靜壓沉管成孔擠密樁地基處理在西安地鐵施工中的應(yīng)用

陸建國(guó)

（中鐵四局集團(tuán)有限公司西安分公司 陜西西安 710082）

引言

立題背景：隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國(guó)越來(lái)越多省會(huì)級(jí)城市及符合國(guó)家發(fā)改委相關(guān)規(guī)定的城市開(kāi)始進(jìn)行各市的地鐵或輕軌交通建設(shè)。西安市亦于2006年開(kāi)始建設(shè)本市的軌道交通。因西安市地處黃土地區(qū)，地質(zhì)條件與其他地區(qū)不同，多存有地裂縫、濕陷性黃土等特殊地質(zhì)條件，為西安地鐵建設(shè)帶了新的挑戰(zhàn)。地裂縫、濕陷性黃土特殊地質(zhì)在西安地鐵十年來(lái)的建設(shè)過(guò)程中得以解決。目前對(duì)濕陷性黃土進(jìn)行地基處理加固時(shí)擠密樁施工均采用施工方式，如沖擊或者振動(dòng)成孔方式進(jìn)行施工。均存在對(duì)地層擾動(dòng)大，會(huì)造成沖擊荷載及振動(dòng)荷載，不能用于本項(xiàng)目施工。

1 工程概況

西安地鐵五號(hào)線(xiàn)雁鳴湖停車(chē)場(chǎng)主要包含綜合樓、污水處理站等房建工程，室內(nèi)外裝修（含水電暖等）及室外綠化工程，停車(chē)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)庫(kù)、洗車(chē)庫(kù)等鋼結(jié)構(gòu)工程及入場(chǎng)線(xiàn)段地下結(jié)構(gòu)工程。

其中出入場(chǎng)線(xiàn)段長(zhǎng)度為537.6m，該處地質(zhì)情況根據(jù)前期勘探揭露地層自上而下為雜填土（1-1）、新黃土（3-1-1）、古土壤Ⅱ（3-2）、老黃土Ⅲ（4-1-1）、粉質(zhì)黏土Ⅲ（4-4）、中砂（4-7）、卵石礫層（4-11）粉質(zhì)黏土Ⅲ（4-4）。其中3-1-1層新黃土、3-2層古土壤及4-1-1層老黃土（水上）具濕陷性，4-2-1層古土壤僅局部具自重濕陷性和濕陷性。根據(jù)探井試驗(yàn)資料分析，本工點(diǎn)濕陷性土層深度約為27m。在出入場(chǎng)線(xiàn)段與正線(xiàn)交疊段對(duì)工程產(chǎn)生影響的土層厚度為8～8.6m。如圖1、2所示。為確保主體結(jié)構(gòu)建成后，有雨水下滲至該地層后由于濕陷性導(dǎo)致不均勻沉降，引導(dǎo)主體結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生次生內(nèi)力，對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性、安全性等產(chǎn)生影響，在結(jié)構(gòu)施作前，對(duì)基進(jìn)行加固處理。

圖1 出入場(chǎng)線(xiàn)段與正線(xiàn)交疊段縱剖面示意圖

2 原設(shè)計(jì)方案

圖2 出入場(chǎng)線(xiàn)段與正線(xiàn)交疊段平面示意圖

最初因未考慮總工期統(tǒng)籌原因，未考慮到已施工正線(xiàn)，設(shè)計(jì)方案為常規(guī)動(dòng)力成孔方式。但進(jìn)場(chǎng)后對(duì)正線(xiàn)土建施工標(biāo)段進(jìn)行察訪(fǎng)后得知，正線(xiàn)初支已施工完成。根據(jù)工期安排，在我單位開(kāi)始施工出入場(chǎng)線(xiàn)段與正線(xiàn)交疊段地基加固時(shí)，與出入場(chǎng)線(xiàn)交疊段正線(xiàn)區(qū)間隧道二襯不能按期施工完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。

3 改進(jìn)方案

在此情況下，為了避免在采用原方案施工時(shí)對(duì)已施工正線(xiàn)隧道初支產(chǎn)生影響，造成其發(fā)生側(cè)向位移或破裂等。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及設(shè)計(jì)施工要求進(jìn)行分析后，決定對(duì)成孔方式工藝進(jìn)行更換，以避免對(duì)已完成隧道初支產(chǎn)生影響。

經(jīng)對(duì)目前已有成孔工藝進(jìn)行對(duì)比后，決定采用靜壓沉管方式進(jìn)行成孔施工。采用此方式成孔優(yōu)點(diǎn)有二：

（1）有鐵路、公路路基在進(jìn)行地基處理時(shí)采用沉管成孔擠密樁施工的先例，有經(jīng)驗(yàn)可對(duì)比借鑒。

（2）該方式能避免常規(guī)動(dòng)力成孔時(shí)產(chǎn)生的沖擊及振動(dòng)荷載對(duì)已施工完成下部正線(xiàn)隧道初支結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，確保其結(jié)構(gòu)安全性。

4 靜壓沉管成孔擠密樁施工工藝

靜壓沉管是通過(guò)靜力壓樁機(jī)以壓樁機(jī)自重及配重作反力可將帶鋼腳壁刃的鋼管采用環(huán)箍下壓方式壓入地層土中。待成孔到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，拔除鋼套管后向孔內(nèi)進(jìn)行填料進(jìn)行靜壓夯實(shí)操作。由于施工過(guò)程中無(wú)沖擊荷載及振動(dòng)荷載產(chǎn)生，所以能避免對(duì)已完成建構(gòu)筑物產(chǎn)生影響。

4.1 工藝流程（如圖3）

4.2 操作工藝

（1）場(chǎng)地平整

在樁孔施工前，應(yīng)先對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行平整，確保施工機(jī)械停機(jī)平穩(wěn)。對(duì)施工范圍的場(chǎng)地進(jìn)行平整、壓實(shí)，以達(dá)到樁機(jī)行進(jìn)和施工作業(yè)無(wú)障礙要求。

（2）測(cè)量定位

施工前，根據(jù)平面布置圖、樁位圖，對(duì)已進(jìn)行編號(hào)樁位進(jìn)行放樣，定施工樁位點(diǎn)，并做好標(biāo)識(shí)并做好護(hù)樁，經(jīng)檢驗(yàn)無(wú)誤后，方可進(jìn)行施工，施工過(guò)程中進(jìn)行施工記錄。樁孔中心點(diǎn)的偏差不超過(guò)±20mm。

圖3

（3）成孔施工

將成孔樁機(jī)進(jìn)行拼裝調(diào)試，樁機(jī)移位至樁位處就位并調(diào)平。在鋼套管下部用過(guò)圓中心垂直方向交叉（即鋼套管圓心）點(diǎn)吊垂球，并用垂球進(jìn)行樁位對(duì)位，用經(jīng)緯儀或全站儀在兩個(gè)相互垂直的方向檢查垂直度，鋼套管調(diào)整后垂直度偏差不應(yīng)大于0.5%，符合要求后進(jìn)行鋼套管壓入施工。壓管完成后，須檢查樁孔底部有無(wú)進(jìn)泥進(jìn)水，有則須予以清除。壓管施工時(shí)，應(yīng)以樁長(zhǎng)控制為重要依據(jù)，以試樁確定的壓樁力標(biāo)準(zhǔn)值作為最終壓力控制的參考依據(jù)。滿(mǎn)足樁長(zhǎng)控制標(biāo)準(zhǔn)后，即可停止壓樁。

下壓沉管時(shí)，當(dāng)樁身的傾斜度超過(guò)1.5%，應(yīng)拔除鋼套管進(jìn)行填孔后重打，若出現(xiàn)樁孔歪斜，鋼套管腳壁刃損壞等情況，應(yīng)及時(shí)回填擠密重打，每次成孔拔管后應(yīng)及時(shí)檢查成孔質(zhì)量。

（4）壓管達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，即可進(jìn)行拔管操作，當(dāng)直接拔出困難時(shí)可采用旋轉(zhuǎn)鋼套管后起拔，拔出樁管后立即進(jìn)行孔中心位移、垂直度、孔徑、孔深測(cè)量檢查，樁孔直徑允許偏差不超過(guò)設(shè)計(jì)值-20mm，樁長(zhǎng)允許偏差+0.5m。全部檢查合格后方可進(jìn)入下道工序施工或用蓋板覆蓋孔口進(jìn)行安全防護(hù)。

（5）靜壓夯填土

①靜壓夯實(shí)成樁（或微沖擊夯實(shí)）施工步驟

夯機(jī)調(diào)平并對(duì)準(zhǔn)樁中心位置→底夯→填料→夯實(shí)填料→至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高→夯機(jī)移位。

②樁孔內(nèi)灰土填料，其中石灰與土的體積比取2：8。石灰及土料選擇應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求如下：土料適用選料為粉質(zhì)黏土，土料中有機(jī)物含量不應(yīng)大于5%，且不得含有凍土土塊，渣土建筑垃圾粒徑不應(yīng)超過(guò)15mm。石灰可選用新鮮的消石灰或生石灰熟化，粒徑不應(yīng)大于5mm。石灰的質(zhì)量應(yīng)合格，有效CaO+MgO含量不得低于60%。

③樁體施工時(shí)，樁孔在填料前必須夯實(shí)樁底，樁孔身內(nèi)填土應(yīng)分層回填進(jìn)行夯實(shí)，平均壓實(shí)系數(shù)不小于相關(guān)規(guī)范要求值0.97，壓實(shí)系數(shù)最小值不應(yīng)低于0.93（設(shè)計(jì)要求為孔內(nèi)夯實(shí)不擴(kuò)孔，故樁間土不要求夯實(shí)系數(shù)）。

④填料施工前對(duì)土料的含水量進(jìn)行測(cè)定，以保證填土料接近最佳含水量。當(dāng)土料含水量超過(guò)最佳含水量±2%時(shí)，應(yīng)灑水濕潤(rùn)或進(jìn)行翻曬。

⑤擠密樁施工成孔的順序：在大面積處理施工時(shí)，應(yīng)遵循“從周邊開(kāi)始，均勻布置，逐樁加密，緊接夯填”的原則。首先從周邊開(kāi)始，分行列、分點(diǎn)位、分局部，在施工范圍場(chǎng)地平面內(nèi)均勻分布，逐樁進(jìn)行擠密施工，同一排內(nèi)應(yīng)間隔1～2孔進(jìn)行，如圖4所示。

4.3 質(zhì)量控制檢查表

（1）根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》關(guān)于夯實(shí)（夯擴(kuò)）灰土樁的質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，工程質(zhì)量施工質(zhì)量應(yīng)符合以下要求（見(jiàn)表1）。

（2）成品保護(hù)：

①對(duì)定位基準(zhǔn)樁位、基準(zhǔn)線(xiàn)引樁、基準(zhǔn)水準(zhǔn)點(diǎn)、樁點(diǎn)等，施工時(shí)不得碰撞。且宜經(jīng)常性測(cè)量和校核其平面坐標(biāo)位置、水平高程標(biāo)高是否滿(mǎn)足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

圖4

表1 夯擴(kuò)素土樁質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

②灰土擠密樁施工時(shí)，應(yīng)防止鄰近的已施工樁的樁體受到擠壓而破壞，發(fā)生斷樁頸縮現(xiàn)象。如有必要，須采取一定的質(zhì)量防護(hù)措施保證已施工樁樁體質(zhì)量。

4.4 施工注意事項(xiàng)

（1）遇雨雪天氣應(yīng)采取防雨雪措施（現(xiàn)場(chǎng)預(yù)備塑料膜），防止土料受雨水淋濕；下雨天、大風(fēng)天禁止施工。

（2）施工完成的樁孔在驗(yàn)收合格后需及時(shí)填料夯實(shí)。

（3）成孔及填料過(guò)程中，須有專(zhuān)人進(jìn)行成孔及回填夯實(shí)質(zhì)量旁站，并記錄施工情況。

（4）成孔過(guò)程如發(fā)現(xiàn)土層地質(zhì)與地勘資料不符，應(yīng)立即停止施工，并通知監(jiān)理及勘察單位，待查明情況后在監(jiān)理同意采取相關(guān)措施后，方可繼續(xù)施工。

（5）成孔后需及時(shí)進(jìn)行填料夯實(shí)，以免因施工擠壓造成鄰孔縮孔或塌孔。

4.5 結(jié)論與討論

西安地鐵施工過(guò)程中常用擠密樁施工對(duì)地基進(jìn)行加固處理，但均為常規(guī)動(dòng)力成孔施工。在本次遇到有由于客觀原因不能采用動(dòng)力成孔的情況下，采用靜壓沉管成孔方式，靜壓夯實(shí)回填料，解決了成孔問(wèn)題。

由于靜壓沉管及靜壓或微沖擊夯實(shí)過(guò)程不生產(chǎn)或僅產(chǎn)生微小振動(dòng)荷載及沖擊荷載，本案件成功經(jīng)驗(yàn)可為其他相似工程提供借鑒，或遇有敏感地層的工程實(shí)例提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

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