吊腳樁在地鐵圍護結構中的應用分析

周圣超

（中鐵六局集團廣州工程有限公司，廣東 深圳 518114）

1 吊腳樁簡述

吊腳樁在實際施工過程中又稱鎖腳樁，根據其施工工藝特點，屬于鉆孔灌注樁類別。在具體施工過程中，吊腳樁一般不會嵌入基坑底以下，吊腳樁深入巖層的深度根據具體情況決定，如果地質情況允許，還可以在樁身以下設置錨桿或者錨索，其目的在于進一步加固吊腳樁，達到最佳穩定性。而樁底以下至基坑底可采用巖石錨桿加固巖體。吊腳樁在實踐應用過程中具有傳統鉆孔灌注樁的相關優勢，且吊腳樁自身樁身較短，因此其整體施工工期很短，需要的材料也較少，這就使得其整體建設成本大幅下降，在地鐵施工建設過程中得到推廣應用。文章結合具體案例分析吊腳樁的實踐應用，為相關工作人員提供借鑒。

2 吊腳樁在地鐵車站基坑施工中的應用

2.1 工程地質條件分析

石芽嶺站位于盛寶路與布瀾路交叉口，對深基坑進行實地勘察，發現孔口標高為70.27～70.67m。場地原始地貌主要為臺地及其中間沖溝，局部為殘丘，地形略有起伏，現狀地形經人工改造后較為平坦，局部略有起伏。上覆第四系全新統人工堆積填土層、第四系沖洪積粉質黏土、淤泥質黏性土、第四系角巖殘積黏土、粉質黏土、下伏侏羅紀角巖，呈全風化～微風化。此次地鐵施工過程中，車站吊腳圍護樁區段位于當地錐形巖體構造中，覆蓋層主要由素填土、粉質黏土構成，由于角巖巖面線起伏較大，淺表層素填土、粉質黏土深度不均勻。

針對深基坑的考察發現，石芽嶺站基坑施工場地揭露的覆蓋層主要有第四系人工堆積層（Q4ml）、第四系全新統沖洪積層（Q4al+pl）、第四系殘積層（Qel），局部分布坡積層（Qdl），下伏基巖為侏羅系（J2tn）角巖等，沿線地質具體情況如圖1所示。

圖1 地質縱剖面圖

考察還發現，深基坑內部下伏基巖為侏羅紀角巖，吊腳圍護樁區段基巖埋深很淺，埋深為0.6～4.0m，最淺處僅路面結構層以下可見中風化角巖。該區段侏羅紀角巖自上而下依次為全風化角巖、土狀強風化角巖、塊狀強風化角巖、中風化角巖、微風化角巖。中風化角巖為塊狀構造，結構部分被破壞，沿節理面有次生礦物，風化裂隙發育，巖體被切割成巖塊，為較硬巖～堅硬巖，主要為較硬巖；微風化角巖亦為塊狀構造，結構基本未變，僅節理面有渲染或略有變色，有少量風化裂隙。巖石飽和單軸抗壓強度為40.3～155.0MPa，標準值為67.4MPa，為較硬巖～堅硬巖，以堅硬巖為主。

2.2 水文地質條件分析

石芽嶺車站范圍內未見常年地表水體。根據其賦存介質的類型，場地地下水主要有兩種類型：一類是第四系松散巖類孔隙水，主要賦存于第四系巖土層中；另一類為基巖裂隙水，主要賦存于強風化及中風化帶中，略具承壓型。由此可見，石芽嶺車站吊腳圍護樁區段水文地質情況非常具有代表性。

（1）第四系松散巖類孔隙潛水。主要賦存在第四系沖洪積、殘積層中。第四系黏性土層透水性弱，主要由大氣降水和地表水滲流補給，排泄方式主要為蒸發和地下徑流，水量一般，水質易被污染，水質較差。

（2）基巖裂隙水。基巖裂隙水普遍存在，其具體情況受到當地基巖影響，會出現各種變化，水位一般不穩定。地下水補給來源主要為第四系地層中的孔隙水補給，其次是地下水徑流補給。主要是以地下徑流由高往低排泄。

2.3 設計概況

深圳地鐵14號線石芽嶺站為地下兩層島式換乘車站，考慮到地鐵工程施工的特性以及當地的地形地質環境，結合地鐵車站施工建設的原則和標準，主體結構采用明挖順作法進行施工，車站長度為478.226m，標準段寬為21.28m，深度為17.25～27.35m，其圍護結構主要形式為地下連續墻，局部區段采用吊腳圍護樁形式。其中1～48軸、55～59軸采用800mm（1000mm）厚地下連續墻+內支撐（局部+錨索）的支護形式，大里程端配線范圍49～54軸采用Φ800mm@1000mm的鉆孔灌注樁+內支撐（局部+錨索/錨桿）及放坡+噴錨的支護形式。吊腳樁區段位于配線區，長度為47.8m，寬度為13.8～24.9m，基坑開挖深度為23.4m，三層結構，設計吊腳圍護樁91根，A型樁27根（樁長15m），B型樁64根（樁長9m），具體平面布置情況如圖2所示。另外，在吊腳樁樁底設計有寬度為1000mm的吊腳平臺，并設置對應的混凝土腰梁，在樁底以下設計對應的巖石錨桿，這個結構能夠有效利用巖石自身的穩定性來增加結構的穩定性。

3 施工中的問題及解決措施

3.1 成樁工藝和設備選型

前期組織吊腳圍護樁（鉆孔灌注樁）施工過程中，根據設計圖紙及水文地質情況，鉆孔設備采用山河智能SWDM420旋挖鉆機（動力頭輸出扭矩225kN·m，最大加壓力420kN），鉆孔進度緩慢，入中風化巖層后平均每小時進尺在5～10cm，并且施工場地處于巖層背斜區域，斜巖角度大，鉆孔過程中出現偏孔，再加上巖石硬度大，鉆頭磨損嚴重。

石芽嶺站地質情況復雜，巖石樣本經現場取樣試壓，實測中、微風化角巖強度遠大于詳勘顯示的數據，局部巖層抗壓強度達244MPa，采用旋挖鉆進行吊腳圍護樁施工非常困難，穿越巖層很厚，成孔成樁效率緩慢。通過試樁，初步測算整個圍護結構施工工期，同時綜合考慮工期和成本因素，決定放棄該成孔工藝，尋求新的解決辦法。

圖2 圍護樁平面布置圖

經過深入研究成孔方案，廣泛咨詢硬巖成孔工藝，項目部決定采用氣動潛孔錘來完成此項工作。潛孔錘是通過旋挖鉆改裝而成，由主機（旋挖鉆）、空壓機組、改裝鉆桿、氣管、沖擊器、錘頭等組成。利用旋挖鉆機的動力和機架進行工作，將潛孔錘選配在旋挖鉆機上，使改造后的旋挖鉆機具備鑿巖功能，既提高了設備的利用率，又降低了設備的投入成本。

潛孔錘的沖擊器和錘頭是根據成樁孔徑定制，錘頭采用特制合金鋼材料制成。鉆桿中心設置密封的高壓空氣通道，頂端通過氣管與空壓機連接，底端與沖擊器軸向連接，而沖擊器與錘頭采用螺紋連接。根據現場巖石抗壓強度，配備4臺空壓機。潛孔錘施工過程中，經現場記錄，整理統計出其在中、微風化角巖成孔效率是旋挖鉆的10～15倍，大大提高了成孔速度，最終在1個月左右完成91根圍護樁的施工，比計劃工期提前了2個月。若在成孔過程中巖層上覆土層時，由于高壓氣流是從錘頭往上噴，造成樁孔四周土層塌方，需加設鋼護筒，以確保土體穩定。

3.2 基坑開挖及支護方法

（1）圍護樁止水措施。根據設計圖紙以及詳勘報告，圍護樁樁間止水采用Φ600mm@1000mm高壓旋噴樁，樁底至中風化巖頂采用三管旋噴工藝。旋噴樁施工過程中，由于中風化巖層埋深較淺，而且根據現場實際情況，中風化角巖上覆厚度約2.6m的塊狀強風化，其巖石抗壓強度可達到144MPa，成樁難度大，旋噴注漿過程中返漿量大，水泥漿很難深入擴散，成樁效果不理想。經討論研究，決定采用潛孔鉆引孔、鋼花管注漿的方式進行二次止水，增強止水效果，確保基坑開挖坑外地表和圍護結構的穩定性。高壓旋噴樁以及鋼花管注漿施工技術要點如下：①水泥摻量宜取土的天然質量的25%～40%，水泥最終摻量根據試驗確定，不宜＜350kg/m3，高壓噴射注漿應按水泥土固結體設計有效半徑與土的性狀確定噴射壓力、注漿流量、提升速度、旋轉速度等工藝參數，應根據現場試驗確定。②采用P42.5級普通硅酸鹽水泥，建議水灰比為1.0，并在0.9～1.1范圍內調整。根據實際情況可適當添加外加劑。③采取隔孔分序方式，同時還需要科學控制注漿的間隔時間，一般情況下，相鄰孔在進行注漿操作過程中，需要保持間隔時間長達1d；噴射過程中還需要注意方式和速度，保持噴射均勻，同時還需要科學控制停止噴射以后的位置。④噴射注漿過程中，需要根據返漿情況調整噴射方式，當返漿達到一定程度，可以采用提高噴射壓力的方式進行工作，確保噴射效果；如果出現液面下降的情況，要根據需要做好后續補償工作；注漿過程中出現中斷，后續工作過程中要確保與前期注漿保持良好連接，并控制其長度。⑤注漿過程中，如果因為漿液滲漏導致返漿不出現的情況，要調整注漿工作，將其集中在對應位置進行持續注漿，同時還需要填入相關材料，確保其產生返漿現象。⑥樁間止水采用三重管高壓旋噴樁，28d加固后土體無側限抗壓強度qu≥1.0MPa，滲透系數≤1×10-6cm/s。⑦旋噴樁垂直度偏差≤1%，樁定位偏差≤50mm。⑧鋼花管采用直徑48mm×2mm規格的無縫鋼管，采用螺紋接頭連接。

（2）基坑開挖控制要點。①在實施土方開挖工作之前，除了需要做好基坑圍護樁的建設工作，還需要做好噴樁的施工工作。另外，在進行基坑開挖前，必須確保灌注樁和冠梁達到相應標準。②基坑開挖至吊腳平臺標高時必須停止開挖，及時設置鎖腳錨索。錨索須根據設計要求施加一定的預應力，確保圍護結構的變形在設計允許范圍內，錨索施設完畢后，應檢查確認基坑的穩定性，安全后方可繼續開挖施工。同時，在基坑開挖過程中要注意監測圍護結構變位和支撐軸力變化，若發現圍護結構變位和支撐軸力有異常時，應立即采取有效措施補救，并立即通知相關單位進行處理。③土方開挖過程中，要注意控制速度，一般要按照分層分段的方式進行，同時開挖過程中需要科學控制高差；分段開挖過程中要合理控制長度，這有助于確保開挖的穩定性，避免影響到整體穩定性。實施澆筑過程中，要采用相關材料對樁與主體之間的間隙進行填充，確保其達到良好穩定性。④開挖至最后一道腰梁底標高時，應及時施作腰梁，并在吊腳圍護樁樁底以上一定距離開始預留900mm寬的吊腳平臺。預留吊腳平臺的過程中，有效控制平臺的高度和寬度，避免吊腳樁在后續處于懸空狀態。吊腳平臺表面施作100mm厚C25、P6早強噴射混凝土，噴射混凝土前掛φ8mm@200mm×200mm鋼筋網。⑤吊腳圍護樁嵌入微風化基巖以下，還需要采取相關措施確保鎖腳平臺以及對應巖體的穩定性。

（3）錨索以及錨桿施工技術要求。①根據地勘資料并結合現場實際情況，現場有14根吊腳圍護樁（A樁）樁底進入中風化巖層較淺，入中風化巖層最深為6.6m，最淺為3.2m，錨固深度不夠，錨固力不足，故該區段采取了錨索鎖腳的方法來穩定樁底。豎向設置一道錨索，其錨固點位于吊腳平臺上方，距離樁底2.5m，水平間距均為2.0m，傾角角度均為30°，錨固體直徑均為150mm，錨索長度為14m，自由段長度為6m，錨固段長度為8m，錨索均采用3束高強度、低松弛鋼絞線。②錨索的安裝應符合下列規定：安裝之前應檢查錨索體質量，確保符合設計要求；注漿管應和錨索體一起置入鉆孔內，注漿管底端距孔底宜為50～100mm，二次注漿管的出漿孔和端頭應密封，保證一次注漿時漿液不進入二次注漿管內；錨索體插入孔內深度不應＜錨索長度的95%，亦不得超深，以免外露長度不足。③錨索的注漿應符合下列規定：漿體按設計配制，宜選用灰砂比1∶0.5～1∶1的水泥砂漿或水灰比0.45～0.5的純水泥漿；二次高壓注漿宜使用水灰比為0.45～0.5的純水泥漿；一次注漿待孔口溢漿，即可停止注漿；二次高壓注漿應在一次注漿形成的水泥結石強度達到初凝后進行，注漿壓力不宜＜2.0MPa，二次注漿時間可根據注漿工藝通過試驗確定。④錨索張拉和鎖定應符合以下規定：錨索張拉時，腰梁及臺座的混凝土抗壓強度、錨固段的注漿體抗壓強度不應低于設計強度的80%；錨索正式張拉前，應取0.1～0.2倍軸向拉力標準值進行預張拉；錨索張拉至1.1kN時，應保持一定時間，觀察其變化趨于穩定時，然后卸荷至0后，重新張拉至設計鎖定荷載進行鎖定。⑤吊腳平臺以下均為微風化角巖，巖體比較完整，有少量風化裂隙，巖體自穩性較高，未設置預應力錨索，而是采用加設全粘接砂漿錨桿的方案，同時在巖面掛網噴射混凝土，桿材采用HRB400的鋼筋，其直徑為25mm，長度為4000mm，錨桿設置傾角為15°，錨桿布置間距1500mm×1500mm，呈梅花型布置。巖體表面施作100mm厚C25、P6早強噴射混凝土，噴射混凝土前掛φ8mm@200mm×200mm鋼筋網。⑥錨桿的施工應遵守下列規定：錨桿桿體放入孔內或注漿前，應清除孔內的巖粉、土屑和積水；根據錨孔部位及方位，可先注漿后插桿或先插桿后注漿。當遇坍塌孔或孔壁變形，注漿管插不到孔底時，應對錨桿孔進行處理，或擇位補打錨孔；錨桿安裝后，在注漿體強度達到70%設計強度前，不得敲擊、碰撞或牽拉。具體情況如圖3所示。

4 注意事項

綜上所述，吊腳樁在施工中的應用要注意以下4點：（1）做好詳勘工作，對地層復雜處做好補勘，保證吊腳樁施工處巖層完整性，特殊地質應詳細說明；（2）設計出圖時，視地層情況輔助巖石錨桿，施作吊腳平臺；（3）施工時需要及時施作吊腳平臺并對圍護樁進行鎖腳，保證平臺寬度及高度滿足要求，避免基坑長時間暴露，及時施工主體結構；（4）監測應加強施工監測頻率，及時反饋信息，為施工提供可靠信息。

5 結束語

圖3 圍護樁橫向剖面圖

為了有效開展地鐵施工，需要積極應用先進的生產施工設備和技術。在這個過程中，針對深基坑的施工尤其需要控制好整體工藝，在具體施工建設過程中，吊腳樁是經常采用的一種施工工藝，這種工藝施工時間較少，成本較低，還能達到良好施工效果，因此在地鐵施工建設過程中得到廣泛應用。

吊腳樁是對傳統鉆孔灌注樁施工技術的一種創新型應用，初期應用肯定有各種問題，但是對地質條件相對較好的地區，吊腳樁不失為一種綜合性能較好的支護方式。隨著地鐵工程迅速發展，建筑技術也在不斷創新，吊腳樁在地鐵圍護結構中的應用將越來越廣泛，在今后的吊腳樁施工中做好吊腳樁施工的注意事項，吊腳樁是可以在支護領域大放異彩的。