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钻孔咬合桩在天津地铁基坑施工中的应用

发布日期:2016-12-26 18:41

钻孔咬合桩在天津地铁基坑施工中的应用
 
摘  要:钻孔咬合桩作为一种新型的成桩工艺适宜软土地层、冲淤地层。文章通过总结天津地铁 1、3 号线应用钻孔咬合桩的经验,结合天津地铁 5、6 号线的地质特点,对 5、6号线应用钻孔咬合桩的可行性进行分析。
关键字:钻孔咬合桩;地铁;基坑
 
1钻孔咬合桩原理及施工工艺
1.1原理
      钻孔咬合桩是指平面布置的排桩间相邻桩相互咬合(桩圆周相嵌)而形成的钢筋混凝土“桩墙”,它用作构筑物的深基坑支护结构。
      钻孔咬合桩在“咬合”后形成的无缝连续“桩墙”,决定了其施工机具必需采用钢套管护壁的全套管钻机并灌注超缓凝混凝土;钻孔咬合桩特别适用于城市建筑物密集区,可降低工程造价、提高施工速度、切实保证支护结构质量。
 
1.2施工工艺
      钻孔咬合的排列方式为一根 A 桩和一根 B 桩间隔布置,施工时先施工 A 桩后施工 B 桩并要求 A 桩的超缓凝混凝土初凝之前必须完成 B 桩的施工,B 桩施工时采用全套管钻机切割掉相邻 A 桩相交部分的素混凝土,从而实现咬合,见图 1。

2在天津地铁的应用
      目前天津地铁的地下车站基坑围护结构大多采用地下连续墙结构、SMW 工法桩、钻孔灌注桩加水泥搅拌桩复合结构,钻孔咬合桩在天津较少应用,作为试点在天津地铁西南角车站深基坑工程中引入了钻孔咬合桩工法,在天津地铁 3 号线深基坑中进一步应用钻孔咬合桩工艺。
2.1在1号线中的应用
      天津地铁 1 号线既有线改扩建工程西南角站,首先在天津地区使用钻孔咬合桩。该项目位于四马路、南开三马路与黄河道、南马路交口处,呈南北走向。车站将既有结构全部拆除,按照新的建筑平面重新构筑新结构。改建段结构全长 244.349 m,位于第四系全新统人工填土层、新近沉积层、第Ⅰ陆相层、第Ⅰ海相层中,岩性以杂填土、粉质粘土、粉土为主,土质松软,多呈可塑~流塑状,属中~高压缩性土。场地地下水类型为孔隙潜水,储存于第四系粘性土、粉土及砂类土中,地下水埋深 0.8~4.0 m,水位变幅 1~2 m/a。原设计方案基坑围护结构采用钻孔灌注桩加水泥搅拌桩止水帷幕,坑内设钢支撑系统。但由于基坑距离金禧大酒店仅 6m,而且开挖处杂填土中埋有原地铁修建时抛弃的建筑垃圾,情况非常复杂,经现场试验后发现一般钻孔灌注桩成桩较困难;此外,地下水埋藏较浅且丰富,桩孔易发生坍塌变形。钻孔咬合桩由于采用了全钢套管护壁,能有效地防止孔内流砂、涌砂现象的产生,挡土和止水效果极佳。经多方面因素综合考虑,最终应用了咬合桩这一新型围护结构型式。
2.2 在 3 号线中的应用
      天津地铁 3 号线华苑站位于迎水道与桂苑路交叉处,站北侧为天大天财科技园和麦迪逊商贸广场,西侧为鑫茂民营科技园,南侧为日华里居住区。华苑站为二柱三跨钢筋混凝土框架结构地下岛式车站,全长 200m,标准段基坑净宽 20.54 m、深 17.9 m,地下市政管线错综复杂,共有电力、雨水、污水、煤气等 14 条管线穿越基坑。地下稳定水位埋深约为 2.9 m,基坑地层分布有第四系全新统人工填土层,第Ⅰ陆相层、第Ⅰ海相层、第Ⅱ陆相层及第Ⅲ陆相层,岩性主要为粘性土、粉土及粉砂。
      由于基坑水位较高、土质稳定性差,同时地下深层障碍物处理后容易扩孔、塌孔,故主体结构深基坑开挖应用钻孔咬合桩作为围护结构,桩径为 1 000 mm,相邻两桩咬合量为 250 mm,桩长为 26.8~32.8 m,共有 693根。咬合桩分为 A 桩和 B 桩,A 桩为强度等级 C15 的超缓凝水下素混凝土桩,B 桩为强度等级 C30 的水下钢筋混凝土桩。
2.3应用效果
      在开挖期间通过合理架设钢支撑,及时进行基坑稳定性观测,基坑开挖时对周围环境的影响不大,完全可以保证紧邻重要建筑物的沉降变形要求。
 
3在天津地铁5、6号线应用的可行性分析
3.1概况
      地铁 5、6 号线在东北方向的外环线站交汇,在西南方向又通过宾馆西路站与环湖西路站连接,在天津中心城区形成了一条闭合的地铁环线,与地铁 1、2、3、9号线均有换乘车站并与未来的地铁 4、7、8、10 号线及市域线 Z1 号线可实现换乘。
      地铁 5 号线全长 33.785 km,全线共设 28 座车站;地铁 6 号线全长 28.072 km,全线共设 25 座车站。
3.2 地质条件分析
      从地铁 5、6 号线线路穿越地层上看,车站及洞身影响范围内地层主要为第四系全新统人工填土层、新近冲积层、第Ⅰ陆相层、第Ⅰ海相层、第Ⅱ陆相层及第Ⅲ陆相层、第Ⅱ海相层,岩性主要为粘性土、粉土、粉砂。地表普遍分布人工填土层,土质不均、结构松散、工程性质差。
      线路范围内地下水位较高且含水层呈层状分布,在垂直、水平方向具有明显差异,基坑开挖及盾构施工过程中,在水压力作用下易产生潜蚀、突水及管涌现象。
3.3 应用条件分析
      1)天津地铁 1、3 号线就钻孔咬合桩的定位、纠偏、克服管涌、克服早凝,地下障碍物处理等方面积累了宝贵的经验。这些对天津地铁 5、6 号线应用钻孔咬合桩具有很好地借鉴意义。
      2)天津地区地质条件复杂,线路范围内地下水位较高且含水层呈层状分布,在垂直、水平方向具有明显差异。基坑开挖及盾构施工过程中,在水压力作用下易产生潜蚀、突水及管涌现象。而钻孔咬合桩特别适用于有淤泥、流砂、地下水富集等不良条件的地层。
      3)由于天津地铁规划布局是 1、2、3 号线为主要线路,5、6 号线为辅助线路,这就注定 5、6 号线的基坑深度普遍深于 1、2、3 号线,尤其在多线换乘的情况下,基坑深是 5、6 号线设计施工难度之一。在盾构施工过程中,由于对隧道周围土体的扰动改变了原土体受力平衡状态,造成土体扰动剪切破坏和变形,土体的变形传至地面则可能引起地面裂缝、地表下陷,同时盾构施工造成土体损失亦可使地面产生下陷。地面变形过大则可能影响隧道周围既有建筑物、地下管线的稳定及安全。钻孔咬合桩采用全套管钻机,在施工过程中,始终有超前钢套管护壁,扩孔(充盈)系数较小,完全避免孔壁坍塌,对地层扰动较小,可以保证周边建构筑物的安全。
 
4结语
      对地铁基坑围护形式选择应因荷载、土层、机械、环境、造价、工期等制宜。在选择前,应对周边建筑物的特征、地形、工程地质条件、施工机械设备、施工环境、施工经验、各种桩施工法的特征、制桩材料供应条件、造价以及工期等进行综合性研究分析后并进行技术经济分析比较,最后选择经济合理、安全适用的基坑施工工艺。由于天津地区的地质条件比较适宜钻孔咬合桩的施工,而且地铁 1、3 号线也进行了积极有益的探索,相信这种新型的成桩工艺将在天津地铁 5、6 号线基坑施工中得到进一步的应用并具有广阔前景。