CN108797620A - 一种opt咬合桩施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种OPT咬合桩施工方法。其技术方案要点是包括以下施工步骤：竖井开挖施工；PBA导洞和横通道开挖；在导洞和横通道内边桩的设计位置，两根边桩之间施工塑性混凝土桩；塑性混凝土桩的直径大于两根边桩的净间距；塑性混凝土桩的桩底伸入竖井底部以下地层；在相邻两根塑性混凝土桩之间施工钢筋混凝土边桩，使边桩与塑性混凝土柱相互咬合，且所有边桩和塑性混凝土桩组成一圈闭合结构，形成洞内止水帷幕。该发明可以减少地下水资源的浪费，节省了降水产生的费用，节约成本；减少了地面管井施工引起的环境、交通、路政等问题。

Description

一种OPT咬合桩施工方法

技术领域

本发明涉及地铁车站施工土方开挖的止水施工，特别涉及一种OPT咬合桩施工方法。

背景技术

目前，地铁车站的施工中地下土方的开挖采用就地明挖基坑和PBA暗挖两种主要方式。由于随着城市的发展，地铁车站周围的既有建筑比较集中，地面交通流量大，地下管线复杂，协调改移难度大，工期长等原因，暗挖的PBA工法越来越多地被应用。

如图2所示，“PBA”工法的物理意义是：P-桩、B-梁、A-拱，即由边桩11、中桩12、顶梁14、顶拱15共同构成初期受力体系，承受施工过程的荷载；其主要思想是将盖挖及分步暗挖法有机结合起来，发挥各自的优势，在顶拱15的保护下可以逐层向下开挖土体，施作二次衬砌，最终形成由初期支护+二次衬砌组合而成的永久承载体系。

PBA工法的施工步骤为：（图1）竖井21施工——横通道22施工——导洞23施工——（图2）在导洞23内施工边桩11、中桩12、和顶梁14——顶拱15施工——（图3）从顶拱15处逐层向下开挖土体施作二次衬砌——车站楼板16、站台13等结构施工。

由于地铁车站位于地面25以下较深位置，所以施工过程中需要采取临时降水措施，将地下水降至施工作业面以下。如图4所示，PBA工法施工地铁车站时，主要采用在车站周围布设一圈地面降水管井24的降水方式，但是降水管井方案会抽走大量的地下水，造成地下水资源浪费。

为加强北京市地下水资源的管理和保护，减少水资源的浪费，防止相关地质灾害，北京市建设委员会、北京市水务局于2007年印发《北京市建设工程施工降水管理办法》，遵循保护优先、合理抽取、抽水有偿、综合利用的原则，对建设工程施工降水的监督管理。

为进一步推进资源全面节约和循环利用，推动形成绿色发展方式和生活方式，财政部、国家税务总局、水利部于2017年联合发布的《扩大水资源税改革试点实施办法》，严格控制地下水过量开采，随后北京市也相应发布了实施办法，明确了北京市疏干降排地下水税额为4.3元/方。

因此，地铁建设如仍采用降水施工不仅造成水资源浪费，而且会产生高额的费用。

发明内容

本发明的目的是提供一种OPT咬合桩施工方法，该方法能够减少地下水资源的浪费，而且节约成本。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种OPT咬合桩施工方法包括以下施工步骤：

S1、竖井开挖施工；

S2、PBA导洞和横通道开挖；

S3、在导洞和横通道内边桩的设计位置，两根边桩之间施工塑性混凝土桩；塑性混凝土桩的直径大于两根边桩的净间距；塑性混凝土桩的桩底伸入竖井底部以下地层；

S4、在相邻两根塑性混凝土桩之间施工钢筋混凝土边桩，使边桩与塑性混凝土柱相互咬合，且所有边桩和塑性混凝土桩组成一圈闭合结构，形成洞内止水帷幕。

通过采用上述技术方案，能够减少地下水资源的浪费，节省了降水产生的费用，节约成本；地下水控制措施由地面管井施工变更为地下导洞内施工，减少了地面施工引起的环境、交通、路政等问题。

作为优选地，步骤S4中边桩混凝土浇筑前，在边桩钻孔内、边桩与塑性混凝土桩咬合部位安装后注浆管。

通过采用上述技术方案，可以弥补两桩在搭接部位较薄、垂直度偏差、以及后续桩施工对前序桩可能造成的损伤的缺陷。

作为优选地，后注浆管安装在帷幕外侧、相邻桩交点处。

通过采用上述技术方案，注浆时，注浆液能够直接到达漏水位置，更加有效进行止水，节约材料。

作为优选地，利用设置在边桩内的后注浆管对止水帷幕进行注浆加固。

通过采用上述技术方案，后注浆作为咬合部的加强方案，能够保证止水帷幕的有效性。

作为优选地，步骤S3中塑性混凝土桩开挖之前，对孔口进行注浆加固，以防止塑性混凝土桩和边桩施工过程中，出现塌孔或跑浆现象。

通过采用上述技术方案，不仅能够防止反循环钻进在杂填土地层钻进时出现跑浆；而且能够防止小导洞底板位于粉细砂层时出现塌孔现象；进一步增加本发明的适用性。

作为优选地，咬合桩底部伸入隔水层内部。

通过采用上述技术方案，咬合桩的桩底伸入下卧隔水层后，构成落底式帷幕，下部承压水水头没有突涌风险。

作为优选地，咬合桩底部未伸入隔水层内部，土体开挖前，在设计坑底部位进行封底，封底采用注浆或冷冻的施工措施，防止基坑底部突涌。

通过采用上述技术方案，通过有效的封底措施，防止基坑底部突涌。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、能够减少地下水资源的浪费，节省了降水产生的费用，节约成本；

2、地下水控制措施由地面管井施工变更为地下导洞内施工，减少了地面施工引起的环境、交通、路政等问题；

3、利用边桩作为咬合桩的一部分，边桩得到更充分的利用，同时省去了暗挖过程中，对边桩之间进行的喷锚支护，大大节约了施工成本，缩短了总工期。

4、通过在边桩内设置后注浆管，使得咬合部位有了加强措施，止水效果更加可靠。

附图说明

图1是背景技术中PBA工法前阶段施工步骤示意示意图；

图2是背景技术中PBA工法结构示意图；

图3是背景技术中PBA工法车站土体开挖、楼板和站台施工状态示意图；

图4是背景技术中PBA工法降水井布置示意图；

图5是竖井、导洞和横通道施工平面示意图；

图6是竖井、导洞和横通道施工侧视图；

图7是导洞和横通道内施工塑性混凝土桩示意图；

图8是导洞内咬合桩止水帷幕布置图；

图9是设置有后注浆管的咬合桩布置示意图；

图10是咬合桩施工次序图；

图11是咬合桩伸入隔水层情况下止水帷幕示意图；

图12是咬合桩未伸入隔水层情况下设置封底的止水帷幕示意图；

图13是竖井周围设置咬合桩止水帷幕抽水试验平面示意图。

图中，11、边桩；12、中桩；13、站台； 14、顶梁；15、顶拱；16、车站楼板； 21、竖井；22、横通道；23、导洞； 24、降水管井；25、地面；31、塑性混凝土桩；32、后注浆管；41、疏干井；42、观测井；51、含水层；52、隔水层；6、封底。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“底面”和“顶面”指的是附图中的方向，词语 “内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

OPT咬合桩施工方法是指基于PBA工法的洞内咬合桩止水帷幕的施工方法。 “OP”是指Occlusion Pile的简写，代表咬合桩；“T”是Tunnel的简写，代表隧道。

实施例一：

一种OPT咬合桩施工方法，包括以下施工步骤：

S1、结合图5与图6，竖井21开挖施工；

S2、PBA横通道22和导洞23开挖；

S3、对孔口进行注浆加固，以防止塑性混凝土桩31和边桩11施工过程中，出现塌孔或跑浆现象；

S4、施工导墙或导坑；

S5、如图6和图7所示，根据设计放样出边桩11位置，在导洞23和横通道22内两根边桩11之间施工塑性混凝土桩31；塑性混凝土桩31的直径大于两根边桩11的净间距；塑性混凝土桩31的桩底伸入竖井21底部以下地层；

S6、如图8所示，在相邻两根塑性混凝土桩31之间施工钢筋混凝土边桩11，使边桩11与塑性混凝土柱相互咬合，且所有边桩11和塑性混凝土桩31组成一圈闭合结构，形成洞内止水帷幕；

S7、如图9所示，在边桩11钻孔内、边桩11与塑性混凝土桩31咬合部位安装后注浆管32，优选地，后注浆管32安装在帷幕外侧、相邻桩交点处；

S8、利用设置在边桩11内的后注浆管32对止水帷幕进行注浆加固；

上述施工步骤中，塑性混凝土桩31和边桩11的钻孔、灌注混凝土均采用洞内专用全液压履带自行式反循环成孔设备（8JH-150型反循环钻机）。

塑性混凝土桩31的钻孔中灌注塑性混凝土，塑性混凝土具有抗渗能力强，止水效果好的优点。而且由于塑性混凝土桩31强度低（28d抗压强度小于3MPa），所以便于边桩11施工时钻机切削，从而更好地保证边桩11施工的垂直度。

现有技术中，用于基坑防护的止水帷幕咬合桩是由钢筋混凝土桩与素混凝土桩间隔设置而成，由于素混凝土桩的最终强度一般能达到15～25Mpa，所以钢筋混凝土桩的施工需要在素混凝土桩初凝后终凝前进行，以方便实现切削。因此现有咬合桩的施工次序受到限制。而该洞内咬合桩止水帷幕采用塑性混凝土，边桩11的施工可以不受其凝固时间影响，所以边桩11与塑性混凝土桩31的施工次序可以进行优化，从而节约钻机移动时间，提高施工效率。如图10所示，A桩代表塑性混凝土桩31，B桩代表边桩11。施工时，先进行A1和A2塑性混凝土桩31的施工，然后对边桩B1进行钻孔，切削已经完成的A1、A2桩，最终形成咬合；待B1边桩施工完成后，钻机移至A3桩位置进行施工；然后进行B2边桩的施工，如此循环进行。

现有的边桩11一般为800~1400cm的桩径，间距为1400cm左右。在顶拱15施工完成，形成整体支护骨架后，从顶拱15处逐层向下开挖土体，同时在边桩11之间进行挂网喷锚支护，确保开挖出的基坑四周墙体稳定；开挖至基坑底部后，施作车站主体结构。

现有的咬合桩止水帷幕都在地面进行，机械施工所需要的作业空间较大，常用于明挖基坑。结构形式是在钢筋混凝土支护桩中间施工素混凝土桩或旋喷桩。而该发明最大的特点在于，将咬合桩改至洞内施工，减小了对地面交通的干扰，而且，利用边桩11作为支护桩，只要在其中间增加塑性混凝土桩31即可。边桩11得到更充分的利用，同时省去了暗挖过程中，对边桩11之间进行的喷锚支护，大大节约了施工成本，缩短了总工期。

此外，参考图2，在边桩11顶部的顶梁14施工完成后，顶梁14充当了现有基坑止水帷幕中冠梁的作用，可以将所有边桩11连接成整体，从而提高了洞内止水帷幕的整体性和安全性。

而且通过在边桩11内设置后注浆管32，使得咬合部位有了加强措施，止水效果更加可靠。通过优化施工次序，提高了钻机在洞内的施工效率。

如图11所示，当设计的边桩11底部伸入至隔水层52时，咬合桩构成落底式帷幕，下部承压水水头没有突涌风险。该施工方法能够适用于各种含水层，特别适用于如北京地区的第四纪松散沉积地层中含水层51是透水性强的砂层、卵砾石层等。

如图12所示，如果含水层51较厚，综合考虑经济性，咬合桩的长度不足以达到隔水层52，无法构成落底式帷幕时，则考虑采用可靠封底措施。例如，在地铁设计坑底部位，实施注浆或冷冻等措施，形成可靠封底6，防止突涌现象。

实施例二：

如图13所示，与实施例一不同之处在于：

在竖井21周边施工咬合桩止水帷幕，并进行抽水试验，检查止水效果。具体实施步骤为：

Q1、采用洞内反循环钻机，在竖井21周围地面上采用无套管、泥浆护壁、反循环钻进来施工咬合桩；咬合桩的桩径、桩底标高和咬合厚度，以及混凝土配合比与导洞23内咬合桩的参数相同。

Q2、竖井21施工完成后，在竖井21底部施工疏干井41，在竖井21外施工观测井42，观测井42中至少包括1个承压水观测井42和1个潜水观测井42；

Q3、待咬合桩帷幕全部施工完成7d后，量测疏干井41和观测井42初始水位；在坑内疏干井41中下入潜水泵，开启后同时观测疏干井41动水位、潜水及承压水观测井42。

理论上，咬合桩帷幕施工后，竖井21内、竖井21外含水层已完全隔断，竖井21内抽水不会对竖井21外水位产生影响，抽水一段时间后，竖井21内含水层即可疏干。因此，竖井21内疏干井41抽水并观测竖井21外观测井42的水位情况，可以作为止水帷幕止水效果评价的标准。

当试验合格后，如果试验过程中，竖井21内水层无法抽干，则采用后注浆管32进行补注浆后，再行试验。

如果观测井42的水位没有变化，则止水帷幕止水效果较好，可以进行实施例一中的步骤，对整个车站进行止水帷幕的施工；否则，竖井21内、外含水层仍有水利联系，表明止水帷幕局部存在缺陷。

需要指出的是，该实施例中的抽水试验只需在不同地区地质情况相差较大时才需进行。例如，北京地区主要是第四纪松散沉积地层，在北京三个以上工地试验后，取得相关参数，该施工方法即可推广应用。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种OPT咬合桩施工方法，其特征在于：包括以下施工步骤：

S1、竖井（21）开挖施工；

S2、PBA横通道（22）和导洞（23）开挖；

S3、在导洞（23）和横通道（22）内边桩（11）的设计位置，两根边桩（11）之间施工塑性混凝土桩（31）；塑性混凝土桩（31）的直径大于两根边桩（11）的净间距；塑性混凝土桩（31）的桩底伸入竖井（21）底部以下地层；

S4、在相邻两根塑性混凝土桩（31）之间施工钢筋混凝土边桩（11），使边桩（11）与塑性混凝土柱相互咬合，且所有边桩（11）和塑性混凝土桩（31）组成一圈闭合结构，形成洞内咬合桩止水帷幕。

2.根据权利要求1所述的一种OPT咬合桩施工方法，其特征在于：

步骤S4中边桩（11）混凝土浇筑前，在边桩（11）钻孔内、边桩（11）与塑性混凝土桩（31）咬合部位安装后注浆管（32）。

3.根据权利要求2所述的一种OPT咬合桩施工方法，其特征在于：

后注浆管（32）安装在帷幕外侧、相邻桩交点处。

4.根据权利要求3所述的一种OPT咬合桩施工方法，其特征在于：

利用设置在边桩（11）内的后注浆管（32）对止水帷幕进行注浆加固。

5.根据权利要求4所述的一种OPT咬合桩施工方法，其特征在于：

步骤S3中塑性混凝土桩（31）开挖之前，对孔口进行注浆加固，以防止塑性混凝土桩（31）和边桩（11）施工过程中，出现塌孔或跑浆现象。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种OPT咬合桩施工方法，其特征在于：

咬合桩底部伸入隔水层（52）内部。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种OPT咬合桩施工方法，其特征在于：

咬合桩底部未伸入隔水层（52）内部，土体开挖前，在设计坑底部位进行封底，防止基坑底部突涌。

8.根据权利要求7所述的一种OPT咬合桩施工方法，其特征在于：

封底采用注浆或冷冻的施工措施。