城際鐵路深基坑圍護結構含較長空樁鉆孔灌注樁施工技術

劉寶

城際鐵路深基坑圍護結構含較長空樁鉆孔灌注樁施工技術

劉寶

本文針對城際鐵路深基坑中二級基坑圍護結構采用鉆孔灌注樁形式含較長空樁、樁間距較小、連續作業困難的情況，通過對護壁泥漿進行分析，采取合理措施使施工作業連續進行并確保了鉆孔樁的施工質量。

一、工程概況

莞惠城際鐵路云山西路至客運北站區間采用明挖法施工，區間沿惠州大道由南向北布置，線路分正線區間（一級基坑）及走行線區間（二級基坑），走行線與正線并行下穿惠州大道，在GDK104+100處接走行線暗挖區間去往車輛段。其中走行線圍護結構采用鉆孔灌注樁+旋噴樁止水帷幕，共計418根樁，空樁均長13.5m。工程所處地層主要為：素填土、粉質粘土、砂層、含礫砂巖。

二、施工中存在問題

1.本工程為上下兩層基坑，一級基坑包裹二級基坑形式，一基坑支撐形式為兩層混凝土支撐形式間距9m，且第二道支撐高度距一級基坑底僅為6米，在6米凈高范圍內目前可施工鉆孔樁的機械較少，即使可施工，工期也非常緩慢，造成一級基坑無法及時封閉，增加基坑的暴露時間，風險大，必須同期施工一、二級基坑鉆孔樁。

2.二級基坑平均空樁長度13.5m，樁的定位及垂直不易控制，鉆進過程中如出現問題，更正較困難；樁體為排樁形式，連續作業情況下在空樁范圍內的樁間土將全部被去除形成一段槽，槽段內任意空樁范圍內的坍塌都將影響到其余樁位的施工。

3.樁基施工地層中含有砂層易塌孔，需做好泥漿濃度控制，即使混凝土灌注完畢后仍需長時間保持空樁范圍內泥漿濃度穩定并合理安排好施工作業順序以減少機械在此范圍內的擾動，確保空樁范圍內長時間不坍塌。

三、采取的施工措施

1.增加導墻

導墻施工一般用于地下連續墻及咬合樁的施工中，鉆孔灌注樁施工一般采用鋼護筒形式，導墻的作用有：（1）給成槽機成槽提供導向；（2）儲存泥漿和防止槽口坍塌；（3）作為施工時水平與垂直測量的基準；（4）為鋼筋籠安放、混凝土導管安置、成槽機提供標定。此處添加導墻主要因大范圍空樁的存在，導致鋼護筒無法固定，樁基施工完成后護筒需拔除影響地表土的穩定，所以添加導墻，目的主要為：精確定位，防止孔口地表土坍塌，樁基施工機械可反復在此范圍施工直到將此處樁位全部施工完畢。

2.合理安排樁位施工順序

此處樁位施工順序安排必須考慮兩個因素：總體施工時間要短、擾動次數要少，經研究后決定采取“隔三打一”的施工順序，即：先施工1、5、9，再施工3、7，最后施工2、4、6、8，三個循環完成所有樁位施工。

3.空樁處理

按以往經驗空樁均采用回填措施，或回填時摻加水泥或外加劑的形式確保回填密實度。在此處工程，由于回填等待時間太長，需等到回填完全密實達到二次擾動時不坍塌，因此此處施工時空樁范圍不采用回填，泥漿均存于孔內，待臨樁施工前采用泥漿泵將原樁孔內二次循環，保持原樁內的泥漿護壁作用，再進行臨樁施工。

4.樁定位及垂直度控制

樁基定位，采用測量放點與樁中心，引十字絲于導墻上基坑，施工中多次量測即可，樁基采用旋挖機進行作業，首先確保機械所在地面為水平面，確保垂直度。

5.泥漿控制

鉆孔灌注樁所使用泥漿具有一定重度，泥漿在孔內對孔壁產生一定的靜水壓力，可抵抗作用在孔壁上的地層水土壓力，相當于基坑內的內支撐，起到保護孔壁防止孔壁坍塌脫落的作用，施工中泥漿比重越大，孔內穩定性越好，比重小則孔壁支撐力小易失穩，但泥漿比重過大由影響孔底清底及混凝土灌注，因此泥漿選擇方面需綜合考慮孔內穩定及施工因素。

區間部分樁基在8m至16m間存在砂層，砂層為整段土層中最易發生坍塌地層，在鉆進過程中，孔壁主要受力為：孔內泥漿壓力P1，地層壓力P2，孔內因拱作用產生的支撐力P3，孔壁土側壓力P4（郎肯主動土壓力），地表荷載產生的壓力P5，地下水的滲透力F1，孔內水向孔壁滲流的滲透力F2，使孔壁穩定的前提條件為：

由土力學圓孔穩定原理得出，使孔壁穩定所需的支護應力為：

式中∶ σ0——組織孔壁坍塌所需的支護應力，KN/ m2；

γa——孔壁土密度

R——鉆孔半徑

mo——與2H/d及土的內摩擦角有關的參數

H——鉆孔深度

由以上公式得：

P1-P2為靜水壓力，當靜水壓力大于所需的支護應力與地面荷載側壓力之和，孔壁就穩定，小于時孔壁就會失穩坍塌。地面荷載產生的側壓力，根據郎肯主動土壓力理論有：P5=qtg2（45o-θ/2），一般q=15～20KN/m2。

在16m處，2H/d=32/1=32，砂層內摩擦角θ=25度（設計給出），得出σ0=0.5γadmo=9.5kPa，P5=（15～20）*tg2（45-25/2）=6.09～8.12，所以理論定出的要使孔壁穩定所需的支護力至少為15.59～17.65kPa。

孔內充滿泥漿時，孔壁上作用的泥漿靜水壓力P1=0.5γmH2及孔壁地層土壓力P2=0.5γH2tg2（45oθ/2）-2cH tg2（45o-θ/2），式中γ為土體容重，c為土體凝聚力(砂層為0)，據上述得出泥漿重度γm，考慮成孔的安全系數1.5，得泥漿比重控制在1.8～1.21之間（盡量取大值），此次采用的泥漿由水、粘性土、少部分膨潤土及添加劑（CMC）構成。

四、施工中控制

樁基鉆進過程中需多次測試泥漿比重，由于空樁長度長且影響臨樁施工，在單樁混凝土灌注完畢后仍需保持孔內泥漿比重，現場采用泥漿泵增加循環時間。

臨樁施工鉆進時，樁間的間隙土將全部破壞，計算泥漿用量時需考慮此部分體積，施工時確保先施工樁體與正在施工的臨樁孔內泥漿液面齊平并控制在地面以下1～1.5m范圍內。

五、施工完畢后處理

由于二級基坑共有418根樁體，施工時劃分4個區域，由4臺徐工XR360機械施工，盡可能縮短施工工期，減少空樁存在時間。

全部樁體施工完畢后，采用灌注砂土置換出原孔內泥漿，此次一次性處理泥漿量大，施工組織要做好。

六、結語

此次施工由于是大基坑嵌套小基坑（小基坑自帶支護）形式，相似工程國內并不多見，施工中無論是基坑圍護結構、土方開挖支撐架設及結構施工均存在一定的困難，工序繁多，在施工階段前期較難形成流水化作業，必須要基坑開挖暴露出較長一段后才能顯現出全部作業內容。

二級基坑圍護結構鉆孔灌注樁施工，考慮到空樁長且是排樁形式，地層還有砂層，極易出現塌孔現象，施工綜合了地下連續墻及咬合樁的一些施工理念，將所有樁位施工完畢后，空樁范圍內形成一段充滿泥漿類似于地連墻的槽段，確保樁位施工連續作業。在具體施工時，上述還有不足，比如混凝土灌注后鋼筋籠吊筋仍需保持直立，防止侵入臨樁施工范圍內，損壞已成樁樁體及施工機械。

（作者單位：中鐵十六局集團有限公司）