地鐵車輛段軟土地基靜壓預(yù)制管樁施工技術(shù)研究

夏安平

【摘 要】隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，城市軌道交通越來(lái)越發(fā)揮出其獨(dú)特而快速的運(yùn)輸功能，成為城市交通的重要組成部分。軟土地質(zhì)對(duì)軌道交通工程的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)帶來(lái)不穩(wěn)定性、不均勻沉降等一系列問題，嚴(yán)重影響到車輛通行與人員安全，因此對(duì)軟土地基進(jìn)行有效處理，確保軌道工程整體穩(wěn)定有著重要意義。文章結(jié)合工程實(shí)例，探討了地鐵車輛段軟土地基采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力砼管樁加固的施工技術(shù)，具有一定的借鑒價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】軌道交通；軟土地基；預(yù)制管樁；壓樁；技術(shù)措施

【中圖分類號(hào)】TU753.3 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2016）01-0070-04

1 工程概況

某城市軌道交通3號(hào)線車輛段大致呈南北走向，占地面積約28.74 hm2。主要承擔(dān)軌道交通3號(hào)線配屬車輛的編組、停放、清洗、日常檢查、維修救援和后勤保障工作。車輛段平面布置如圖1所示。

2 工程地質(zhì)、水文情況

根據(jù)《巖土工程勘察報(bào)告》，車輛段選址范圍內(nèi)地表廣泛分布有雜填土、素填土，以黏土夾礫石、建筑垃圾和生活垃圾堆填。填土層以下為淤泥質(zhì)土及粉質(zhì)黏土、黏土等軟弱土層，場(chǎng)地范圍內(nèi)軟弱土層范圍大，埋藏深，承載力低。粉質(zhì)黏土呈褐黃色，硬塑～堅(jiān)硬狀態(tài)，含少量灰白色高嶺土，含黑色鐵錳質(zhì)氧化物，局部密實(shí)狀，飽和，以礫石為主，有少部分卵石，分選性較差，粉、黏粒含量較少，粒間充填中、粗砂為主，屬不連續(xù)級(jí)配，級(jí)配良好，磨圓度較好?；鶐r以新近系泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖為主，泥巖、粉砂質(zhì)泥巖呈褐色、青灰色等，成巖程度較淺，局部夾少量黑色炭質(zhì)泥巖或泥煤，遇水軟化，失水開裂。

地下水類型主要為上層滯水、第四系松散巖類孔隙水及碎屑巖類孔隙裂隙水。上層滯水主要賦存于素填土中，該層地下水水量貧乏，主要由大氣降雨及生活廢水補(bǔ)給，通過大氣蒸發(fā)方式排泄，水位埋深與填土層的厚度有關(guān)，無(wú)統(tǒng)一水位。補(bǔ)給來(lái)源主要來(lái)自大氣降水和沖積砂礫層越流補(bǔ)給，沿含水層滲流排泄。

3 方案優(yōu)化及施工準(zhǔn)備

3.1 特殊巖土和典型地質(zhì)情況分析

（1）填土。場(chǎng)區(qū)普遍分布①1雜填土、①2素填土。①1雜填土：松散，主要由碎磚、砼塊、碎石等建筑垃圾及塑料袋等生活垃圾組成，黏性土和粉性土充填，成分較雜，均一性差，堆填年限一般超過5年，有一定固結(jié)，但因填料雜亂，厚度變化大、固結(jié)時(shí)間不一、固結(jié)程度仍存在較大差異，所以基坑開挖后易產(chǎn)生坍塌。①2素填土：稍密～中密，主要由圓礫及黏性土組成，含少量碎磚、瓦礫，主要為道路的路基填土，堆填年限一般超過5年，未經(jīng)壓實(shí)、欠固結(jié)，可能對(duì)基坑開挖、樁基成孔造成一定的難度，并在后期成樁后，由于其固結(jié)沉降而可能形成負(fù)摩阻力。

（2）軟土。建設(shè)區(qū)內(nèi)軟土②1-2層淤泥質(zhì)土層在絕大部分鉆孔有揭露，其靈敏度高、壓縮性高，根據(jù)初勘成果，有機(jī)質(zhì)含量為3%～18%，平均為11%，而詳勘階段部分樣品塑性指數(shù)極高，最高達(dá)38，有機(jī)質(zhì)含量及塑性指標(biāo)偏高均對(duì)地基處理不利。同時(shí)，由于其高壓縮性對(duì)于場(chǎng)地內(nèi)沉降控制亦不利，并可能在成樁后期形成負(fù)摩阻力。

3.2 方案優(yōu)化

根據(jù)勘察單位提供的工程地質(zhì)情況，初步設(shè)計(jì)軟基處理采用旋噴樁加固地層，樁長(zhǎng)30～40 m，處理至粉砂巖或圓粒層。經(jīng)項(xiàng)目部討論認(rèn)為，車輛段是用于列車停放和檢修的，地基承受荷載較小，且旋噴樁40 m的施工深度很難保證質(zhì)量，若采用預(yù)制管樁直接作用在雜填土和素填土下的粉質(zhì)黏土層，減少對(duì)下層地層的擾動(dòng)，則完全可以達(dá)到地基處理和沉降控制要求，節(jié)約投資。因此，建議業(yè)主和設(shè)計(jì)單位對(duì)軟基處理方案進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)車輛段庫(kù)內(nèi)整體道床和過渡段全部采用預(yù)制管樁加固地基，得到了設(shè)計(jì)單位的認(rèn)可，專家論證可行。

3.3 樁型及沉樁方案選擇

設(shè)計(jì)初步選定為AB型預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)砼管樁（PHC樁），樁徑為φ400 mm（壁厚95 mm），樁身砼強(qiáng)度等級(jí)≥C80，單樁承載力特征值為900 kN；預(yù)制管樁樁長(zhǎng)8～25 m，樁間距為2.5 m，正方形布置，過渡段樁長(zhǎng)和間距逐步變化。考慮車輛段位于城郊居民生活區(qū)，為減少施工噪音污染，采用靜壓樁機(jī)沉樁，靜壓樁機(jī)最大加載量為2 640 kN，壓樁終樁條件以試樁結(jié)果為準(zhǔn)，控制參數(shù)包括貫入度、終壓力、復(fù)壓沉降量等。2015年10月正式施工前，選擇3根試驗(yàn)樁確定實(shí)際單樁豎向極限承載力，結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)方案可行。

3.4 施工總體籌劃

本車輛段工程預(yù)制管樁共計(jì)5 622根，總長(zhǎng)度為107 744 m，地基處理面積為24 896 m2，采用2臺(tái)800 t壓樁機(jī)同時(shí)施工，每臺(tái)樁機(jī)每天成樁16根，共計(jì)施工時(shí)間為176 d（不計(jì)雨天和政策性停工時(shí)間）。

4 施工工藝流程

施工工藝流程：樁位施工放樣→支立樁機(jī)→喂樁→焊接樁尖→吊樁對(duì)準(zhǔn)樁位→進(jìn)行樁架及樁的垂直度調(diào)整→輕壓→檢測(cè)垂直度后正式壓樁→接樁→截樁→樁基檢測(cè)。

（1）樁機(jī)就位。按樁位位置將樁機(jī)垂直準(zhǔn)確對(duì)位，并支立牢固，確保施工中不移位或傾斜。

（2）喂樁。采用吊索一點(diǎn)綁扎起吊管樁，吊點(diǎn)為管樁上端吊環(huán)附近處，待吊到樁位進(jìn)行插樁，管樁準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)放樣位置，做到樁位正，樁身直，并安裝樁帽。

（3）穩(wěn)樁。管樁就位后，先進(jìn)行小落距冷錘1～2次，再對(duì)入土不深的管樁進(jìn)行經(jīng)緯儀雙向垂直度校正，其偏差不得超過0.5%。壓樁前，在樁的側(cè)面設(shè)置長(zhǎng)度標(biāo)尺，以便進(jìn)行施工檢測(cè)、記錄。

（4）接樁。沉樁時(shí)需邊打入邊焊接接長(zhǎng)，接樁在距地面1 m左右進(jìn)行。焊接前需修整下節(jié)樁管頂部變形損壞部分，清除上節(jié)樁管端部的泥砂、水或油污，鐵銹用角向磨光機(jī)磨光，并打焊接坡口。施焊對(duì)稱進(jìn)行，管壁厚度小于9 mm的焊2層，大于9 mm的焊3層。焊完每層焊縫后及時(shí)清除焊渣；每層焊縫接頭錯(cuò)開；充分熔化內(nèi)襯箍，保證根部焊透；焊接完畢后應(yīng)冷卻1～5 min，再進(jìn)行錘擊打樁。

（5）送樁。如需送樁，要確保送樁器中心線與樁體在同一直線上，樁頂不平整時(shí)用麻袋及紙板墊平。送樁留下樁孔立即回填密實(shí)。

（6）終壓。終壓結(jié)束前進(jìn)行連續(xù)復(fù)壓和穩(wěn)壓，入土深度>8 m的樁，復(fù)壓次數(shù)為2～3次；入土深度<8 m的樁，復(fù)壓次數(shù)為3～5次；穩(wěn)壓壓樁力≮終壓力，穩(wěn)壓時(shí)間為5～10 s。終壓力根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試樁結(jié)果確定。

5 施工控制技術(shù)措施

施工時(shí)，針對(duì)常見的樁身傾斜、擠土破壞周邊建筑物、沉樁困難等問題，采取如下技術(shù)措施。

5.1 確保樁身垂直

由于場(chǎng)地地基為軟土，壓樁前對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整壓實(shí)，避免壓樁時(shí)樁架產(chǎn)生不均勻沉降使樁機(jī)導(dǎo)桿傾斜。確保第一節(jié)樁垂直，否則接長(zhǎng)的樁節(jié)傾斜程度會(huì)加劇。如果樁身傾斜超標(biāo)，則拔出重打。施壓期間采用2臺(tái)正交經(jīng)緯儀控制樁身的垂直度（如圖2如示）。

5.2 樁端防水措施

為防止水沿樁身落至樁尖使樁端泥巖遇水軟化，降低樁承載力，本項(xiàng)目采取了如下措施：①樁尖焊接采取不留縫隙的全縫焊，并保證一定強(qiáng)度和厚度。②在樁內(nèi)底端灌注高約1.0 m高的C20砼柱，進(jìn)一步隔絕水沿樁內(nèi)滲入持力層。

5.3 接長(zhǎng)焊接技術(shù)措施

上、下樁節(jié)中心線偏差經(jīng)檢查合格且清理干凈鐵件再施焊，由2名焊工對(duì)稱同時(shí)施焊，電焊按有關(guān)管樁規(guī)程規(guī)定執(zhí)行，焊接采用2層3道，內(nèi)層焊渣清理干凈后方能焊外層，焊縫飽滿連續(xù)，焊縫接采用超前引弧以免產(chǎn)生缺陷，根部須焊透。焊接部分不得有凹痕、咬邊、夾渣、裂縫等有害缺陷，焊接后進(jìn)行檢查，有缺陷返工修整。焊完后須冷卻10 min，待焊縫冷卻至常溫后再繼續(xù)沉樁，嚴(yán)禁用水冷卻或焊好即壓，防止高溫的焊縫遇水變脆而被壓壞（如圖3所示）。

5.4 連續(xù)沉樁

沉樁時(shí)，樁周土體發(fā)生急劇擠壓，致使土體的孔隙水壓力迅速升高，降低了抗剪強(qiáng)度，此時(shí)壓樁易于下沉。一旦中途停壓，樁周土體的孔隙水壓力隨著時(shí)間逐漸消散，土體固結(jié)，其抗剪強(qiáng)度逐漸恢復(fù)和提高后，再繼續(xù)壓樁時(shí)阻力極大，如果處于較厚的黏土、粉質(zhì)黏土層時(shí)，甚至無(wú)法下沉，因此本項(xiàng)目沉樁盡量避免中途停歇。

5.5 減小擠土效應(yīng)

場(chǎng)地周邊建筑物較多，而壓樁的擠土效應(yīng)會(huì)對(duì)鄰近建筑物、道路、管線等構(gòu)筑物產(chǎn)生破壞作用，本項(xiàng)目采取如下措施減小擠土效應(yīng)。

（1）設(shè)置防擠溝。在鄰近周邊道路或管線側(cè)設(shè)置寬1～2 m的防擠溝，溝底低于保護(hù)對(duì)象的基礎(chǔ)底面，溝內(nèi)回填砂礫等松散材料，防擠溝可消除淺層擠壓，能有效保護(hù)道路及淺埋管線不受擠壓破壞。

（2）設(shè)置應(yīng)力釋放孔?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)置了填充中粗砂的應(yīng)力釋放孔，利用砂性土強(qiáng)透水性及時(shí)消散壓柱產(chǎn)生的超孔隙水壓力。應(yīng)力釋放孔考慮樁的布設(shè)及周邊建筑物分布情況進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。

（3）預(yù)鉆孔輔助沉樁。在樁位先鉆φ250 mm孔取土，其深度一般為樁長(zhǎng)的0.6倍。先鉆孔取土再壓樁的方法能有效降低擠土效應(yīng)。

（4）壓樁順序設(shè)計(jì)合理。沉樁順序不合理易造成樁位偏移、樁身上浮，地表隆起、鄰近建筑物破壞等事故。沉樁順序整體遵循圖4的原則。此外，對(duì)標(biāo)高不一的樁按“先深后淺”、不同規(guī)格的樁按“先大后小、先長(zhǎng)后短”等原則，使土層擠密均勻，避免發(fā)生較大的位移和偏斜。

（5）合理安排壓樁進(jìn)度。壓樁過快，不僅使超靜孔隙水壓力值幅增加，還會(huì)使周邊土體剪切破壞，增加地基土的變位值及變位范圍，因此要采用合理的壓樁速度。

6 結(jié)束語(yǔ)

該車輛段總計(jì)施工預(yù)制管樁5 600余根，地基處理面積為2.5萬(wàn)m2，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)檢測(cè)和長(zhǎng)時(shí)間跟蹤觀察地基變形沉降情況發(fā)現(xiàn)，地基加固效果明顯，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。證明本項(xiàng)目采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力砼管樁加固地基是可行的，施工時(shí)采取的技術(shù)措施是科學(xué)合理的。

參 考 文 獻(xiàn)

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[3]楊軍.預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁在軟土地基中應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究[J].門窗，2015（2）：88-89.

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[責(zé)任編輯：陳澤琦]