.2.4 岩层施工1.钻机移位受低净空作业影响,使用全套管全回旋钻机完成土层内取土后,需将钢套管的倒数第二 节管口压至地面上 0.2m 或 0.6m 时,才具备将最后一节套管的连接螺栓拆卸下来后并吊移钻 机的条件。根据中风化岩面起伏情况,灵活的用 4m、3m 或 2m 的短套管调整最上一节套管的 长度,保证钢套管压入到位。之后依次拆除配重及反力架,将钻机吊走进行下一根桩施工。2.潜孔锤就位使用 90t 及以上履带吊将潜
11、孔锤钻杆吊入钢套管内,通过穿两根直径 8cm 的圆钢作为扁 担梁进行分段连接,每节钻杆连接口采用定制插销固定,如此循环反复,直至钻杆接触到孔 底岩面,然后将潜孔锤机身移动至孔边,通过机身上的动力头与钻杆连接,同时将高压风管 与空压机连接,各组件连接到位后将机身的四个支撑腿打开升高以固定机身。3.潜孔锤施工施工前先提升动力头将钻杆先提起,然后打开 5 台 27m。的空压机为钻杆为提供高压空 气,潜孔锤头贴紧岩面高频率震动碎岩掘进,同时不停旋转。利用底部的 4 个出风口将破碎 的岩石顺着钢套管管壁吹出来,将钻杆钻平至地面后,再接长钻杆继续施工,直至达到设计 深度。然后移开机身,逐节将钻杆从孔内吊出
12、。图 5.2.4 潜孔锤施工5.2.5.清孔由于潜孔锤施工的高压风并不能吹出所有石渣,且孔内几乎无泥浆,采用旋挖机清孔或 冲抓斗清孔,对于旋挖机采用让钻头在孔底旋转不下压的方式清孔;对于冲抓斗采用缓慢下 放抓斗至孔底抓取的方式,要求沉渣厚度不大于 10cm。5.2.6 钢筋笼加工1.受限高作业影响,钢筋笼分段分节数采用 6m、4m 或 3m,钢主筋采用钢筋接驳器连接, 纵向受力钢筋的机械连接接头采用一级接头。直螺纹套筒采用正丝标准型套筒,由于各节钢 筋笼吊装连接的时候,钢筋不便于转动,连接套筒需预先全部拧入一根钢筋的加长螺纹上, 再反拧入被接钢筋的端螺纹,连接方式见下图 5.2.6。图 5.2
13、.6 直螺纹连接方式示意图2根据主筋根数及周长制作定距 F 扣,在内环箍上按照固定间距分别焊接主筋,施工 时主筋两端头需齐平,最后采用滚笼机安装螺旋箍筋(部分箍筋为并筋),箍筋与主筋采用 点焊连接。3由于单根钢筋笼同一截面上钢筋接头面积达到钢筋总面积的 100%,相邻 B 序桩钢筋 笼的接头位置通过采用不同的钢筋笼分节长度予以错开接头。4、在钢筋笼底设置抗浮钢板,钢板中间设置 30cm 开孔以便混凝土能到达孔底冲起沉渣, 钢板与钢筋笼采用 L 筋焊接牢固,减少钢筋笼上浮风险5.2.7.钢筋笼吊装连接1.钢筋笼制作完成后,采用履带吊进行钢筋笼吊装,前一节钢筋笼下放后用 2 根60*60*6mm
14、方钢作为横担梁的方法固定在套管口,分段钢筋笼吊点环箍处需焊接支撑筋,然 后将下一节钢筋笼吊起进行直螺纹连接,连接时需保证上下钢筋笼均处于垂直状态,一圈接 头首先将一对角方向的直螺纹接头贴紧连接,再进行后续接头的安装,对于接头连接不上的 情况采用同等级钢筋两侧帮焊,箍筋连接在接口部位需增加一封闭箍,施工示意图见图5.2.7-1 和 5.2.7-2。图 5.2.7-1 钢筋笼吊装连接示意图小钩导管套管图 5.2.7-2 钢筋笼吊装连接施工图2.桩头钢筋带上泡沫保护套进行保护方便后期凿除。5.2.8 混凝土浇筑1.采用水下混凝土灌注法施工,利用拔管机将钢套管拔出。2.将钢筋笼安装完成后,将拔管机吊装
15、放置于套管位置,由于钢套管露出地面部分较少, 拔管机楔块无法夹住,需要再安装一节套管与地面露出的钢套管连接,将地面节钢套管接口 拔出至地面上 1.8m2m 左右,然后拆除顶节套管进行导管安装施工。3.导管采用 4m 一节的底管,3m 一节的标准管,并配置几节 1.5m、1m 及 0.5m 的短导管 进行调节,逐节安装导管至触底后,通过调节短导管使得导管底保持在距离孔底 30-50cm 的位置。4.利用吊车提升料斗或天泵进行混凝土浇筑,料斗容量为 2.5m。,满足首方料封底要求, 浇筑过程中导管需要随浇随拔,导管埋入深度宜保持在 2m 6m 之间,浇筑过程同时也需使 用拔管机及时拔出套管,避免套
16、管埋深过深。浇筑过程应连续不间断作业,直至浇筑至设计 标高。5.拔出套管时需采用使用吊车大钩起吊套管,小勾挂住导管后保持不动,待拆掉套管螺 栓后提起套管,然后再将导管固定在下一节套管口,取下导管挂钩,完成套管拔出,具体操 作见图 5.2.8。大钩导管支架图 5.2.8 套管拔出示意图5.3 劳动力组织本工法设置咬合桩班组、钢筋班组、文明施工班组共 3 个班组。按照协同配合、有序施工的 原则,结合本工程的特点经系统的分析及工序分解,按照工序时效性的原则,配置相关人员, 以 保证各项工序的顺利进展。 劳动组织安排见表 5.3。表 5.3 施工劳动组织表序号工种人 数备 注1全套管全回旋钻机操作手2
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