浅谈盾构隧道穿越桥梁群桩基础冲桩破除施工工艺

浅谈盾构隧道穿越桥梁群桩基础冲桩破除施工工艺

郭兵

（中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司，北京，100018）

【摘要】本文围绕着苏州轨道交通3号线7标盾构隧道穿越庆砖河桥钻孔灌注桩群桩基础的施工工艺，对几种常用的群桩基础处理的施工工艺进行比选，确定采用冲桩的方法，并重点介绍冲桩法处理桥梁群桩基础的施工注意事项和关键工序的技术控制，所得经验可为类似工程的应用提供借鉴及参考。

【关键词】盾构隧道；钻孔灌注桩群基础；冲桩破除；施工注意事项

引言

在城市轨道交通施工中，经常会遇到侵入盾构隧道净空的群桩，不及时破除，盾构将无法顺利通过，若影响建（构）物的结构承载力，一般采用桩基托换的方法，若不影响建（构）物的承载力，一般采用拔桩、冲桩、爆破等方法。由于苏州地铁3号线7标横山路站-横塘镇站盾构区间（简称横横盾构区间）隧道受桥梁钻孔灌注桩群基础侵入净空的影响，必须采取措施处理桥群桩基础后，横横盾构区间方可顺利施工。

1．工程概况

庆砖河桥位于苏州轨道交通3号线7标横横盾构区间段，紧靠横山路站点。桥梁跨越现状河道，河道宽度为28m，桥墩采用桩柱式，直径1000mm钻孔灌注桩基础。

由于横横盾构区间段从本桥穿过，老桥钻孔灌注桩影响盾构掘进，故需拆除老桥及钻孔灌注桩，新建箱涵。侵入盾构隧道净空的钻孔灌注桩共计16根，桩长约30m，主筋为24Ф25螺纹钢，螺旋筋为Ф16的圆钢，混凝土强度等级为水下C30。

此区间主要地层为：杂填土-黏土-粉质黏土-粉土，区间大部分位于粉土地层，盾构机类型采用土压平衡盾构，一般配置适用软土掘进的刀盘和刀具，若直接破除会导致刀具的损坏或螺旋输送机卡死，甚至盾构机无法掘进，影响盾构机的安全，为保证盾构机正常掘进，必须对侵入盾构隧道净空的障碍群桩进行处理。

2．常用处理钻孔灌注桩群方案比选

2.1拔桩

全回转钻机拔桩方法：利用RT-260H全回转设备，该设备是能够驱动钢套管做周回转以将钢套管压入和拔除的施工机械，作业时产生的下压力和扭矩，驱动钢套管转动，利用管口的高强刀头对土体、岩层及钢筋混凝土等障碍物的切削作用，将套管钻入地下至桩底，然后利用液压起拔设备将桩拔除，最后向套管内回灌砂浆，并在回填的同时逐节拔除钢套管。

该工艺优点是施工完成后区间隧道内无任何残留物，对周围环境影响极少；缺点是工序复杂，工期长，所需的场地的面积较大，对路面的承载力要求高，同时需要大吨位吊车配合，整体费用高。

2.2冲桩

首先桥梁上部结构拆除，开挖清理使桩顶完全暴露，桩四周具备冲桩机就位条件，然后冲桩机就位冲挤，其原理是利用卷扬机悬吊冲击锤头反复冲击，将桩身混凝土及钢筋破碎成碎渣，用反循环泥浆泵将碎混凝土渣抽到地面上，用吸铁石吸钢筋断头吸到地面，如此反复至盾构区间底标高下1m，施工过程中为防止塌孔需膨润土制备泥浆进行护壁，同时挖掘机配合冲桩机移位。

该工艺优点是施工工序简单，工艺成熟，费用低；缺点是区间隧道内会留有被砸断的钢筋头，噪音大，震动大。

2.3爆破

施工方法较为简单，不再赘述，具体施工流程为：钻孔-装药-爆破-冲抓。

该工艺优点是施工工序简单，费用低；缺点是爆破方案审批流程复杂、专业施工队伍较少，施工组织较为繁琐，同时对周围环境有一定的影响，效果也不是很理想。

2.4比选

结合庆砖河桥实际施工情况：施工工期较为宽松，枯水期施工完成即可（2014年9月底～2015年4月末完成东半幅，2015年9月底～2016年4月末完成西半幅），施工场地较为狭小，尺寸为28m*30m，需分2次施工，半幅+半幅施工；周围施工环境较为简单，临近小区相对较远。

鉴于上述方案的优缺点分析及现场实际情况，在对工期、质量、安全、周边环境及成本考虑基础上，在此区间施工时，我们确定选用了冲桩法进行施工。

3．施工工艺

3.1围堰施工

根据桥梁宽度分布，在桥梁上、下游分别填筑草土围堰，围堰填筑土质用优质黏土，采用草土袋堆码、中间填粘土的形式施工围堰，抽水、清淤后实施桥梁拆除，从上游开始用挖土机从两岸向河中心填土推进。围堰填筑高度原则上比最高潮位高1m。

3.2桥面及盖梁拆除

先拆除人行道板人工用铁锨逐块拆除和装车外运出场。道板下的干拌砂浆用小挖机刨除后揭开管廊的混凝土盖板。按桥梁栏杆每两个立柱长度先用吊车栓紧吊住，用气动风镐分别凿除栏杆立柱和边梁压顶钢筋混凝土梁，汽车吊将栏杆吊走。用风镐凿除沥青桥面和铺装层混凝土，将垃圾清理出场。

3.3立柱及下部盖梁拆除

在围堰填筑完成后，抽除围堰内河水和清除河底淤泥回填少量土至承台下口（钻孔灌注桩桩位需外露），铺设走路钢板用破碎锤凿除侵入箱涵结构边线的承台混凝土。所有建筑垃圾均外运以免造成后续围护施工困难。

3.4钻机就位

按照现场回填预留的桩位孔，埋设护筒。

3.5埋置钢护筒、冲击

因河床覆盖层为2.0m素填土，为防塌孔，护筒顶端标高高出原地面50cm，并在顶部焊接加强筋和吊耳，开出水口，护筒底部埋入原地面以下不小于2m，护筒四周1m范围内必须保证为粘性土并至护筒底0.5m以下；钢护筒直径应比桩径大50～80cm；钻进过程中要经常检查护筒是否发生偏移和下沉，并及时修正护筒位置。

冲桩机就位前，应对钻孔前的各项准备工作进行检查，包括主要设备的检查、维修、保养。冲桩机安装就位后，底座和顶端应平稳，不得产生位移或沉陷。开始冲桩时，应稍提钻头，在护筒内打浆，并开动泥浆泵进行循环，待泥浆均匀后方可开始钻进。进尺要适当控制，对护筒底部，应慢速钻进，使底脚处有较坚固的泥皮护壁。冲桩至护筒底部以下1m后，则可以按实际情况以正常速度钻进。

冲锤不应小于桩体直径，冲锤直径采用φ1500mm。冲桩过程中应经常注意检查冲锤的磨损，每进尺1m后应提取钻头，用尺量钻头大小并做好详细记录，若小于桩体直径，应尽快补焊耐磨条以达到要求。

冲桩泥浆采用优质膨润土+粘土在泥浆池内制备，粘土以及泥浆应符合以下技术要求：

在冲桩结束后，经复核达到设计底标高后，将大磁石放至桩孔底部将桩孔内碎钢筋全部吸附上来。在冲桩过程中障碍桩的钢筋是从砸弯到砸断再到变短最后到铁屑，实际冲桩过程中每3m才能用磁铁吸收到钢筋。冲桩过程中磁铁吸出的钢筋长度为10～20cm左后，根据统计一般吸出的钢筋占该障碍桩钢筋总量的60～70%。剩余钢筋一部分被重锤砸程铁屑随泥浆被处理了，另外一部分可能在冲桩过程中被桩锤挤入孔壁。

3.6清孔

终孔检验合格后，立即进行清孔工作，采用换浆法清孔，清孔过程中必须始终保持孔内原有水头高度，以防塌孔。

3.7回填M2.5砂浆

回填M2.5砂浆采用导管法。导管接头为卡口式，直径300mm，壁厚10mm，分节长度2.5m。导管在使用前须进行水密、承压和接头抗拉试验。灌注前应将灌注机具准备好。导管在吊入孔内时，其位置应居中、轴线顺直，稳步沉放，防止碰撞孔壁。回填M2.5砂浆之前，使孔底沉淀厚度符合规定。

灌注砂浆过程中注意导管口与孔底的距离，不得超过50cm，导管埋入回填砂浆的高度一般为2～4m，充盈系数一般为1.5～1.8，具体根据地质情况不同，会有所差别。

3.8压密注浆

为了确保回填砂浆与周边土层之间无空隙，更好地密实，避免回填体与原状土之间形成渗透通道，增加盾构掘进的安全风险，对桩位孔四周进行压密注浆。注浆深度为盾构基底3m，注浆浆液的基准配比：A液：水/水泥=0.5～1.2：1，外加剂：缓凝剂/水泥：2%～3%；B液：水玻璃：35～40Be/。双液浆为A液和B液的混合液，双液浆的配合比为A液：B液=1：0.1，注浆压力为0.2～0.5MPa，扩散半径为0.8m，浆液注入率20%。

4．施工注意事项

4.1施工准备期

施工准备前期做好测量放线、机械设备的进场报验工作以及进场人员的三级安全教育、施工技术交底、安全施工交底、场地布置等工作。

4.2施工中常见问题

4.2.1塌孔

导致此类问题的原因：⑴提升、下落冲锤时碰撞桩孔；⑵护筒周围未用粘土填封紧密而漏水或护筒埋置太浅；⑶未及时向孔内加泥浆，孔内泥浆面低于孔外水位，或泥浆密度不够；⑷在流砂中冲进，进尺太快或停在某处时间太长。

预防措施与处理方法：提升、下落冲锤过程中应保持垂直上、下；护筒周围用粘土填封紧密；冲进中及时添加新鲜泥浆，使其高于孔外水位；流砂层等一些地质情况较差的地层应适当加大泥浆密度，同时不要使进尺过快应根据试成孔的参数均匀冲击成孔。轻度坍孔，加大泥浆密度或者在原土造浆中适当添加优质膨润土，一般浆液粘度保证在19～22s，液面高应控制在护筒顶一下50cm，；严重坍孔，用粘土泥膏回填，待孔壁稳定后重新采用低速冲击。

4.2.2钻孔偏移

导致此类问题的原因：⑴桩架不稳，冲杆导架不垂直，冲机磨损，部件松动，或冲杆弯曲，接头不直；⑵土层软硬不匀；

预防措施与处理方法：安装冲桩机时，要对导架进行水平和垂直校正，检修冲孔设备，如冲杆弯曲，及时调换或更换，遇软硬土层应控制进尺，低速冲进。偏斜过大时，填入石子粘土重新冲进，控制冲速，慢速上下提升、下降，往复扫孔纠正。

4.2.3流砂

导致此类问题的原因：⑴孔外水压力比孔内大，孔壁松散，使大量流砂涌塞孔底；⑵遇粉砂层，泥浆密度不够，孔壁未形成泥皮。

预防措施与处理方法：使孔内水压高于孔外水位0.5m以上，适当加大泥浆密度；流砂严重时，或抛入碎砖，石、粘土，用锤冲入流砂层，做成泥浆结块，使其成竖厚孔壁，阻止流砂涌入。

4.2.4冲孔漏浆

产生原因：⑴遇到透水性强或有地下水流动的土层；⑵护筒埋设过浅；回填土不密实，或护筒接缝不严密，在护筒刃脚或接缝处漏浆；⑶水头过高使孔壁渗漏。

预防措施与处理方法：适当加稠泥浆或倒入粘土，慢速转动，或在回填土内掺片石、卵石，反复冲击增强护壁；护筒周围及底部接缝用土回填密实；适当控制孔内水头高度，不要使压力过大。

5．结论

通过冲桩和拔桩的方案比选，综合工期、质量、安全、周边环境及成本考虑冲桩施工工法较为合适，同时采用冲桩施工工法施工，工艺相对简单、可靠性高、施工过程安全可控，后期通过盾构穿越该区域时参数分析，掘进参数一切正常，此工法在本工程的顺利实施，所得经验及参数可为类似工程的应用提供借鉴及参考。

参考文献：

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