臨近地鐵隧道樁基礎穿越高水位松散地層施工新技術

張洪濤 （中鐵四局集團第五工程有限公司，江西 九江 332000）

1 引言

在高水位、松散砂卵石、周邊臨近地鐵隧道和既有橋梁基礎的條件下的大直徑嵌巖樁施工時所面臨的主要問題：水位高、松散砂卵石旋挖成孔，孔壁坍塌風險較大；嵌巖部分樁長需要分多級擴孔施工，時間較長對孔壁質量要求高；周邊地鐵隧道和既有橋梁樁基礎對周邊地基土變形要求高；水下灌注混凝土時風險大。針對上述問題目前常用解決辦法是：第一，全套管回旋鉆機施工，但機械設備要求高，成本高；第二，永久鋼護筒施工，但鋼護筒存在安放垂直度控制難度大問題，不容易安放到位。本案例中采用孔壁四周旋噴加固施工技術，解決了此類條件下大直徑嵌巖樁的施工難問題。該施工方法可以很好的控制樁基的成樁質量，且對臨近地鐵起到一定的保護措施。

2 工程概況

某臨近地鐵區間新建跨河橋梁左幅75號、76號墩樁基礎設計為端承樁，樁徑分別為2.8m、2.5m，樁長分別為57m、56m，76號墩樁基成孔孔深為62.87m。56m樁長范圍內圓礫及礫砂層長度38m，泥礫層長度8.8m，入巖長度9.2m，距離既有地鐵地鐵十號線區間結構約3m，地鐵底距地面約25m。樁基設計采用全護筒跟進，護筒底進入泥礫層2m。樁基礎與臨近地鐵位置關系見圖1。

樁基礎主要性質和參數見表1。

3 施工問題

圖1 樁基礎與臨近地鐵位置關系圖

樁基礎土層主要參數表 表1

沈陽市某跨渾河新建橋梁工程對既有地鐵10號線跨渾河段區間安全性影響評估報告和設計文件對施工要求在泥礫層以上范圍內的松散地層內安放永久鋼護筒進行護壁，但在施工過程中存在以下問題：

①鋼護筒安放過程中，地鐵監測位移變形較大，尤其是在使用震動器的情況下，地鐵隧道位移變形已達到臨界預警值；

②鋼護筒下放困難，鋼護筒垂直度較難確保，鋼護筒下放至圓礫層時，由于在下沉過程中，鋼護筒遇有大顆粒造成傾斜，同時由于鋼護筒下放時間較長，樁周土層的靜水壓力逐漸平衡，增加鋼護筒下放或拔出的難度；

③鋼護筒振動下沉過程，擾動土層的穩定，土層中的初始應力釋放，導致在護筒根部位置出現砂土的流動，造成下層土層脫空，且越振動，土層脫空范圍越大。

4 解決方案

針對上述問題，經過研究分析，孔壁周圍采用旋噴樁加固處理的施工方法，該方法主要用于不良地基的處理。其工作原理為同時將高壓水泥漿和空氣兩種介質噴射流橫向噴射出，沖擊破壞土體，在高壓漿液和它外圈環繞氣流的共同作用下，破壞土體的能量顯著增大，最后在土中形成較大的固結體。本案例中的主要作用為在樁周圍一定范圍內形成一個穩定的加固土體，為樁基鉆進的過程提供護壁及支撐，防止發生塌孔，減少樁底沉渣。

本案例中高壓旋噴樁采用雙管法，旋噴樁直徑0.8m，咬合間距0.2m，旋噴樁中心位置距離樁基外側40cm，灌漿采用的水泥漿液濃度1.5g/cm3，水灰比1∶1；采用普通硅酸鹽水泥，水泥摻合量不小于土天然質量的25%。旋噴樁長度至泥礫層下2m，單樁加固總長度46.9m。旋噴樁平面布置見圖2，旋噴樁施工參數見表2。

圖2 直徑2.5m、2.8m樁基旋噴樁平面布置圖

旋噴樁施工參數表 表2

施工過程中要時刻注意漿液的配比及鉆進的速度，具體施工時要注意以下幾點。

①制備水泥漿。按設計確定的配合比拌制水泥漿。首先將水加入桶中，再將水泥和外摻劑倒入，開動攪拌機攪拌10min～20min，而后擰開攪拌桶底部閥門，放入第一道篩網（孔徑為0.8mm），過濾后流入漿液池，然后通過泥漿泵抽進第二道過濾網（孔徑為0.8mm），第二次過濾后流入漿液桶中，待壓漿時備用。

②插管。當采用旋噴注漿管進行鉆孔作業時，鉆孔和插管二道工序可合而為一，鉆機借助噴射管本身的噴射或振動貫入。其過程為：啟動鉆機，同時開啟高壓泥漿泵低壓輸送水泥漿液，使鉆桿沿導向架振動、射流成孔下沉；直到樁底設計標高，觀察工作電流不應大于額定值。

③提升噴漿管、攪拌。噴漿管下沉到達設計深度后，停止鉆進，旋轉不停，高壓泥漿泵壓力增到施工設計值（20～40MPa），底噴漿 30s后，邊噴漿，邊旋轉，同時接通空壓管，泥漿泵、空壓機和鉆機進行旋轉，并用儀表控制壓力、流量和風量，分別達到預定數值時開始提升，繼續旋噴和提升，直至達到預期的加固高度后停止。

④樁頭部分處理。當旋噴管提升接近樁頂時，應從樁頂以下1.0m開始，慢速提升旋噴，旋噴數秒，再向上慢速提升0.5m，直至樁頂停漿面。

⑤若遇礫石地層，為保證樁徑，可重復噴漿、攪拌：按上述2～4步驟重復噴漿、攪拌，直至噴漿管提升至停漿面，關閉高壓泥漿泵、空壓機，停止水泥漿、風的輸送，將旋噴漿管旋轉提升出地面，關閉鉆機。

5 結論

經過兩個承臺6根大直徑樁的施工，樁周旋噴樁加固處理取得了良好的效果，完成了在松散地層中不使用永久鋼護筒護壁的樁基礎施工。

①旋噴樁加固處理樁周土體的過程、樁基礎鉆進過程中，地鐵隧道累計變化量在-0.7mm～4mm之間，小于累計變化控制值5mm。變化速率在-0.83mm～0.6mm/d之間，小于變化速率控制值1mm/d，施工過程中地鐵監測數據均在控制值范圍內，有效的保障了地鐵隧道的安全。

②經計算，6根大直徑樁基采用旋噴加固處理施工對比全護筒（永久護筒）跟進施工，無需大型吊裝設備和振沖設備大大降低安全風險，節約成本約120萬元，施工進度提前15d，為以后類似工程提供成功的經驗借鑒。