一种临近地铁高架桥桩基复合式防护快速成孔方法与流程

本发明涉及桥梁工程领域，特别是一种临近地铁高架桥桩基复合式防护快速成孔方法。

背景技术：

桩基是指由桩和连接桩顶的桩承台组成的深基础或由柱与桩基连接的单桩基础。桥梁的桩基施工是每个桥梁施工中最重要的一个环节，施工中包括测量放样护筒埋设钻孔钢筋笼下放灌注桩等工序。

但是，对于一些位置特殊的桩基，其桩基临近地铁和行车道，沿既有地铁桥梁桩基施工，由于主线桥的桩基距地铁隧道较近，理论最小净距仅为2.25m，位于地下工程(车站隧道等)结构外边线3.5m内特别保护区。在施工过程中，其施工过程所造成的振动，容易发生扰动既有地铁隧道结构的情况发生，破坏附近地铁土体，造成地铁隧道结构产生裂缝甚至发生坍塌现象。

技术实现要素：

为了解决上述的技术问题之一，本发明提供了一种临近地铁高架桥桩基复合式防护快速成孔方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种临近地铁高架桥桩基复合式防护快速成孔方法，包括以下步骤：a、测量放样，对地质结构进行勘测并确定桩基位置；b、开孔钻进，桩基位置形成原孔；c、建立泥浆处理中心，在原孔侧面设立泥浆护壁；d、水泥搅拌桩，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，加固覆盖层；e、埋设永久钢护筒；f、终孔及清孔；g、钢筋笼加工及安放；h、灌注水下砼。

由上述方案可见，本发明针对地铁隧道净距小的问题，采用“水泥搅拌桩+永久钢护筒+浓泥浆”三者结合的复合式防护方法，保证临近地铁桩基施工稳定，水泥搅拌桩在开孔阶段和钻机钻孔初期改善施工土质，对桩基周围土体进行加固防护，永久钢护筒则是对后续的桩基成孔清孔灌注以及上部结构施工等过程的加固防护作用，建立泥浆处理中心实现泥浆的循环利用，其设立的泥浆护壁贯穿整个成孔过程，既节约了材料成本，又能较好地保护环境，保证桩基钻进初期其周围土体稳定，大幅减少对地铁结构的扰动，起到很好的防护作用，确保施工质量与安全。

优选的，步骤c中所述泥浆处理中心在安装永久钢护筒安装前设立泥浆浓度为1.1-1.3的泥浆护壁，在安装永久钢护筒后设立泥浆浓度为1.03～1.1的泥浆护壁。

由上可见，由于未安装永久钢护筒前无护筒壁且钻入深度较大，配置高浓度泥浆加强原孔孔壁的强度，快速完成钻孔工序并及时安装永久钢护筒，永久钢护筒安装后由于加强了孔壁防护，减小泥浆浓度和泥浆用量，节省了材料成本。

优选的，步骤c中还包括有泥浆性能参数测试。

由上可见，通过泥浆性能参数测试，实时监控泥浆浓度、粘度、失水量等参数变化，调整泥浆用量，使防护壁处于最佳防护状态。

优选的，步骤d中所述水泥搅拌桩机打穿淤泥层及砂层，所述水泥搅拌桩机的桩端抵达强风化泥岩。

由上可见，搅拌桩的桩端要穿过覆盖层，保证水泥搅拌桩的作用于覆盖层上。

优选的，步骤d中水泥搅拌桩采用二喷四搅工艺。

由上可见，二喷是指两次水泥喷射，四搅是指四次搅动，其中搅拌桩向下转动并抬起为两次搅动，在此搅动过程并喷射水泥，而二喷四搅工艺则使得每次的水泥搅拌桩的效果更好，搅拌更加均匀。

优选的，步骤d中采用单排深层水泥搅拌桩。

由上可见，采用单排深层水泥搅拌桩围住原孔，使得孔壁上的土体防护更加牢固可靠。

优选的，步骤e中利用双向控制定位方法定位后埋设永久钢护筒并固定，永久钢护筒沿着泥浆护壁套入原孔中。

由上可见，校准永久钢护筒的中心是否与桩位中心重合，检测钻机及钻具有物发生位置变化及偏斜，保证空位的准确符合设计要求和保证永久钢护筒的准确安装。

优选的，步骤e中所述永久钢护筒通过自进式或静压式埋入原孔中。

由上可见，由于由地铁运行的振动、车道上大型火车振动或钻机钻孔过程产生的振动，可能会造成土体松散而塌方，永久钢护筒施工过程中不能强力振动，选用传统自进式或静压式能有效减少永久钢护筒施工的振动问题。

优选的，步骤b中开钻前校准钻头中心是否与桩基位置中心重合。

由上可见，避免开钻钻头与桩基位置偏位，严格把控钻孔位置。

优选的，步骤f中还包括孔深及沉渣厚度检测。

由上可见，成孔后对比旋挖钻显示界面的钻孔深度及测绳测量孔深，保证终孔验收合格。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明的一种较优实施例的复合式防护处理大样图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1，为一种较优的实施方式，某桩基位于地铁两线之间，理论最小净距位2.25m，覆盖层呈漏斗状，属于极不稳定状态，其覆盖层由包括砂层、淤泥层、黏土层，覆盖层深度为15～16m。

一种临近地铁高架桥桩基复合式防护快速成孔方法，包括以下步骤：

(1)测量取样。测量人员对桩基附近进行勘测，并绘制外边界图，标注临近桩基地铁外边线坐标，确定桩基位置，同时对临边线上的道路进行放样，确定桩基和地铁外边线平面位置关系，随后复核测量控制点并符合要求后，测放出各桩桩位，桩机就位。

(2)开孔钻进。根据现场施工要求，为尽量减少施工过程对周围土体及地铁结构的扰动，选用旋挖钻施工，对测定的桩基位置进行钻孔，初步形成原孔，原孔即为旋挖钻机初次开孔并钻进后形成的桩基孔，开孔是指对桩基位置进行初步打孔，而钻进则是加深或扩大开孔直径。

(3)建立泥浆处理中心，设立泥浆护壁。工程地质情况穿过砂层、淤泥层，并且砂层和淤泥层的层厚较厚，应特别处理，需要根据现场实际地址情况随时调整泥浆指标，保证泥浆性能，由于砂层和淤泥层的层厚较厚，泥浆需求量大，建立泥浆处理中心，实现泥浆循环利用，引孔施工时由于无永久钢护筒1护壁且钻入深度较大，需要配置高浓度泥浆护壁，快速完成引孔工序并及时安装永久钢护筒1。

(4)水泥搅拌桩。水泥搅拌桩用于开孔阶段和钻机钻进初期对覆盖层进行加固防护，对原孔周围的孔壁进行加固防护，避免后续施工过程中发生塌方或其他问题，水泥搅拌桩是指软基处理的一种有效形式，是一种将水泥作为固化剂的主剂，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高地基强度，水泥搅拌桩按主要使用的施工做法分为单轴、双轴和三轴搅拌桩。

(5)埋设永久钢护筒1。永久钢护筒1用于防止土体松散而塌方，初期钻进时有水泥搅拌桩及浓泥浆防护，但在清孔后钢筋以及桩基混凝土灌注，由于时间较长，且有地铁运行振动或道路车辆振动，设计永久钢护筒1对护壁进行防护。

(6)终孔及清孔。安装永久钢护筒1后成孔，需要对终孔的孔深及沉渣厚度进行测量，由于旋挖钻机显示界面的钻孔深度有可能出现与实际孔深不同的情况，需要进行再次测量，更换清孔钻头进行清孔，并重新测定孔深，直至所测量的终孔验收合格后，进行清孔过程，清孔用于清理终孔内部泥浆等杂质，直至孔底泥浆的各项指标及沉渣厚度符合规范要求，便于安放钢筋笼。

(7)钢筋笼加工及安放。钢筋笼用于作为基本骨架，具备抗拉和抗压能力，对桩身混凝土起到约束的作用，使之能承受一定的水平力，在孔深达到设计要求后，向桩孔下放钢筋笼，再插入导管进行混凝土浇注。

(8)灌注水下砼。钢筋笼安装完成且验收合格后检查孔底沉渣厚度，灌注混凝土，完成最终的成孔过程。

进一步的，根据现场施工要求位尽量减少施工过程对周围土体及地铁结构的扰动，永久钢护筒1吊装施工选用50t汽车吊，钻孔施工选用旋挖钻机。旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械，主要适于砂土、粘性土、粉质土等土层施工，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用，旋挖钻机的额定功率一般为125～450kw，动力输出扭矩为120～400kn·m，最大成孔直径可达1.5～4m，最大成孔深度为60～90m，可以满足各类大型基础施工的要求。该工程所用到的主线桥的桩径最大位2.8m，桩长为40～65m，因此选用300kw、360kw两种型号旋挖钻机施工，以满足该桩基的成孔要求。

进一步的，根据桩基地质勘探资料现场确认以及地质勘查资料显示，水泥搅拌桩需要贯穿砂层并进入强风化岩层2m，暂定18m。采用单排直径50cm的深层水泥搅拌桩2，若搅拌桩作用于稳定土体可不参考相互咬合，也可设计作5～10cm的咬合厚度，由于本实施例中的搅拌桩作用于不稳定土体，本段采用桩间互相咬合10cm，要求搅拌桩施工时桩位偏差不大于30cm，垂直度偏差不大于1/150，使得水泥搅拌桩准确改良孔壁土质。水泥搅拌桩采用二喷四搅工艺施工，桩径500mm，材料采用42.5级普通硅酸盐水泥，每米掺灰量75kg，水灰比0.45～055，高效减水剂0.5％，喷浆压力不小于0.5mpa。水泥搅拌桩龄期不少于28d且确定抗压强度不小于1mpa后方可施工桩基。其中，深层水泥搅拌桩适宜加固各种成因的饱和软黏土，常用于淤泥、淤泥质土、黏土、亚黏土等地质的加固，成桩深度可达30m，采用多头直径桩成墙深度可达18m，该方法加固效果好，施工速度快，造价较低，能够快速实现水泥搅拌桩工艺。二喷四搅工艺即为每一搅拌位置采用两次搅拌工序，每次循环包括一喷和两搅，喷是指喷射水泥，搅是指水泥搅拌桩伸入覆盖层或拔出覆盖层过程中的搅拌操作，每次搅拌桩深入覆盖层并拔出，搅拌桩进行了两次搅拌工作，即为两搅，搅拌桩深入过程中同时喷出水泥并拔出，即为完成一次一喷两搅，在同一位置进行连续两次上述操作，即为二喷四搅工艺。本实施例中，水泥搅拌桩所用的机械为深层搅拌桩机。

进一步的，永久钢护筒1施工过程不能强力振动，选用传统自进式或静压式，自进式是利用吊车通过吊装的方式将永久钢护筒1放入桩基孔中，静压式是指利用动力头正反转搓动和加压油缸加压使永久钢护筒1切入土中。本实施例采用自进式埋设永久钢护筒1，避免产生较大振动，防止原孔坍塌。

进一步的，开孔完成后，钻机调整钻头直径，比永久钢护筒1直径大5cm，在原孔位对中调整竖直后继续钻进，钻进过程中要求匀速缓慢钻进，避免产生过大振动影响地铁结构。现场技术人员实时掌握钻进深度，当孔深达到地铁结构以下5m位置标高时，停止钻进，开始吊装永久钢护筒1，永久钢护筒1采用吊车埋设，吊点设在护筒对称位置，埋设过程中应保持永久钢护筒1中心与引孔孔位中心保持一致，现场技术员实时监测永久钢护筒1的垂直度及平面位置偏差，出现偏差及时修正。当桩基直径不同时，所采用的永久钢护筒1规格也不同，如桩基直径为180cm、220cm、250cm、280cm时，所采用的永久钢护筒1直径分别为200cm、250cm、280cm、310cm，其永久钢护筒1厚度为8mm、10mm、20mm、20mm，以适用于不同的桩基孔。

进一步的，设立水泥护壁后还需要对泥浆性能进行参数测试，在本实施例中，测量护壁泥浆的参数为容量、粘度、失水量、泥皮厚、胶体率、含砂率以及ph值，容量采用1006型泥浆比重称称出，粘度用粘度计，失水量用失水量仪。泥皮率用例尺，胶体率用量筒，含砂率用砂率测定仪，ph值用ph试纸。根据地质情况，泥浆处理中心输出泥浆，将上述参数保持在一个合适的范围为内，本实施例中，新制泥浆和清孔泥浆的泥浆护壁上的参数有所不同，其容量、粘度、失水量、泥皮厚、胶体率、含砂率ph值分别为1.1～1.3和1.03～1.1、16～22和17～20、小于18和小于20、均小于1.5、大于或等于95和大于或等于98、小于4和小于2、均为6.5～10，其中，新制泥浆是指永久钢护筒1安装前的泥浆护壁上的泥浆参数，清孔泥浆是指永久钢护筒1安装后的泥浆护壁的泥浆参数。由上可见，引孔施工时，由于无永久钢护筒1且钻入深度较大，需配置高浓度泥浆护壁，快速完成该工序并及时安装永久钢护筒1，永久钢护筒1安装完成后可考虑适当减小泥浆浓度。

进一步的，为有效发挥水泥搅拌桩的防护作用，其水泥搅拌桩应打穿淤泥层，水泥搅拌桩机的桩端抵达强风化泥层。

进一步的，上述步骤(2)中施工前应根据测量控制网测出各桩位中心点，开钻前校核钻头的中心是否与桩位中心重合，并在整个施工过程中检测钻机及钻具有无发生位置偏差及偏斜，保证空位的准确符合设计要求。

进一步的，孔深及沉渣厚度检测：成孔后，对比旋挖机显示界面的钻孔深l1及测绳测量孔深l2，若l2小于l1，即可更换清底钻头进行清底，并重新测试孔深。待验收合格后，立即进行清孔。本实施例采用反循环方法进行清孔，直至孔底泥浆的各项指标及沉渣厚度符合规范要求。孔底50cm以内泥浆比重控制在1.03～1.1、粘度为17～20s、含砂率小于2％，清孔时保持孔内水位，以保证孔内泥浆压力。清孔应分两次进行，一次清孔在钻孔深度达到设计深度且验孔合格后进行。二次清孔满足设计并下钢筋笼。

进一步的，钢筋笼加工完毕且二次清孔合格后，方可进行钢筋笼的吊装施工。吊装施工时每节钢筋笼宜采用多点起吊，减小因吊装导致的变形。吊装角度应严格控制，吊臂与吊绳夹角应采用小角度，减小水平分离。钢筋笼顶端吊点必须采用专用吊具进行吊装，其根部吊点采用两根吊绳进行吊装。起吊时先起吊顶部吊点，再起吊根部吊点，使钢筋笼平卧变为斜吊，待钢筋笼根部完全离开地面时，顶端吊点迅速起吊至90°后，方可拆除根部吊点，垂直将钢筋笼吊放入孔并安装。

进一步的，参照图1，在水泥搅拌桩过程中，需要安装临时钢护筒3保护孔壁，直至水泥搅拌桩工序完成后，拔出临时钢护筒3并安装永久钢护筒1。需要说明的是，永久钢护筒1是指埋设在桩基孔内而不再拔出的钢护筒，临时钢护筒3是指临时使用保护成孔而在后续步骤中需要拔出的钢护筒。

本实施例采用“泥浆护壁+水泥跳板桩+钢护筒”水泥层防护快速成孔技术，40m长直径2.5m桩基初期钻进及下钢护筒至成孔时间约为7小时，能够起到很好的防护作用，能够确保施工质量与安全。

需要说明的是，本实施例中所用的泥浆处理中心为泥浆处理设备，泥浆处理设备作为现代基础施工中的一款环保型桩基辅机设备，正越来越多的应用在例如采用泥浆护壁工艺的旋挖钻施工，循环钻进工艺的桩基施工、连续墙施工、泥水平衡法盾构施工和泥水顶管施工等非开挖性桩基基础施工中。该设备可以有效的提高造孔质量和造孔工效、缩短清孔时间，降低施工成本、减少卡钻事故。并且从环保施工角度来看，该类设备同时还实现了泥浆的循环再利用，使以往的废浆运输倾倒处理转变为对废浆实行固液分离，进而实现渣土运输处理。可大量的节约施工过程中的泥浆处理费用，大大减少施工中的泥浆对环境的污染，提高文明施工，环保施工的现代化水平。

以上所述，只是本发明的较佳实施方式而已，但本发明并不限于上述实施例，只要其以任何相同或相似手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。