軟土地層咬合樁成樁施工引起的鄰近建筑沉降幾點思考

摘 要：目前，鉆孔咬合樁在我國開始得到廣泛的應用，但在軟土地區容易導致附近建筑的沉降。文章分析了咬合樁成樁造成地層擾動的機理以及其施工工藝的具體流程，并通過成樁過程中的詳細數據以及資料來分析成樁施工導致附近建筑沉降的規律，在此基礎上提出相應的應對措施。文章采用的例子是某軌道交通區間隧道。

關鍵詞：鉆孔咬合樁；沉降；成樁施工

目前國內應用較多的圍護結構是鉆孔咬合樁，它是一種新型的維護結構。鉆孔咬合樁應用的全套管護壁，即使在地層不穩定的地區也能較好的成樁，此外鉆孔成樁還具有工程造價低（同地下連續墻或人工挖孔相比）的優點。基于上述有優點，鉆孔咬合樁的應用前景較大。

雖然鉆孔咬合樁具有上述優點，但鉆孔咬合樁技術還并未成熟，其研究還停留在總結工法的階段。在施工時不能因為咬合樁屬于擾動較小的施工方法，而忽視其對土層的適應性不確定這一因素，一旦對周圍環境影響分析不全面，很容易造成工程事故。這是因為當所處的環境條件惡劣時，哪怕是微小的變形也可能影響到附近的建筑。進行基坑開挖除了注意圍護樁施工的控制外，還應采取必要的微擾動施工工藝。

1 施工對象信息

本文選用的例子是某軌道交通區間隧道，施工現場地質屬于軟土地層，隧道的施工采取明挖（深度11～13m），隧道的咬合樁圍護區間段的長度長達252m，咬合樁的長度為27m，基坑圍護的設計選用ф1m的咬合樁。基坑圍護樁同周圍房屋的南墻的距離有10～13m，如下圖所示。

圖1 深基坑同周圍建筑的空間位置示意圖

如圖所示，基坑的北面是一個小區，小區有三棟樓，從東到西分別是1號樓、2號樓、3號樓、三棟樓都采用的是條形基礎加300mm*300mm預制樁，樁的長度都為20m。三棟樓的長、寬、基礎底標高分別是76.24m，13.7m，3.9m；94.14m，12.8m，4.2m；68.99m，16.7m，3.88m。

2 淺析成樁施工導致地層擾動機理

2.1 咬合樁的施工特點

鉆孔咬合樁施工采用機械鉆孔施工，通過剛套管護壁，形成一種樁與樁彼此咬合的基坑圍護結構。施工常用的方案是采用套管鉆機+超緩凝型混凝土，鉆孔咬合樁采用鋼筋混凝土樁（A樁）與素混凝土樁（B樁）交替間隔的排列方式，其中B樁采用超緩凝型混凝土，對A樁的施工要求是在B樁混凝土剛開始凝結時完成。當對A樁進行施工時，為了實現咬合，需要將相鄰A樁的相交部分用套管鉆機進行切割掉。

2.2 咬合樁成樁施工導致水土流失

套管插入的深度規定要比樁底深，這個深度通常定在3m范圍，這是因為如果套管的外地下水位達到一定高度后，容易造成孔底的涌砂、隆起等情況，最終導致土方因挖過度而引起水土的流失，再有這樣做的目的也是為了提高土體的穩定性。此外影響咬合樁成樁后容易出現水土流失的原因還有：套管壁自身的原因，這里指的是套筒壁的厚度一般在20mm，這樣當套筒拔出時就十分容易形成管壁厚度空隙，有資料表明這樣的空隙一般大小為0.17～0.18m3。同時在拔出的過程中套筒壁還會帶出些許的泥土，這樣就容易造成孔位的不同程度的坍塌。而土層的損失又會影響到建筑物的沉降。

2.3 套管超前支影響地層擾動

套管超前支的長度能夠影響到地層的擾動，當超前支護的長度超過1.5m時，地層損失總量因為卸載作用造成的影響會很小，甚至可以忽略，這是因為套管超前支護的隔斷作用。上述卸載作用是指當鉆孔咬合樁成樁的過程中，樁底的土暴露時會因為卸載作用而產生樁底土回彈。超前支護長度的確定同地下水條件與土層地質有關，目前缺乏對超前支護長度的計算方法與理論，實際施工中憑借的往往是工程經驗。

咬合樁成樁，當進行套筒內取土面非常容易受到卸荷影響，隨著取土面向下走回彈會漸漸變小，當深度達到hu卸荷回彈的影響可以忽略，也就是說深度小于hu的都是回彈影響的范圍。有資料顯示，套筒能夠有效的隔斷由卸載造成的地層變形拓展。

2.4 自由式沖抓斗的振動對地層擾動的影響

用重量超過三噸的沖擊抓斗對咬合樁進行成孔取土，取土方式屬于自由落體取土，有人曾統計施工每根樁抓斗的擊地次數，發現擊地的次數竟超過80多次，這樣即便抓斗取土是在鋼套管沖擊下進行的，也容易引起周圍的震感。

通過實測發現附近的建筑的沉降存在明顯的滯后性、歷時性。自由式沖抓斗的沖擊依據波動理論可以將其定義為震源，這樣由沖抓斗產沖擊為震源引發的動能便會轉化成波能而作用于更深的地基土中。鉆孔成樁過程中，沖抓抓斗在套筒內的豎向周期震動。沖抓抓斗通過套管底對土層傳播形成對土體的反復的擾動來實現其在套管中的豎向周期震動。這種反復的運動會造成附近長時間的高空隙水壓力，如果這種情況發生在透水性差的軟粘土地基中就會出現難以消散的情況，致使土的負載能力下降，影響周圍建筑的土體的附加沉降（沉降程度較大，時間很長）。

3 咬合樁成樁引起附近建筑沉降的實測探討

3.1 施工的具體情況

在進行咬合樁成樁施工時為了確保施工的安全，需要時刻檢測施工對周圍建筑的影響。當處于基坑鉆孔咬合樁施工階段需要對附近的三棟樓進行地表沉降以及沉降的監測，在監測中應將重點放在北側的施工，至于南側的基坑鉆孔咬合樁可以不予考慮，這是因為南側基坑鉆孔咬合樁距離監測的建筑，此外還有北側鉆孔咬合樁所起到的隔斷作用。

鉆孔咬合樁成樁的施工可以分為三個階段即施工的前期階段、施工通過階段、施工后續階段。劃分的依據是施工對周圍建筑的影響與鉆孔成樁以及周圍建筑的位置。有資料表明在上述的三個階段中，對周圍建筑影響最大的階段是施工通過階段。通過分析以前的監測資料，發現施工階段影響的范圍大致分布在45℃內（這里指的是水平面）。

3.2 鉆孔咬合樁成樁引起周圍建筑沉降原因分析

在2號樓的周圍布置沉降監測點，共布置10個。附近的2號樓區段施工分為兩端來完成分別是AB、CD兩端，并且這兩段的完工日期分別是12月10號，12月27，所以上面監測時間應定在2號樓區段施工前，這里定在2010年的7月27，監測時間長達5個月。監測的對象指的是鉆孔咬合樁成樁的壓頂圈梁施工、第一道鋼管支撐的安裝、施工階段等三個主要施工。

通過實測數據發現咬合樁成樁施工進行到安裝第一到支撐時建筑物沉降明顯，沉降的方向趨向于基坑。通過分析實測數據還發現距離基坑一側近的測點的沉降量最大，即便是建筑角點沉降也有30.48mm，這比規定的10.39mm超出了將近20.0mm。此外還發現支撐能夠很好的降低因為施工造成的周圍建筑的沉降程度。此外研究還發現沉降存在滯后效應，有將近74%的沉降發生在咬合樁施工的后續階段，沉降的程度還同施工的地質條件有關。

參考文獻

[1]宋博，劉純潔，周學領，等.軟土地層咬合樁成樁施工引起的鄰近建筑沉降分析[J].巖土工程學報，2006（S1）.