軌道交通基巖標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量控制

王小維，吳春開(kāi)，劉全海，朱建華

(1.常州市測(cè)繪院，江蘇 常州 213003;2.江蘇常州地質(zhì)工程勘察院，江蘇 常州 213000)

1 引 言

常州市位于長(zhǎng)江三角洲地區(qū)，由于受地下水開(kāi)采、地層巖性結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)條件、土體特性、固結(jié)歷史等綜合因素的影響，地面沉降對(duì)城市防汛、基礎(chǔ)設(shè)施安全運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生了長(zhǎng)期的嚴(yán)重影響。軌道交通建設(shè)是投資額大、影響面廣的一項(xiàng)民生工程。1 號(hào)線全長(zhǎng)約42 km，穿越主城地面沉降漏斗區(qū)。其高程控制測(cè)量對(duì)起算數(shù)據(jù)精度要求高，對(duì)沿線地面沉降控制要求嚴(yán)格，在工程的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，均要有穩(wěn)定、可靠的高程基準(zhǔn)。基巖水準(zhǔn)標(biāo)(簡(jiǎn)稱(chēng)基巖標(biāo))通過(guò)鉆探的方法而埋設(shè)在地下完整基巖上，可以避免由于地下水開(kāi)采、地面沉降等因素而帶來(lái)的不利影響，是現(xiàn)代高程測(cè)繪基準(zhǔn)。為了提高軌道交通高程控制測(cè)量精度、建設(shè)質(zhì)量、運(yùn)維管理、地面沉降監(jiān)測(cè)以及建立新的常州市高程基準(zhǔn)，常州市測(cè)繪院在軌道交通1 號(hào)線沿線建設(shè)了三座深層基巖標(biāo)，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，對(duì)施工工藝及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了全過(guò)程的質(zhì)量控制。

2 基巖標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基巖標(biāo)結(jié)構(gòu)是施工建設(shè)、材料選用的基礎(chǔ)，必須重視基巖標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.1 基巖標(biāo)鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

收集城市相關(guān)規(guī)劃設(shè)計(jì)、地質(zhì)資料，確定鉆孔位置和鉆孔工藝。確定鉆孔終孔孔徑為300 mm，基巖面以下地層內(nèi)，鉆孔孔徑為110 mm。

2.2 基巖標(biāo)深度確定

根據(jù)已有的地質(zhì)資料，初步確定基巖標(biāo)的深度，要求標(biāo)桿埋設(shè)在新鮮、完整基巖內(nèi)，基巖標(biāo)底的埋設(shè)位置在基巖面以下不少于5 m，具體位置按實(shí)際地質(zhì)情況與相關(guān)專(zhuān)家共同確定。

2.3 基巖標(biāo)標(biāo)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基巖標(biāo)標(biāo)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由保護(hù)裝置(保護(hù)管)、引測(cè)裝置(標(biāo)桿)、導(dǎo)正裝置(扶正器)、標(biāo)底裝置和地面裝置5 大主要結(jié)構(gòu)組成，基巖標(biāo)標(biāo)底須與基巖固結(jié)成一體，保證其穩(wěn)固、可靠、永久，組成結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 基巖標(biāo)結(jié)構(gòu)示意圖

(1)保護(hù)裝置

保護(hù)管置于鉆孔內(nèi)，由水泥漿與基巖固結(jié)，其作用是保護(hù)引測(cè)裝置，盡可能地減小周?chē)翆訉?duì)標(biāo)桿的影響。基巖標(biāo)保護(hù)管采用Ф168×8 mm地質(zhì)專(zhuān)用鋼管。

(2)引測(cè)裝置

標(biāo)桿及其配置的合理性直接影響基巖標(biāo)整體的穩(wěn)定性與精確性?；鶐r標(biāo)標(biāo)桿采用四級(jí)寶塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，材質(zhì)用DZ40 地質(zhì)無(wú)縫鋼管。根據(jù)材料力學(xué)原理，按“九五分割”法確定的分段長(zhǎng)度使其整體穩(wěn)定性最好，規(guī)格自下而上分別為Ф108、Ф73、Ф50、Ф42，底部灌注水泥漿與新鮮完整基巖固結(jié)成一體。

(3)導(dǎo)正裝置

扶正器不僅起導(dǎo)正作用，又能使標(biāo)桿導(dǎo)直和在保護(hù)管內(nèi)居中，同時(shí)也使保護(hù)管與標(biāo)桿的作用相互獨(dú)立，采用自加工的三向轉(zhuǎn)動(dòng)不銹鋼輪式扶正器，按力學(xué)原理計(jì)算標(biāo)桿每5 m間隔安裝一個(gè)扶正器．

(4)標(biāo)底裝置

標(biāo)底裝置保證引測(cè)裝置底部與新鮮完整基巖緊密接觸并固結(jié)成一體?；鶐r標(biāo)標(biāo)底設(shè)置托盤(pán)管靴，將預(yù)制的標(biāo)底埋入新鮮完整基巖體內(nèi)，并用定量水泥將標(biāo)底與基巖固結(jié)成一體。

(5)地面裝置

在引測(cè)標(biāo)桿上設(shè)主標(biāo)測(cè)點(diǎn)，在保護(hù)管上設(shè)副標(biāo)測(cè)點(diǎn)，在離主標(biāo)5 m范圍內(nèi)設(shè)地表沉降點(diǎn)，主標(biāo)、副標(biāo)及地面監(jiān)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量成果可分析基巖標(biāo)的質(zhì)量。

3 基巖標(biāo)施工工藝及關(guān)鍵技術(shù)解決

3.1 地質(zhì)勘探

(1)野外勘探

以基巖標(biāo)孔作為地質(zhì)勘探孔，終孔孔徑φ110。全孔取芯鉆進(jìn)，全孔巖芯采取率≥85%，粘性土按2.5 m間距采取原狀土樣，砂性土按層次取擾動(dòng)樣。

地質(zhì)勘探孔開(kāi)孔，用φ110 取芯鉆具及導(dǎo)向裝置利用鉆具自重取芯鉆進(jìn)至新鮮基巖3 m。鉆進(jìn)過(guò)程中，每20 m測(cè)量孔斜及丈量鉆具校正孔深，保證百米孔斜不超過(guò)0.5°，終孔孔斜不超過(guò)1°，終孔孔深誤差不超過(guò)10 cm。整個(gè)施工過(guò)程中采用低固相優(yōu)質(zhì)泥漿連續(xù)施工至終孔。

(2)室內(nèi)測(cè)試

在常規(guī)物理測(cè)試和剪切試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)土體的壓縮性試驗(yàn)，繪制e－logP 曲線，并提供先期固結(jié)壓力。

(3)資料分析及成果評(píng)價(jià)

根據(jù)勘探測(cè)試結(jié)果提供單孔綜合柱狀圖，并對(duì)各工程地質(zhì)層的強(qiáng)度、壓縮性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，為基巖標(biāo)標(biāo)底位置的確定提供依據(jù)。

3.2 基巖標(biāo)成孔及安裝

(1)成孔施工

①鉆孔

在地質(zhì)勘探孔的基礎(chǔ)上，以小口徑鉆孔為基準(zhǔn)孔，采用φ200/φ110、φ300/φ200 超前導(dǎo)向式鉆頭利用鉆具自重?cái)U(kuò)孔成孔，并采用低固相優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁，保證鉆進(jìn)安全及防止坍孔和縮徑。

②垂直度控制

為保證成孔的垂直度，在φ200/φ110 擴(kuò)孔過(guò)程中，每20 m 間隔測(cè)量孔斜，每達(dá)100 m 孔斜不超過(guò)0.5°，發(fā)現(xiàn)超出0.5°標(biāo)準(zhǔn)及時(shí)糾偏。

(2)保護(hù)管安裝

擴(kuò)孔結(jié)束后，撈凈孔底沉渣，按放φ168 地質(zhì)鋼管作保護(hù)管，確定與擴(kuò)孔孔深相符后，下φ50 鉆桿開(kāi)始注入按計(jì)算量攪拌好的水泥漿，管外漿高5 m。注漿后，提起φ50 鉆桿換漿，此時(shí)單向閥關(guān)閉，水泥漿無(wú)法回流，及時(shí)將保護(hù)管插入孔底，待凝固后透孔。外部按設(shè)計(jì)要求立即回填止水。

(3)透孔

孔內(nèi)水泥凝固后，用帶導(dǎo)向的φ110 鉆具鉆進(jìn)至新鮮基巖不少于5 m。

(4)標(biāo)桿安裝

對(duì)上主動(dòng)鉆桿用鉆機(jī)加壓，使標(biāo)底裝置與巖面嚴(yán)密接觸。標(biāo)桿部位安裝扶正器，扶正器與保護(hù)管接頭最小內(nèi)徑的半徑間隙不大于2 mm。壓標(biāo)后，安放(連接)桿頭和副標(biāo)頭，并在保護(hù)管及標(biāo)桿內(nèi)灌入蒽油至含水層。

4 基巖標(biāo)施工質(zhì)量控制

基巖標(biāo)建設(shè)投資大，作用深遠(yuǎn)，怎樣控制好質(zhì)量是關(guān)鍵所在?；鶐r標(biāo)是隱蔽、長(zhǎng)期工程，標(biāo)體結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上科學(xué)、合理外，施工技術(shù)與方法也是重要的控制環(huán)節(jié)，要求標(biāo)底地層層位準(zhǔn)確、鉆孔結(jié)構(gòu)合理、鉆孔軸線垂直和標(biāo)體安裝可靠。

4.1 基巖面的判斷

為確?；鶐r面的判斷準(zhǔn)確，會(huì)同有關(guān)專(zhuān)家，要綜合考慮地質(zhì)、鉆進(jìn)、巖樣的風(fēng)化及漸變、巖性符合等情況，結(jié)合基巖物力檢測(cè)數(shù)據(jù)，以準(zhǔn)確判斷基巖面和確定基巖標(biāo)底的深度。

4.2 標(biāo)孔垂直度的質(zhì)量控制

標(biāo)孔的防斜采取以下防范措施:①地基應(yīng)平整、夯實(shí)，確保鉆塔、鉆機(jī)立軸中心及孔口三點(diǎn)一線;②鉆桿、鉆具應(yīng)保持平直度，彎曲度小;③采用加長(zhǎng)鉆具、出刃小的鉆頭、輕壓、小泵量鉆進(jìn);④加密測(cè)斜，及時(shí)正確了解鉆孔垂直度，以便隨時(shí)采取適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)保證孔斜度符合設(shè)計(jì)要求;⑤采用低固相優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)孔、清孔，每個(gè)回次保證孔底巖粉及時(shí)排除干凈，以防造成孔斜。

4.3 保護(hù)管的質(zhì)量控制

為保證保護(hù)管的質(zhì)量采取以下措施:①保護(hù)管外回填，根據(jù)地質(zhì)條件，選擇回填材料，四周應(yīng)均勻回填;②基巖標(biāo)保護(hù)管管底確保2 m～3 m有效固結(jié)長(zhǎng)度，密封膠封膠，用加力桿上緊絲扣，采用壁后注漿固井，進(jìn)口返上水泥漿，水泥漿加速凝劑，待凝時(shí)間不少于72 h;③基巖標(biāo)保護(hù)管應(yīng)進(jìn)入新鮮基巖2 m。

4.4 基巖標(biāo)標(biāo)體穩(wěn)定、靈敏度的質(zhì)量控制

為掌控基巖標(biāo)標(biāo)體穩(wěn)定、靈敏度采取以下措施:①為保證下入實(shí)際深度的精度，對(duì)接送水快速接頭，送水清理孔底，證明已確實(shí)將標(biāo)腳落實(shí)在孔底巖石之上;②標(biāo)腳入新鮮基巖深度不小于5 m;③滾輪扶正器半徑之尺寸與套管接箍?jī)?nèi)徑之半徑間隔保證在1.5 mm～2 mm范圍內(nèi);為保證整個(gè)扶正器的同心度，鋼制支架在制作中銷(xiāo)軸之中心與支架底部的尺寸應(yīng)通過(guò)精加工來(lái)保證在同一精度。

4.5 防銹措施

為保證基巖標(biāo)長(zhǎng)久、穩(wěn)定，對(duì)鋼材防銹采取以下措施:①依據(jù)地下水條件，保護(hù)管及標(biāo)桿內(nèi)蒽油灌注至含水層;②標(biāo)桿扶正器銷(xiāo)軸、滾輪選用不銹鋼材質(zhì)，外鍍防銹漆。

5 基巖標(biāo)建設(shè)案例與分析

常州市軌道交通1 號(hào)線3 個(gè)基巖標(biāo)經(jīng)過(guò)3 個(gè)多月施工，于2013年12月中旬全部建成，覆蓋層、基巖層孔經(jīng)分別按φ300、φ200、φ110 施工，終孔孔斜分別為0.5°、0.4°、0.3°，基巖標(biāo)標(biāo)底位置深度分別為235 m、208 m和135 m，均滿足設(shè)計(jì)要求;固井使用的水泥、水灰比合理，灌注的水泥漿量精確無(wú)誤、灌注后凝固時(shí)間充足，保護(hù)管及標(biāo)桿材質(zhì)、尺寸、壁厚符合設(shè)計(jì)要求，地面裝置部分設(shè)計(jì)美觀、實(shí)用。

經(jīng)過(guò)近半年的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，最大沉降變形為1.2 mm，基巖標(biāo)穩(wěn)定性良好。

6 結(jié) 語(yǔ)

基巖標(biāo)的建設(shè)，為軌道交通建設(shè)及基礎(chǔ)測(cè)繪提供了一個(gè)穩(wěn)定、統(tǒng)一的高程基準(zhǔn)。同時(shí)，由于基巖標(biāo)施工工藝復(fù)雜，質(zhì)量要求高，必須根據(jù)地質(zhì)、地層情況，認(rèn)真編寫(xiě)相關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)，選擇責(zé)任心強(qiáng)的施工隊(duì)伍，從鉆孔施工、基巖標(biāo)底確定、孔斜控制、套管、標(biāo)桿施工工藝質(zhì)量等方面采取質(zhì)量保證措施，才能保證標(biāo)孔施工質(zhì)量。

［1］GB 50021－2001(2009年)．巖土工程勘察規(guī)范［S］．

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