段 旺 左 敏 張?zhí)毂?王志偉

(中建五局第三建設有限公司，湖南 長沙 410600)

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110 kV高壓線下地鐵施工樁基成孔選擇應用研究

段 旺 左 敏 張?zhí)毂?王志偉

(中建五局第三建設有限公司，湖南 長沙 410600)

結合長沙市5號線湘龍路站110 kV高壓線下樁基成孔工程實況，并基于樁基成孔的理論依據(jù)，從成本、質(zhì)量、安全等角度，比較分析了沖擊成孔與人工挖孔兩種方式，指出高壓線下低凈空成孔選擇沖擊成孔方式更合理。

樁基，高壓線，沖擊成孔，人工挖孔

1 工程背景

湘龍路站位于萬家麗路與湘龍路交匯處，單柱雙層雙框結構。車站整體長度193.7 m，標準寬度為20.7 m。采用明挖法進行基坑開挖。車站西側，沿南北向有一根110 kV高壓線。車站北側，沿東西向有一根110 kV高壓線。2根高壓線敷設車站西側與北側，整體影響著車站前期圍護結構和后期主體結構施工。于整個車站進度而言，降效的表象尤為明顯。

2 樁基成孔理論依據(jù)

一方面在考慮樁基成孔時會根據(jù)巖層、樁深，選擇適合的成孔方式。另一方面，在考慮樁基成孔時，會優(yōu)先考慮鉆孔效率,以節(jié)約進度成本。湘龍路站非高壓線影響區(qū)域內(nèi)采用旋挖成孔，分析旋挖成孔效率。

旋挖成孔效率分析。旋挖成孔：旋挖鉆機施工中每當鉆頭裝滿土后都要提鉆卸土，然后再把鉆具下到孔底。顯然孔深越小，效

率越高。

鉆進效率：V=H1/(t1+t2+2H/V1)。

其中，H1為每鉆進尺量；t1為鉆滿一斗所需時間；t2為卸土時間；H為孔深；V1為提鉆速度。

從上式可知，當其他參數(shù)不變時，H越大則V越小，當孔深超過100 m后，鉆進效率急劇下降，當孔深超過100 m時鉆進效率會低于其他工法效率，且事故率大幅升高。在其他參數(shù)不變時(孔徑、巖層同等下)，根據(jù)現(xiàn)場實際情況V=0.2 m/min，也就是說在孔深25 m的情況下，成孔時間大約在2 h。因此在不受高壓線影響區(qū)域下采用旋挖成孔是一種有效的提效措施。

3 110 kV高壓線下樁基成孔

原計劃采用的旋挖成孔，由于受車站西側和北側高壓線影響，施工作業(yè)的安全高度無法滿足旋挖機械的高度需求。只能采取其他成孔方式。

表1 起重機械與架空線路邊線的最小安全距離

從表1中可以看出，110 kV高壓線安全凈空需求在5.0 m(以垂直方向為主)。經(jīng)過實測實量，車站西側高壓線最低位置點在13 m左右，無法滿足旋挖機械的作業(yè)高度需求。一方面根據(jù)實測實量，兩側高壓影響樁基為85根。另一方面當現(xiàn)場實際情況無法滿足時，我們考慮其他成孔方式，并對其效率、成本、質(zhì)量、安全進行比較分析，擇優(yōu)選取合適的成孔方式。

3.1 沖擊成孔的選擇

沖擊成孔是指利用沖孔鉆機動力裝置將具有一定重量的沖擊鉆頭提升到一定高度后讓其自由下落，利用自由下落的沖擊動力對孔底進行周期性的沖擊破碎，過程中用泥漿循環(huán)的方式對孔內(nèi)碎屑進行清理，形成具有一定直徑和深度的樁孔。從效率來說：沖擊成孔鉆機自身重量有限，進行硬土地層鉆孔時，難以保證鉆頭施加足夠的壓力，從而影響了成孔的速率，且每鉆進1 m～2 m需停鉆掏渣，大部分作業(yè)時間消耗在提放鉆頭和停鉆掏渣上，樁孔越深，提鉆、掏渣耗時越長，其整體沖進速度較低。另外隨著沖擊深度的加深，沖擊力的增大，沖擊高度相應減少，沖擊次數(shù)相應增多，也影響著成孔速率。

表2 沖擊高度與沖擊次數(shù)關系表

從表2中可以看出，當鉆具沖擊高度越高時，合理的每分鐘沖擊次數(shù)越小，因此我們在沖擊成孔時更多的根據(jù)巖層的不同考慮沖擊高度，從而減少沖擊次數(shù)，才能有效的提高沖擊效率。成孔后的操作平臺移動，也影響著成孔效率。

湘龍站鉆孔深度25 m，沖擊成孔在考慮同等參數(shù)情況下成孔所需時間為3 d。綜上所述，沖擊成孔在成孔效率上，明顯低于旋挖成孔。但是沖擊成孔在鉆進過程中，已用泥漿護壁，對于成孔過程中的塌孔、跨孔有很好的支護作用。

從成本上分析，沖擊成孔在機械成本上投入明顯低于旋挖成孔，與人工成孔機械相比投入相差無幾。沖擊成孔在材料成本上，主要體現(xiàn)在成孔過程中的泥漿護壁，使得泥漿稠度將會偏稀，護壁厚度偏薄，同時會擴大孔徑造成充盈系數(shù)的偏大。另外由于沖錘上下往復運動，隨著鋼絲繩的旋轉(zhuǎn)帶動沖錘擺動容易造成樁孔不圓，擴孔率較高，其混凝土充盈系數(shù)會增大。在運輸成本上，因為沖擊成孔采用泥漿循環(huán)方式清渣，淤泥含水量高，淤泥量大約是理論方量的1.8倍，運輸工程量增大且運輸不便。在管理成本上，由于沖擊成孔施工工藝，會產(chǎn)生大量的泥漿泥渣，影響現(xiàn)場文明施工，管理投入加大。

從質(zhì)量上分析，沖擊成孔采用循環(huán)泥漿進行護壁，鉆進過程中對塌孔、堵漏有一定的積極作用，但是在鉆進過程中，機械本身的自重性和重錘的重力作用會影響孔徑變化。另外，對于持力層的判定，沖孔樁是有其特殊優(yōu)勢的，沖孔樁機靠泥漿循環(huán)能將孔底的巖渣帶出，能及時準確判斷出巖層沉渣，能及時達到設計標高。

從安全上分析，沖擊成孔屬于機械鉆進，不易造成人員的損傷。

3.2 人工成孔的選擇

人工成孔是指人工通過小型機械進行開挖樁基土石方，現(xiàn)場澆筑鋼筋混凝土的成孔形式。從效率來說，人工挖孔以地層情況為主，需邊挖邊進行人工鋼模的支護。湘龍站地層上部為素填土、粉砂土、淤泥質(zhì)土。每挖一模，需采用砂漿進行鋼模支護。并且隨著孔深越來越深，支模次數(shù)越來越多，單個成孔時間長。人工開挖后的渣土需靠機械進行孔內(nèi)裝運，作業(yè)面小，影響開挖效率。其優(yōu)勢為，施工工藝簡單，現(xiàn)場無需大型機械設備，場地要求小。

從成本上分析人工成孔，人工成孔的機械設備投入低廉，占地要求低，用電量小，成本投入低。人工成孔在材料成本投入上，人工開挖需要砂漿護壁，并且護壁時要擴孔，按每邊15 cm計算，擴孔后直徑會比原來孔內(nèi)徑大30 cm。以湘龍路鉆孔灌注樁直徑1 m來計算充盈系數(shù)。

湘龍路站鉆孔樁樁號E100設計地面標高為41.0，樁底標高為26.0,樁長為25 m。計算出鋼筋截面面積:3.14×0.432=0.58 m2，那么理論混凝土為25×0.58=14.5 m3。

實際方量則根據(jù)實際鉆孔深度進行計算，實際樁底標高為25.5。根據(jù)實際情況，我們在澆筑過程中會超過樁頂標高1.5 m，也就是澆筑過程中實際深度為(25.5+1.5)×0.58=15.66 m3，我們把這個結果叫做實際理論方量值，用來計算充盈系數(shù)。那么現(xiàn)場混凝土攪拌車的澆筑量為最終準確值，共計22 m3，充盈系數(shù)也就等于現(xiàn)場澆筑值/實際理論方量值即22/15.66=1.4。從上述結果可以看出因為護壁擴孔的影響，人工挖孔的充盈系數(shù)達到了1.4，對材料成本的浪費是顯而易見的。在管理成本上主要體現(xiàn)在進度加快之后，人員的投入使得現(xiàn)場的管理難度加大，另外，人工挖孔在使用小型機械時，易造成揚塵，對城市區(qū)域內(nèi)的環(huán)境污染加重。

從質(zhì)量上分析，人工挖孔對于地層巖層要求非常高，以湘龍站地層為由，地下有淤泥質(zhì)土、構造角礫巖，在開挖成孔過程中的護壁要求很高。另外，在施工過程中，正逢長沙雨季，開挖成孔過程中的排水，清孔，清渣，更易造成塌孔。另一方面，人工樁在單樁軸向承載力上大于機械樁基。就承載力而言，人工成孔時占據(jù)優(yōu)勢。

從安全上分析，湘龍路站高壓線影響區(qū)域內(nèi)的鉆孔灌注樁離西邊臨時通行車道不過4 m,以設計要求按照地面超載的側向荷載10 kPa來估算，按照每米逐漸側壓，會對正在開挖的人工成孔造成側向擠壓，導致在地質(zhì)松散的土層以及孔內(nèi)承載力不夠的情形下，造成孔內(nèi)塌孔、跨孔。另外，人工挖孔時要時刻保持開挖過程中的空氣流通，要時刻注意工人在進出孔內(nèi)的安全措施是否到位。再者，人工挖孔過程中遇到的巖溶、流砂等不明地質(zhì)情況易造成人員掩埋等安全問題。

4 結語

湘龍路站鉆孔灌注樁在高壓線影響區(qū)域內(nèi)，通過人工挖孔與沖擊成孔在效率、成本、質(zhì)量、安全的對比分析，明確了沖擊成孔在效率和安全上的優(yōu)勢，指出了在湘龍路站周圍環(huán)境下的人工挖孔樁的不足；肯定了在高壓線下施工采取沖擊成孔的施工工藝，減小了由于高壓線因素造成的降效。

最后，城市地鐵樁基施工在考慮選擇何種成孔工藝時，應根據(jù)周圍環(huán)境，施工進度，設計要求來選擇合適的施工工藝，并應在效率、成本、質(zhì)量、安全上進行一分為二的分析才能滿足施工需求，提高施工效率。

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Research on the selection and application of railway construction pile foundation drilling under 110 kV high voltage wire

Duan Wang Zuo Min Zhang Tianbing Wang Zhiwei

(ThirdConstructionLimitedCompany,ChinaConstructionFifthBureau,Changsha410600,China)

Combining with the pile foundation drilling engineering situation of 110 kV high voltage wire of Changsha No.5 line Xianglong Road Station, and based on the theoretical basis of pile foundation drilling, from the cost, quality, safety and other point of views, comparatively analyzed the impact drilling and artificial digging two ways, pointed out that the low clearance drilling selected impact drilling more reasonable under the high voltage wire.

pile foundation, high voltage wire, impact drilling, artificial digging

1009-6825(2017)07-0058-03

2016-12-23

段 旺(1986- )，男，工程師； 左 敏(1989- )，男，助理工程師； 張?zhí)毂?1989- )，男，工程師； 王志偉(1993- )，男，助理工程師

TU473.1

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