王 勇

（中鐵四局集團有限公司南京分公司，江蘇 南京 210000）

1 工程概況

位于南京市江北新區(qū)的江北新區(qū)緯七路快速化改造一期工程，左右分幅主線高架橋和七座互通匝道A、B、C、D、E、LU、RD。其中，兩座主線高架橋和上下匝道LU和RD位于已運營南京地鐵10號線兩側，A、C匝道上跨地鐵10號線。橋梁樁基采用Φ1.5 m、Φ1.2 m的鉆孔樁灌注樁。通過設計圖紙可知，主線高架橋左右幅MZ04#～MZ14#、MY00#～MY13#樁 基、 上 下 匝 道LU0#、LU4#、RD0#、RD4#樁基靠近地鐵10號線，鉆孔樁距車站主體結構最近僅5.05 m；A匝道A10#～A11#墩、C匝道C9#～C10#墩靠近地鐵區(qū)間，鉆孔樁距地鐵最小距離5.15 m。樁基微擾動施工工法，即全套管跟進成孔工藝可有效減少橋梁樁基施工對地鐵盾構區(qū)間所屬淤泥層的擾動，切實保障地鐵結構安全。

2 施工工藝流程及操作要點

2.1 工藝流程

主要工藝流程為：場地平整→測定樁中心、臨時護筒埋設→全回轉鉆機定位→全回轉鉆機定位→全回轉鉆機驅動鋼套管切割切削鉆進→垂直度監(jiān)控→鋼套管鉆進至設計深度后移開全套管鉆機→旋挖鉆機進行鉆孔施工→鋼筋籠吊裝→拆除設備→退場。全套管鉆機施工示意圖如圖1所示。

圖1 全套管鉆機施工示意圖

2.2 操作要點

2.2.1 設計套管

（1） 確定套管的壁厚。由地形勘探圖紙可知，淤泥質粉質的黏土的標準摩擦力值是18 kPa，淤泥質黏土的摩擦力標準值為30 kPa，淤泥質粉質黏土夾粉土的標準摩擦力是25 kPa，由于淤泥質粉質黏土的占比較大，即在此次計算過程中摩擦力標準值取20 kPa。

對于直徑為1.5 m的鋼套管，由計算知單位面積承受的摩擦力為2 t （1×1×20=20 kN）。

鋼管所承受的壓力為： （鋼管材質抗拉強度×壁厚×2） /（系數(shù)×外徑）

在鋼管所承受壓力和外徑已知的情況下求壁厚方法如下：

壁厚T= （外徑×系數(shù)×壓力） / （鋼管材質抗拉強度×2）

注：鋼管壓力系數(shù)的表示方式：

當壓力P＞17.5 MPa時，系數(shù)S=4；

當7 MPa＜壓力P＜17.5 MPa時，系數(shù)S=6；

當壓力P7 MPa時，系數(shù)S=8。

鋼板使用Q345B制成，其抗拉強度為450～600 MPa，此次計算取450 MPa，g取10；

由以上公式可知：

T= （1.5×8×2） / （450×2） =26.7 mm；

套管在轉動時的扭矩為：

M=F×R=3.14×46×20×1.5×0.75=3 249 kN·m

由全回轉鉆機的性能表可知，DTR2005H型鉆機的瞬時扭矩為3 391 kN·m，扭矩為2 965 kN·m，可滿足使用要求。

根據(jù)以上計算可知1.5 m管徑的鋼管壁厚為26.7 mm，取安全系數(shù)為1.2，則壁厚T=32.04 mm，查表初選壁厚為32 mm的鋼板制作全套管。

T= （1.2×8×2） / （450×2） =21.3 mm；

套管轉動時的扭矩為：

M=F×R=3.14×48×20×1.2×0.6=2170 kN·m

由計算知1.2 m管徑的鋼管需壁厚為21.3 mm，取安全系數(shù)為1.2，則T=25.56 mm，查表初選壁厚為28 mm的鋼板制作全套管。

（2） 制作套管與連接孔口。鋼套管制作由鋼結構廠完成，由于其為直縫焊管，焊縫在廠內進行。

①鋼套管材質。使用Q345b鋼板制作鋼套管，且鋼材Q345b的技術要求需滿足《低合金高強度結構鋼》 （GB/T 1591—2008）。根據(jù)《熱軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量與允許偏差》 （GB 709） 的B類偏差標準選用鋼板厚度，厚度的下偏差是-0.30 mm；根據(jù)《厚度方向性能鋼板》 （GB/T 5313—2010） 的相關標準確定鋼板是否滿足條件。

②制作鋼套管的要求。a.需選用的鋼板具有出廠合格證，且滿足鋼套管的設計要求，鋼板表面狀態(tài)良好，無氣泡、裂縫等缺陷。b.采用卷制直焊縫形式制作鋼套管時應當采用較大的管節(jié)長度，可有效減少管節(jié)拼接的次數(shù)，縱向的管節(jié)焊縫應錯開90°，縱縫的距離＞1 m。根據(jù)《工程樁基規(guī)范》（JTS 167-4-2012） 的相關規(guī)定確定成品鋼套管的外尺寸偏差、管節(jié)外形尺寸偏差與相鄰管徑偏差。

③焊接鋼套管的要求。a.使用自動埋弧焊焊接鋼套管，采用H10MnSi和H08MnA等焊絲并配合對應的焊劑。b.鋼套管的所有焊縫均為連續(xù)滿焊，對接焊縫均要求焊透，鋼板樁的縱縫為一級焊縫，環(huán)縫也為一級焊縫，其他對接焊縫均為二級焊縫，角焊縫是為三級焊縫。

④檢測鋼套管焊縫的要求。a.進行焊接接頭機械性能試驗，測試鋼套管的焊縫試驗要求應符合《工程樁基規(guī)范》JTS 167-4-2012第9.9.5款的規(guī)定；b.所有對接焊縫應按相應等級要求進行無損探傷檢測，焊縫進行100%超聲波檢測，套管進場時需附相應焊縫的檢測報告。

⑤鋼套管孔口的連接。兩節(jié)鋼套管之間采用CO2氣體保護焊連接，上下套管各打30°剖口，采用兩臺焊機對稱施焊；將套管對接準確后，先在四周點焊固定，然后兩名電焊工對稱進行焊接；焊接完成后自然冷卻2 h。

（3） 套管底部處理。為保證鋼套管能順利進入巖層，需在套管底部設置合金刀頭；刀頭分為刀片和刀座兩部分，刀片與刀座采用鑲嵌連接并焊接牢固；刀座焊接在刀筒上，刀筒壁厚40 mm，長50 cm；刀筒設置在鋼套管底部與鋼套管焊接。

2.2.2 全套管鉆機的施工

具體施工如下：

（1） 施工準備和場地布置。包括組織、安排施工人員，物資、材料、機具準備，施工現(xiàn)場布置，機械設備拼裝，安全、技術交底等施工前的所有準備工作。

（2） 測定樁位中心。采用測量儀器定位鉆孔樁中心，并向監(jiān)理單位報驗。

（3） 全回轉鉆機定位。全回轉鉆機移機定位，調整鉆機的水平和垂直度，使鉆機配置的鋼套管中心與鉆孔樁中心保持一致，再次復核即可進行套管鉆進。

（4） 鋼套管旋轉切割切削鉆進。采用DTR2005H型全回轉鉆機配備內徑Φ1 540 mm鋼套管，由全回轉鉆機驅動鋼套管旋轉切割切削鉆進沉入。由于鋼套管底端鑲嵌鋸齒狀的鈦合金刀頭，在旋轉驅動裝置的驅動下，360°旋轉壓入套管。旋轉壓入前需調整套管垂直度，采用兩臺經(jīng)緯儀從兩個相互垂直方向進行觀測，通過鉆機四個液壓油缸進行糾偏，確保垂直度偏差不大于1%。

①先壓入首節(jié)套管至10 m深，取土5 m，保留底部5 m土體。并檢查監(jiān)測數(shù)據(jù)、觀察是否涌土。因全套管護壁，不會產(chǎn)生塌孔，通過測量套管內孔深變化可知套管底部是否涌土。兩次測量的套管內孔深之差即為涌土高度?？偨Y套管超前的長度，確定需保留的最小土體厚度；如發(fā)現(xiàn)套管底部涌土，可在套管內灌注泥漿至地面，通過泥漿反壓，平衡套管底部內外土壓力。

②接長第二節(jié)套管10 m長，采用兩臺CO2氣體保護焊機對稱施焊，焊接完成后冷卻1 h，并進行焊縫檢測。

③根據(jù)觀察和監(jiān)測結果，確定底部涌土情況；總結套管超前的長度，確定需保留的最小土體厚度；根據(jù)情況判定是否需要向孔內灌注泥漿，通過泥漿反壓保證套管底部土體平衡。

④重復接管、旋轉壓入、取土，將套管壓入設計深度。

（5） 鋼套管沉入設計深度后灌注樁施工。鋼套管旋轉沉入設計深度后，割除高出地面的套管移開全回轉鉆機，采用旋挖鉆機進行套管內剩余樁長以及套管深度以下樁體的成孔；并按正常鉆孔樁工藝安裝鋼筋籠、灌注水下混凝土。

3 質量控制

3.1 全套管施工過程質量控制

（1） 加強套管垂直度檢查，采用兩個相互垂直方向進行觀測，要求垂直度偏差不大于1%。

（2） 對套管接頭焊接質量加強檢查，嚴格按照平面對稱、豎向分層的要求進行；每個班組的第一個焊縫應進行探傷檢測，以檢驗焊工技能水平；焊縫需自然冷卻2 h，冷卻至常溫，嚴禁澆水加快冷卻；

（3） 總結套管超前的合理參數(shù)，保留套管底部土體不少于5 m，避免造成套管底部涌土。如遇流沙層或淤泥層較厚產(chǎn)生涌土，應立即采用泥漿灌滿套管，以保證底部土壓力平衡。

3.2 控制旋挖鉆施工質量的措施

（1） 由于此次施工條件較差，施工地下具有較厚的淤泥層和卵石層等，在外界擾動下容易失去穩(wěn)定；在完成設計標高后需快速安排旋挖鉆進行工作，并灌注混凝土；套管在土壓力下的暴露時間要盡量限制，以避免不必要的土體變形。

（2） 使用泥漿法進行旋挖鉆施工，確保能夠滿足泥漿的含沙量、黏度和比重要求；套管內壁最好不要掛有沙土；底孔處沉渣＜5 cm。

（3） 應當連續(xù)灌注水下鉆孔樁，當快到達樁頂設計標高處時，由于混凝土灌注的水壓差變小，為加大壓力差提升灌注面的高度使用大料斗，確保能夠順利完成樁頂?shù)墓嘧ⅰ?/p>

4 結語

綜上所述，通過本工法應用，加快了南京江北新區(qū)緯七路臨近地鐵橋梁樁基施工，同時，保證了地鐵結構安全，避免了因橋梁樁基施工造成的地鐵結構變形、停運等不良影響。相比以往因施工造成地鐵結構受損進行維修、補強施工，既帶來了嚴重的社會影響，又浪費大量費用；通過本工法的應用獲得了良好的社會效益，同時，避免了因地鐵結構變形帶來的巨額維修、配合費用；節(jié)省投資約五千萬元。