地鐵超敏感區域灌注樁切削式快速成樁技術研究

上海建工二建集團有限公司 上海 200080

0 前言

隨著上海的城市發展，軌道交通網絡日趨發達，地鐵的車站、隧道及附屬設施日趨密集。城市中心的樁基工程施工往往緊靠地鐵設施，對地鐵的正常運營安全構成挑戰[1-3]。根據上海市地鐵沿線建筑施工保護地鐵技術管理的有關規定，“在地鐵工程（外邊線）兩側的臨近3 m范圍內不能進行任何工程”。在工程實踐中必須采取切實可靠的樁基施工技術并經過嚴格的論證和試驗方可施工[4]。

上海市愛馬仕歷史保護建筑改造項目大部分工程樁緊貼地鐵區間隧道，其中最近一根工程樁樁心到地鐵區間邊線僅為1.5 m左右。為了確保地鐵隧道的安全，滿足地鐵部門提出的技術要求，通過開發新型快速成樁技術，在地鐵夜間停運的7 h內完成樁基施工，保證了樁基施工質量和地鐵運營安全。

1 工程概況

上海市愛馬仕歷史保護建筑改造項目位于上海市黃浦區淮海中路與嵩山路交叉口，北面為淮海中路，西面為嵩山路。項目由A1、A2、A3三個單體組成，其中A1和A3為2 幢為3～4 層磚木結構的歷史保護建筑改建，A2為新建2 層地下室，如圖1所示。

圖1 建筑平面示意

軌交1號線隧道位于A3的正下方，深度為地面以下13.3 m，其覆土厚度11 m左右，這直接約束了保護建筑的基礎托換工藝的選擇，因此本項目基礎托換采用了“樁基+基礎梁”的托換形式，同時由于在距離地鐵盾構1～3 m范圍內進行樁基施工，屬于地鐵盾構區間的超敏感區域，施工稍有不慎將會對軌交運營產生較不利的影響。為了減少擠土效應對軌交產生的不良影響，成樁工藝采用灌注樁，灌注樁樁徑為600 mm，樁底埋深約47 m，樁底進入⑤3層，共76 根。

本場地大部分區域填土過深，含較多的碎磚、石子，埋深0.9～2.6 m，場地內第③層、第④層均為淤泥質軟土層，屬于飽和、流塑狀態，2 層總厚度超過10 m。場地內第③層淤泥質粉質黏土層夾有砂質粉土，透水性好；⑤1b灰色粉質黏土，厚度23.4 m；⑤2層灰色砂質粉土，厚度2.17 m，砂性重，易造成坍孔和樁底沉渣較厚。

2 工程難點

（a）工程樁位離軌交最近距離只有1.5 m左右，軌交運行期間易坍孔，而一旦坍孔則對相鄰的地鐵隧道產生不利影響。

（b）工程地處城市核心區，場地狹小，根據設計有部分樁位在建筑內部，較大的施工機械難以實施。

（c）軌交1號線是上海最繁忙的地鐵線路，以黃陂南路站為例，該站停運時間為22：58～次日5：13，地鐵停運時間短，故成樁要求在7 h內完成。

（d）常規成樁工藝施工47 m灌注樁的時間一般在12 h以上，難以滿足地鐵部門的要求。

3 方案選擇

以往適合本項目的灌注樁施工工藝主要有套管法，即在地鐵早晨啟運前，在樁孔中插入護壁鋼管，保護樁孔避免坍孔。該工藝較為成熟，各個環節時間的控制有把握。但施工時間較長，一般需2 d[5]；護壁鋼套管難以埋設且鋼護筒與孔壁之間存在空隙，不能完全避免坍孔；鋼護筒無法回收，造價高。

結合本項目的實際情況，經過反復的試驗和比選，借鑒車載反循環鉆機工藝，對鉆頭刀片、吸漿管坡口角度、泵管及動力裝置進行改良，采用新型泵吸反循環法，將鉆頭切削產生的泥條，通過大功率的泥漿泵吸走，加快成孔速度，如圖2所示。

圖2 快速成樁工藝原理

4 方案實施

4.1 機械設備

采取“快速鉆削成孔設備”，其成孔設備動力裝置可安放于低凈空樁架上，配合漿、泥分離系統使用[6]。

切削鉆頭快速均勻地強制分層切削土體，達到快速成孔。與傳統鉆頭不同，切削鉆頭采用長齒，能快速將土體切削成泥條。鉆桿頭管腔采用十字形鋼板分割，防止大粒徑渣滓進入鉆桿，并可增加吸渣量，提高成孔速度，如圖3所示。

鉆機主軸動力11 kW，主軸扭矩16 kN·m，主軸轉速11 r/min；泥漿泵220 m3/h，功率22 kW。

4.2 成孔質量

為了減小樁基施工對軌交的影響，針對各個土層制定相對措施，并根據需要制定相應的泥漿指標。對于粉質黏土、淤泥質黏土層，采用輕壓大泵量快速穿過；對于灰色粉質黏土層，由于其造漿性能好，可以造優質成孔泥漿，但由于本層易縮徑，故低速勤掃通過成孔；因局部地層自然造漿性能差，極易坍垮孔，采用自行調配優質泥漿進行施工。泥漿性能指標如表1所示。

表1 泥漿性能指標控制標準

4.3 時間控制

由于對成樁時間有嚴格的限制，因此施工前應制定出詳細、可行的分工序施工時間控制標準[7]。

晚上地鐵停運前0.5 h進行開鉆準備工作，成孔時間控制在2.5 h以內，提鉆桿1 h，下放鋼筋籠1.5 h，下放澆搗管并二清1 h，澆筑混凝土1 h，整個過程7 h內完成。在軌交車輛到達工地前完成混凝土澆灌。

如果5：30還未完成二清，需立即用混凝土灌入孔內，再另找合適的位置補樁。

5 實施效果

鉆削成孔施工快，76 根靠地鐵樁施工時間均控制在7 h內；成孔精度高、孔徑穩定；樁基施工對地鐵隧道基本無擾動；漿泥分離后，泥漿為循環使用、泥漿全部集中在封閉管道內、現場文明施工度提高。

5.1 土體測斜

樁基施工前我們在樁位邊緣位置布置了測斜管，測斜管距離工程樁為2 m左右。我們收集了樁基施工不同階段的土體變形數據，數據表明樁周土體變形最大值均在2 mm以內。

5.2 隧道影響

在整個樁基施工過程中，地鐵監護公司都進行了同步監測。監測結果表明在整個樁基施工過程中地鐵隧道的位移都保持在1 mm左右。基本做到了對地鐵隧道零擾動。圖4是地鐵隧道部分位置在樁基施工過程中的變形曲線。

圖4 自動化垂直位移累計曲線

5.3 樁基質量

采用鉆削快速成樁法施工，過程中經檢測，各項指標均達到了《鉆孔灌注樁施工規程》的要求。孔徑穩定，沒有縮頸和坍孔的情況發生；孔底沉渣實測值均在100 mm以內；充盈系數基本在1.07左右。小應變檢測，一類樁達到100%。靜載試驗單樁荷載達到3 000 kN， 最大沉降量4.21 mm，最大回彈量1.75 mm，滿足設計使用荷載1 500 kN的要求。

6 結語

鉆削快速成樁技術在上海市愛馬仕歷史保護建筑改造項目的成功實踐，實現了在地鐵超敏感區域灌注樁的安全施工，同時也得到以下結論和經驗：

（a）在地鐵超敏感區域，采用鉆削快速成樁技術可以保證成樁時間、成孔效果、對地鐵影響滿足相關技術要求；相較傳統套管法工藝可以縮短工期，降低成本；

（b）反循環樁機可調節樁架高度，可以低凈空作業，從而實現需在室內打樁的要求；

（c）采取減少鋼筋籠分節、加快下放鋼筋籠速度和混凝土蓄車待命等措施，可進一步壓縮施工時間；

（d）為保證成孔的質量，應針對各個土層制定相對措施，并根據需要制定相應的泥漿控制指標；泥漿處理設備可實現漿泥分離，大幅減少泥漿排放量。