砂卵石礫巖地層土建工程綜合技術分析

隋守東

（中交（天津）軌道交通工程建設有限公司，天津 300381）

1 引言

在土建工程施工過程中，可能遭遇各種復雜地層。其中，砂卵石礫巖地層在樁基施工期間面臨較大成孔難度，容易導致周圍建筑物受到擾動，甚至面臨安全威脅。因此，還應加強砂卵石礫巖地層土建工程綜合技術研究，以便通過科學施工保證工程得到安全建設。

2 工程概況

某土建工程為地鐵車站地下施工項目，開挖深度在5.7～24.6m。周圍分布有市政道路、磚混建筑物，距離最近的建筑物基礎埋深3m。工程采用PBA 法施工，樁基采用沖擊成孔方式。從工程地質勘察結果來看，最上部為堆積層，包含雜填土、圓礫填土等，其下方為新近沉積層，包含圓礫卵石、砂土、粉土等，地層穩定性較差，施工過程中容易造成地表擾動，引發坍塌問題。因此，要加強地表沉降分析，為施工方案改進提供依據。

3 工程地表沉降分析

從工程地質情況（見表1）來看，上部為黏性土、粉土層，下部為碎石土層，由較小圓礫和卵石構成，與巖層交接位置分布卵漂石層，粒徑在30～80cm。根據地質勘察結果可知，漂石粒徑超出20cm 的占礫巖20%～30%，礫石風化程度有較大差異，強度測試結果顯示點荷載強度在0.63～10.15MPa，單周抗壓強度在15～139MPa 范圍。礫巖風化較弱，膠結狀況良好，但鉆進難度較大。

針對砂卵石礫巖地層，需要利用Peck 沉降預測模型對工程施工可行性進行驗證。采用Peck 修正公式，需要假設橫向地表沉降槽曲線符合高斯分布，不排水時沉降槽體積為地層損失體積，得到公式（1）。

表1 工程地層結構狀況

式中，S 為地表沉降值；x 為距離中心軸的距離；i 為開挖對地表影響范圍；V1為地層體積損失率；D 為隧道直徑，與施工技術、地質條件等相關，通常在0.5%～2.0%范圍內取值。

根據地域土性和工程埋深，可以對i 進行取值。結合施工經驗和地層情況，可以得到Peck 經驗公式（2）。

式中，S 為地表沉降值，x 為距離中心軸的距離；9.89 為i 的取值；在V1取值為0.93%，D 取值為22.13m 的情況下，能夠得到最大沉降值為144.1mm。

利用公式展開回歸分析，能夠得到沉降數值（見表2）。按照原本施工方案施工，工程最大地表沉降能夠達到33.5mm，容易造成周圍地段受到較大擾動，因此，還要對施工技術進行改進，以保證工程施工安全。

表2 地表沉降數據匯總

4 工程施工技術改進

4.1 方案比較

結合現有條件，施工主要可以采用的樁基成孔技術包含沖擊鉆成孔、旋挖鉆孔和人工挖孔。

采用沖擊鉆成孔工藝，地層將頻繁受到沖擊振動，容易出現坍塌、跌落等問題。局部漂石較多，容易導致卡鉆、埋鉆問題的發生，導致工期受到延誤。從工藝技術原理上來看，需要依靠重力進行鉆孔，遭遇大卵石或漂石將發生偏鉆。成孔期間，頻繁進行掏渣作業，將導致成孔較慢。一旦發生塌孔問題，又將導致混凝土灌注量增加，出現充盈系數變大問題，導致施工經濟性受到影響。

采用旋挖成孔工藝，使用的機械設備配備螺旋鉆、旋挖斗等多種鉆頭。采用旋挖斗，可以在旋轉時切入土斗，裝滿后停止旋轉，提出后棄土，然后重新旋挖切土，直至成孔【1】。遭遇漂石和卵石，可以對鉆頭進行更換，避免卡鉆問題發生，保證施工高效開展。采用全液壓方式進行系統控制，能夠使沉渣厚、孔位、孔深等得到嚴格控制，配合采用小導管支護技術，可以減輕孔壁受到的擾動。

采用人工挖孔技術，護壁和成孔難度均較大。因為工程距離建筑物較近，降水過程中容易引發沉降問題，造成周圍建筑物下降，甚至出現結構破壞問題，給施工帶來安全威脅【2】。

4.2 施工工藝

通過綜合分析比較認為，應采用旋挖鉆孔技術進行工程施工。該技術不僅具有較高自動化程度，能夠加快施工進度，也能結合地層變化進行鉆頭更換，保證工程施工安全的同時，減少地表擾動的發生。

在實際施工階段，需要提前做好工程準備，將地下障礙物清理干凈，對場地進行平整，直至達到樁頂標高以上位置。對旋挖鉆孔相關設備進行檢查，確保設備狀態良好。通過樁位放線，利用全站儀和鋼尺進行測量，做好控制點和水準點精度檢查，可以確定樁頂和樁底比高。期間，放線誤差在20mm 以內。配合超前小導管施工，需要利用清水和膨潤土完成泥漿配制，提供護壁保護。利用機械方式進行泥漿攪拌，摻入一定量黏土和純堿等外加劑，將泥漿相對密度控制為1.25～1.35g/cm3，能夠使泥漿性能得到改善【3】。由于得到的泥漿具有較強穩定性，因而護壁能力較好。

在鉆孔施工期間，需要在樁位處挖掘120mm 圓坑，用于進行護筒埋設。護筒直徑比樁徑大100～200mm，厚度為8mm，利用鋼板加工得到。完成護筒放置后，在四周撒優質黏土，并進行分層夯實，保證周圍密實。達到指定位置后，上部設置溢漿孔，與地面保持0.3m 距離。期間，應加強護筒位置調節，保證中心與孔樁中心重合，偏差不超過50mm，垂直度偏差不超過1%。鉆機到位后，可以進行水平調整，利用鋼尺復核。在鉆桿中心對正后，鉆機位置偏差在20mm 以內。根據地層狀況交替施工筒式鉆頭和撈渣鉆頭，能夠使巖體被破碎，利用提升裝置將渣及時排出，直至達到設計深度。完成鉆機調平后，應使設備保持垂直穩固。按照先輕壓方式進行鉆進，使鉆機緩慢旋轉，逐步增加轉速。根據排渣情況對鉆進速度進行調整，并在出渣時注入泥漿，使泥漿液面始終比地下水位高1～2m，能夠使孔壁保持穩定。成孔后需要做好清孔作業，沉渣厚不超過50mm，并使水位始終比外部高1m，以免發生塌孔問題。完成鋼筋籠吊放后，可以進行導管布置，并完成混凝土灌注。

4.3 改進效果

從試樁情況來看，在成孔深度達到31m，樁徑為1m 的情況下，利用TR220D 旋挖鉆機直至鉆進到12.3m 位置才出現強烈振動，提升后發現得到大砂礫，直徑最大達到19cm。更換鉆頭，可以順利鉆進。配合采用超前小導管加強護壁保護，期間未發生塌孔偏移問題，周圍地層受到的擾動較少。而成孔垂直度能夠達到要求，成樁質量較高。從沉降監測情況來看，日沉降量最大為2mm，沉降趨于穩定狀態后，累計沉降量平均達到8～9mm，最大為12mm，能夠滿足工程施工要求。

5 結語

在土建施工過程中，針對砂卵石礫巖地層還應加強地表擾動分析，確定樁基施工期間是否會發生坍塌等情況。采用Peck 公式加強預測，能夠確定地表沉降情況，為施工技術選擇提供依據。結合工程實際情況，制定科學施工方案，加強工藝過程管理，最終能夠使工程施工效果得到保證。