低含水率膨脹土地質條件旋挖法圍護樁施工工藝特點

蘇春生/中鐵建大橋工程局集團第五工程有限公司

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低含水率膨脹土地質條件旋挖法圍護樁施工工藝特點

蘇春生/中鐵建大橋工程局集團第五工程有限公司

【摘 要】本篇文章通過對低含水率膨脹土地質條件下旋挖法圍護樁施工工藝進行介紹和探討，歸納總結該種地質條件下旋挖法圍護樁施工工藝，為以后類似工程積累寶貴經驗。

【關鍵詞】低含水率；膨脹土；旋挖法；圍護樁；施工工藝

本文主要結合成都地鐵4號線二期工程蜀王大道站所處地質條件和結構圍護樁施工進行低含水率膨脹土地質條件下旋挖法圍護樁施工工藝的介紹。

1.車站概況及地質水文情況

1.1車站概況

蜀王大道站為成都地鐵4號線二期工程線路上的一個標準站，車站長度179.99m，底板埋深15.5～19.6m，標準段寬度19.7m，車站采用明挖順做法施工，主體圍護結構包括圍護樁、冠梁、擋土墻、樁間掛網噴射砼以及鋼管支撐。

1.1.1地質水文情況。

車站站址位于四川省的中部、四川盆地西部。處于成都平原區與龍泉山低山丘陵區過渡帶的成都東部臺地區，屬川西平原岷江水系Ⅲ級階地，主要為山前臺地地貌，次為侵蝕、堆積型丘、崗、谷地貌。地形總體較平坦，地面高程522.3～518.23m。

1.1.1.1地層特性

上覆第四系全新統人工填土（Q4ml）雜填土，其下為第四系全新統沖積（Q4al）黏土、卵石土，及第四系中、上更新統冰水沉積、沖積成因的（Q2fgl+al）、（Q3fgl+al）黏土、卵石土，下伏白堊系上統灌口組（K2g）泥巖。

根據地層特性顯示，具有膨脹性土層集中在粘土層、粘土夾卵石層、以及全風化泥巖層，所處埋深包括整個車站埋深深度，因此，車站整個施工期間均受膨脹土膨脹力影響。

1.1.1.2水文情況

本車站水文情況由地表水和地下水構成，地表水主要為大氣降水，平均降水量為947.0mm，當降雨量在80mm以上時，形成地表徑流，排入市政排水管網。地下水主要有構造裂隙水、風化裂隙水等，車站所處位置地層含水率低，同時，滲透系數極小。

2.圍護樁施工工藝

通過地質報告可以看出，地層含水率很低，通過試成孔決定選用干孔成孔工藝。

2.1成孔灌注施工流程

（1）樁位測量及引樁

全站儀中心點放樣，放樣后馬上引樁，引樁采用三角點法。

（2）埋設護筒

護筒為鋼護筒，內徑比樁徑大20cm，根據地質情況不同下放護筒深度不同，含水率低地層護筒下放深度要求較淺，下放深度1.5m即可，護筒周圍用粘土回填夯實，護筒埋好后根據引樁的三角點復核護筒埋設平面位置及垂直度，復核過程中，鉆機鉆頭隨時調整護筒位置，護筒位置調整完后要求標高高出自然地面20cm，傾斜度在1%以內。

（3）鉆機安裝

鉆機就位后，調平機座，確保鉆頭中心與護筒中心在一條鉛垂線上，與孔位中心的偏差在規范允許范圍之內。

鉆架安裝穩定，鉆機定位時采用細線掛重錘檢測，保證鉆頭中心與護筒中心偏差不大于2cm。

（4）鉆孔作業

為保證成孔質量及施工安全，防止鉆孔時兩樁相距太近或時間間隔太短，同時考慮膨脹力因素造成塌孔，鉆孔施工時采取按每間隔兩孔分批跳孔施作的順序。鉆孔施工前應對鉆機施工位置進行壓實，確保地基平實，保證鉆機正常施工。

（5）清孔及成孔檢查

由于粘土地層在成孔過程中鉆頭能夠安全將松土提出，孔底不存在雜土，因此在鉆至設計深度后，再往下鉆進30cm，保證在設計樁長范圍內無虛土即可，而不用進行專門的清孔作業。

（6）吊裝鋼筋籠

清孔完畢，經現場監理工程師檢查、批準后，即進行鋼筋籠吊裝。

鋼筋籠在鋼筋加工場加工，汽車吊吊轉并吊放入孔。為了防止鋼筋籠吊裝就位時發生變形，縱向主筋和加強箍筋焊接牢固，其他箍筋適當點焊，并綁扎牢固。吊裝前對鋼筋籠的分節長度、直徑、主筋和箍筋的型號、根數、位置，以及焊接、綁扎、聲測孔綁扎等情況全面檢查，確保各部位質量達到規定要求。

為保證鋼筋籠保護層厚度，加工鋼筋籠時，每隔2m在鋼筋籠環筋上交叉、對稱設置4個中間帶圓孔混凝土圓餅，鋼筋籠下沉時圓餅緊貼孔壁轉動，保證鋼筋籠與孔壁之間具有一定的間隙。

（7）灌注混凝土

由于是干孔成孔，所以樁芯混凝土不必選用水下混凝土，對灌注導管也沒有嚴格的氣密性要求，但為了導管便于拆卸，在導管接裝時仍需按要求設置橡膠圈。

灌注時經常測量混凝土的高度和導管高度，干孔灌注導管不用埋置于混凝土內，只要保證混凝土自由降落高度不過高導致混凝土在下落過程中離析即可。拆除導管時用卡盤將第二節導管卡死，防止落入孔內。

混凝土澆筑完成后，由于沒有浮土和泥漿等雜物，因此澆筑高度控制在樁頂以上5～10cm，冠梁施工前鑿除樁頂浮漿。

2.2干孔成孔注意事項

（1）由于粘土地層受力能力受含水量影響較大，因此在粘土地層上進行鉆進作業，必須保證鉆進操作平臺地基穩定性和承載力，特別是雨天后施工，必要時需提前換填地基土或下墊鋼板，否則會因鉆機在鉆進過程中地基不穩發生小角度偏移導致孔體傾斜。

（2）由于土體含水量較低，在成孔過程中，土體有壓力發生變化，導致孔體周圍土體內地下水朝孔體位置匯流，孔體位置土體含水量增加，土體膨脹力也隨之變大，極容易造成塌孔，因此，在成孔過程中，必須控制好鉆進速度，鉆進速度不能過慢，成孔報檢后馬上吊放鋼筋籠，并澆筑混凝土，中途不得等待。

（3）在鉆進過程中，若遇地層含水量較大，此時土體由于長期含水量豐富，因此膨脹力已經釋放，但隨之而來的是粘土土體的自穩性下降，同樣會導致塌孔，處理方式與膨脹力情況下處理方式一樣。

（4）粘土地層因含水量不同造成膨脹力不同，必須嚴格執行跳樁施工。

（5）鋼筋籠吊放到位后需要吊環吊住籠體，吊環上部由鋼管懸吊在護筒上，但由于粘土地質條件自身承載力較低，造成護筒在承受整個鋼筋籠重量后會下沉，因此需在護筒和籠體下沉穩定后再標注混凝土澆筑基準標高。

（6）由于干孔成樁，混凝土澆筑完成后樁頂并無雜土、泥漿等雜物，因此混凝土澆筑完成后不應立刻提拔護筒并回填樁孔，而應等混凝土初凝之后再提拔護筒。

3.技術總結

低含水率膨脹土地質條件下旋挖法成樁工藝的優缺點總結：

優點：

（1）干孔成樁對場地要求較低，不必制備泥漿循環系統，取土后土體可以馬上直接轉運。

（2）干孔成樁施工工藝更簡單，施工簡便，成孔較快，且施工質量易于控制，對于機械設備損耗小，成本較低。

（3）成孔迅速，粘土地質鉆進速度可以達到0.3～0.4cm/min（包含下桿、提土等時間）。

4.混凝土澆筑由于沒有泥漿等雜物，樁體成型質量相比水下灌注樁更好。

缺點：

（1）粘土地質穩定性差，鉆機易偏位。

（2）土含水量高后自穩性低，同時在膨脹力作用下，孔體護壁易塌孔。

在施工過程中，整體上粘土干孔成樁施工工藝相對于含水量豐富的砂卵石等地層條件其工藝更為簡單，有利于現場文明施工，施工成本更低且工效更快。但在施工中必須隨時注意土層含水量變化，若土層含水量增加，應在工序轉換和施工技術上及時處理，在最不利條件下果斷采用水下灌注樁工藝施工成樁，以避免塌孔等不良影響。

參考文獻：

[1]繆林昌 仲曉晨 殷宗澤 《膨脹土的強度與含水量的關系》；

[2]邊加敏 王保田 《含水量對非飽和土抗剪強度參數的影響研究》 地下空間與工程學報2011年01期；