钻孔桩成孔比较

明挖基坑围护结构钻孔桩成孔工法应用实论

摘 要: 结合广州地铁工程实践 ,对钻孔桩回旋钻机成孔、冲击钻机成孔、旋挖钻机成孔等几种工法进行详细的分析和总结, 并系统地提出各种工法的应用条件和适用范围 ,对类似工程施工具有一定的指导作用。

关键词: 钻孔桩; 成孔; 工法; 应用范围

1 引言

土建工程中各种规模大小、深度不一的基坑比比皆是, 其围护结构有相当一部分采用钻孔桩。单就钻孔桩而言, 其成孔方法就有旋挖成孔法、冲击钻孔法及回旋钻钻孔法等, 上述几种成孔方法的适用范围和条件不同, 对工期、成本和质量的影响程度各异。笔者结合广州地铁五号线小北站及三号线厦大明挖区间围护结构钻孔桩施工实践, 从工期、成本、质量及技术适用性等方面对三种成孔工法进行深入的分析研究, 明确指出各种工法的应用范围及条件,对以后同类基坑围护结构的设计与施工具有切实的指导意义。

2 地铁五号线小北站冲击钻孔与旋挖成孔施工

2.1 工程概况

广州地铁五号线小北站西端站厅设备管理用房为一座两层三跨的明挖结构, 其围护结构设计采用f 1.0m 钻孔桩+桩间三管旋喷+三管旋喷咬合止水帷幕, 如图 1 所示, 桩间净距 150mm, 总桩数为 87 根。

基坑深度为 17m, 最大桩长 20.46m, 桩身经过的地层依次为杂填土、粉质粘土、硬塑状残积土和强、中、微风化泥质粉砂岩, 如图 2, 中、微风化泥质粉砂岩最大单轴抗压强度分别为 8MPa 和 27MPa。

2.2 施工情况

五号线小北站西端站厅基坑围护结构动工后,由于对旋挖钻施工不熟悉, 印象中单价偏高, 于是引进了 5 台冲击钻机施工, 历时 14 天成孔 10 根, 每台机平均 7 天成孔一根, 平均成孔单价( 含泥浆外运、含电费)为 480 元/m3。按这样的施工速度, 完成全部87 根钻孔桩将需 122 天, 超出计划工期 32 天, 难以满足工期要求且施工成本也没有明显优势。

鉴于以上原因, 决定引进 1 台旋挖钻机代替冲击钻机进行钻孔桩施工, 旋挖钻机进

场后在 60 天内完成了 77 根钻孔桩, 平均每天成孔 1.3 根, 平均成孔单价 562 元/m3, 围护结构施工工期较计划工期提前了 16 天。

基坑开挖后成桩质量得到了验证, 桩体垂直度符合规范要求, 未发生偏桩, 桩体最大侵限 8cm, 围护结构质量优良。

2.3 施工具体情况分析

冲击钻成孔与旋挖钻成孔的施工进度指标和直接成本对比分析分别见表 1～2。冲击钻机偏孔的原因主要是桩锤遇到倾斜的岩层面, 当上层较软下层较硬时, 桩锤下落后自然会出现“叩头现象”, 从而造成偏孔, 如图 3 所示。

冲击钻机偏孔后一般的处理方法就是向孔内回填片石后, 再次冲孔, 同时控制桩锤下落过程中钢丝绳的松紧程度, 尽量避免桩锤出现叩头现象。

3 地铁三号线厦滘～大石明挖区间回旋钻机成孔施工

3.1 工程概况

广州地铁三号线厦～大明挖区间隧道工程位于广州市番禺区大石镇厦滘村的苗圃中, 由 445m的 三层三跨明挖区间主线隧道、872m 的入段线和 929m的出段线明挖隧道组成, 标段简图如图 4 所示。

明挖隧道围护结构设计为 f 1000 钻孔桩+f 600水泥搅拌桩止水帷幕, 钻孔桩与水泥搅拌桩咬合160mm, 其设计简图如图 5。全标段共有钻孔桩3113根, 最大桩长 27m, 桩身经过的地层依次为淤泥、淤泥质砂、中砂和粗砂、粉质粘土、残积土和全风化、强风化岩。其中, 淤泥及砂层平均厚度为 8m,80%的钻孔桩桩底位于残积土和全风化岩层中, 强风化岩层岩石最大单轴抗压强度为 6MPa。

3.2 施工概况

厦大明挖区间 3113 根钻孔桩施工历时 5 个月,高峰时期共投入回旋钻机 50 台, 平均每台机 2 天成孔 1 根( 平均桩长 20m), 未入岩桩平均成孔单价为358 元/m3(含泥浆外运)。

钻机成孔过程中, 由于地层软硬不均, 钻杆的垂直度控制一直是一个难题。基坑开挖后桩体垂直度验证结果显示, 在桩位外放 15cm 的情况下, 由于成孔过程中钻杆垂直度控制不良而造成桩体侵限严重, 最大侵限值达 50cm 左右。

回旋钻机成孔进度指标组成统计分析和回旋钻成孔直接成本分析分别见表 3～4。

偏桩侵限的主要原因如下:

① 围护结构设计存在缺陷

厦大明挖区间的围护结构设计为钻孔桩和搅拌桩相互咬合的形式( 如图 5), 这种设计必须是搅拌桩施工后才能开始钻孔桩施工, 且钻孔桩的钻头必须咬住搅拌桩 16cm 往下加压旋转, 由于搅拌桩具有5～10MPa 的强度, 钻头一侧硬一侧软使得钻孔过程中钻杆垂直度难以控制, 钻杆始终偏向基坑内侧, 从而造成严重侵限。

② 由于地层本身存在软硬不均的情况造成钻杆偏斜。

4 三种成孔方法的应用条件及适用范围

通过对以上施工实例进行总结分析, 笔者提出了旋挖钻、冲击钻及回旋钻机成孔三种工法各自的应用条件、适用范围及施工中应注意的问题, 见表 5。

5 结论

钻孔桩作为广泛应用的基坑支护形式, 其成孔方法的合理选择, 可以有效地节约成本, 缩短工期,提高文明施工水平, 保证施工质量。