沖淤沉積層中新型咬合樁工法及應(yīng)用摘要:通過(guò)分析沖淤沉積層的特點(diǎn)和套管咬合樁的施工工藝,對(duì)套管咬合樁在沖淤沉積層中的擴(kuò)徑現(xiàn)象進(jìn)展研究。指出在該地層中套管咬合樁施工產(chǎn)生擴(kuò)徑的主要原因是套管下沉對(duì)地層的擾動(dòng)、周圍土體向管內(nèi)涌擠而產(chǎn)生的超挖和緩凝混凝土對(duì)地層的擠壓擴(kuò)張作用。提出利用水泥攪拌樁替代A序素混凝土樁,用有鋼筋籠的B序樁咬合A序的水泥攪拌樁,形成鉆孔樁咬合攪拌樁的一種新型咬合樁工法。該工法可以有效解決在沖淤沉積層中進(jìn)展咬合樁施工時(shí)的擴(kuò)徑問(wèn)題和止水問(wèn)題。該工法在南京地鐵西延線工程中得到應(yīng)用,獲得了較好的應(yīng)用效果。關(guān)鍵詞:基坑工程;咬合樁工法;沖淤沉積層;攪拌樁;鉆孔樁鐵道第三設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)、中鐵隧道集團(tuán)承建的深圳地鐵會(huì)-購(gòu)區(qū)間隧道的圍護(hù)構(gòu)造是鉆孔咬合樁在我國(guó)應(yīng)用的第1個(gè)工程實(shí)例[1]。隨后該工法在杭州解放路隧道工作井、南京地鐵等工程中得到進(jìn)一步的推廣應(yīng)用[2]。在工程理論的同時(shí),相關(guān)研究人員對(duì)咬合樁圍護(hù)構(gòu)造的計(jì)算方法及參數(shù)選娶咬合樁的設(shè)計(jì)、施工工藝及相應(yīng)的控制措施進(jìn)展了較為全面的研究和總結(jié)[3—5]。該工法在軟弱地層特別是沖淤沉積層中應(yīng)用有其優(yōu)勢(shì),但也存在一些問(wèn)題[6—8]。文獻(xiàn)[9—11]分別從樁的施工質(zhì)量控制和變形預(yù)測(cè)方面做了相應(yīng)的研究。本文從鉆孔咬合樁施工工藝和擴(kuò)徑方面討論新型咬合樁形式。1沖淤沉積層中灌注樁的擴(kuò)徑機(jī)理1.1咬合樁的擴(kuò)徑原因分析全新世沖淤沉積層一般具有強(qiáng)度低、高含水量、高壓縮性和高靈敏度的特點(diǎn)。咬合樁的施工工藝流程如圖1和圖2所示。A樁為Ⅰ序樁,通常為素混凝土樁,B樁為Ⅱ序樁,通常為鋼筋混凝土樁。由于B樁施工時(shí)要切割A(yù)樁,所以A樁的混凝土須緩凝,緩凝的時(shí)間應(yīng)根據(jù)樁長(zhǎng)和施工速度控制,一般在28~60h之間,咬合樁施工流程和時(shí)間關(guān)系如圖3所示。根據(jù)沖淤沉積層的特點(diǎn)和咬合樁的施工工藝,鉆孔咬合樁成樁過(guò)程中導(dǎo)致擴(kuò)徑有以下3方面的原因:①套管下沉過(guò)程中對(duì)土層的擾動(dòng);②由于取土面與套管底口刃腳間的間隔控制不當(dāng),導(dǎo)致周圍土體向套管內(nèi)涌擠而產(chǎn)生超挖,如圖4所示;③緩凝混凝土的比重比周圍土層大,緩凝時(shí)間較長(zhǎng)的混凝土對(duì)周圍土體存在擠壓擴(kuò)張作用,成樁之后的擴(kuò)徑照片如圖5所示。1.2套管內(nèi)土隆起引起的超挖量分析如圖4所示,由于套管內(nèi)外壓力差的存在,在成孔取土中很容易造成開(kāi)挖面以下的土體因隆起而發(fā)生超挖。本文近似采用基坑抗隆起計(jì)算公式[12]計(jì)算平安系數(shù)ks。假設(shè)平安系數(shù)取ks=1.4,對(duì)一般的沖淤沉積層,=10~20kPa,φ=5°~20°,取上述指標(biāo)的均值,不同開(kāi)挖深度時(shí)套管內(nèi)土體的預(yù)留厚度如表1所示。隨著開(kāi)挖深度的增加,套管內(nèi)所需的預(yù)留厚度也越大。在實(shí)際施工中,預(yù)留取土厚度一般只能控制在2~3,所以當(dāng)樁長(zhǎng)超過(guò)10時(shí),總存在一定的超挖量,這局部超挖量將引起混凝土超灌,從而產(chǎn)生擴(kuò)徑現(xiàn)象。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.1.3緩凝混凝土的擠壓擴(kuò)徑由于A序樁的緩凝時(shí)間較長(zhǎng),同時(shí)混凝土的比重要比土層的比重大,混凝土凝固前將對(duì)周圍的地層產(chǎn)生擠壓作用,如圖6所示。圖中r1和r2分別為圓筒內(nèi)徑和外徑;p為混凝土壓力,Pa;q為土壓力,Pa。本文借助小孔擴(kuò)張理論[13]對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)展求解。式中:μ為土的泊松比;E為土的彈性模量,Pa;r為樁的半徑,;為土的不排水抗剪強(qiáng)度,kPa;k為程度抗力系數(shù)。根據(jù)一般沖淤沉積層的物理力學(xué)指標(biāo),半徑的擴(kuò)張約5~10,這在工程中是一個(gè)不可無(wú)視的量。2鉆孔樁咬合攪拌樁工法沖淤沉積層中咬合樁因A序樁混凝土緩凝而發(fā)生的擴(kuò)徑問(wèn)題,可以通過(guò)施工方法進(jìn)展調(diào)整控制。文獻(xiàn)[14]介紹了在軟土地層中采用攪拌樁與鉆孔灌注樁形成的復(fù)合式圍護(hù)構(gòu)造。其最初的設(shè)計(jì)思路是將攪拌樁作為止水構(gòu)造設(shè)置在鉆孔樁的外側(cè),由鉆孔樁來(lái)承當(dāng)坑外側(cè)的土壓力。本文根據(jù)攪拌樁的比重與土層的比重相近的特點(diǎn),將A序樁改成水泥攪拌樁,用B序樁咬合A序攪拌樁形成鉆孔樁咬合攪拌樁工法。鉆孔樁咬合攪拌樁的平面布置如圖7所示。由于B序樁中有鋼筋籠,A序樁為水泥攪拌樁,在軟土地層中不存在擴(kuò)徑問(wèn)題,同時(shí)攪拌樁的存在還能制約B序樁的超挖,從而有效地解決擴(kuò)徑問(wèn)題。3應(yīng)用實(shí)例南京地鐵西延線的元—中區(qū)間地處南京的河西地區(qū),在清代還是長(zhǎng)江的漫灘,屬全新世沖淤沉積層。區(qū)間隧道全長(zhǎng)1152,土層層厚及物理力學(xué)指標(biāo)如表2所示。由于區(qū)間隧道的開(kāi)挖深度為9~11,擬定的圍護(hù)方式如圖6所示,A序樁為650水泥攪拌樁,B序樁為800鉆孔灌注樁,兩相鄰A序樁和兩相鄰B序樁的中心間距均為1050,實(shí)際咬合量為20,攪拌樁的水泥摻量16%,水灰比0.54。隧道攪拌樁的最大優(yōu)點(diǎn)是可以采用多臺(tái)機(jī)具同時(shí)施工,加快施工進(jìn)度。圖8是鉆孔樁咬合攪拌樁的實(shí)際效果,從中可以發(fā)現(xiàn)止水效果非常好,同時(shí)鉆孔樁沒(méi)有擴(kuò)徑現(xiàn)象。5結(jié)論鉆孔樁咬合攪拌樁是針對(duì)沖淤沉積層的地質(zhì)特性提出的新工法,其特點(diǎn)是充分利用攪拌樁的止水性能和鉆孔樁的抗彎性能,可以防止鉆孔咬合樁的擴(kuò)徑現(xiàn)象,也利于進(jìn)步工效。但在施工中應(yīng)注意對(duì)垂直度的控制。參考文獻(xiàn)[1]王安龍.鉆孔咬合樁———地鐵工程圍護(hù)構(gòu)造新型式[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2002,(9):51—58.[2]周順華.我國(guó)城市軌道交通地下工程的施工技術(shù)現(xiàn)狀與開(kāi)展[J].城市軌道交通研究,2022,7(2):34—37.[3]鄭劍升.咬合樁圍護(hù)構(gòu)造設(shè)計(jì)參數(shù)研究[D].上海:同濟(jì)大學(xué),2022.[4]姚燕明,周順華,陳力.鉆孔咬合樁按剛度分配的計(jì)算方法[J].建筑構(gòu)造,2022,33(11):25—26.[5]同濟(jì)大學(xué),中鐵二局集團(tuán).全新世沖淤沉積層地鐵車站及區(qū)間采用鉆孔咬合樁圍護(hù)構(gòu)造的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究[R].上海:同濟(jì)大學(xué),2022.[6]何澤剛.鉆孔咬合樁圍護(hù)構(gòu)造施工工藝研究[D].上海:同濟(jì)大學(xué),2022.[7]周彥軍.套管成孔灌注樁在公路軟基處理中的應(yīng)用[J].隧道建立,2022,24(2):56—57.[8]朱向榮,方鵬飛.深沉軟基超長(zhǎng)樁工程性狀試驗(yàn)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào),2022,25(1):76—79.[9]宋冶,高爾洋,馬德云.廣州地鐵一號(hào)線車站深基坑支護(hù)技術(shù)述評(píng)[J].中國(guó)鐵道科學(xué),1998,19(4):64—74.[10]喬世范,方理剛,劉寶琛.G(1,1)模型與指數(shù)模型在基樁沉降預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J].中國(guó)鐵道科學(xué),2022,26(3):53—55.[11]賀玉龍,楊立中,鄭永翔.聲波透射法在旋噴樁復(fù)合地基加固效果評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].中國(guó)鐵道科學(xué),2022,24(5):44—47.[12]劉建航,侯學(xué)淵.基坑工程手冊(cè)[].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版