城際鐵路深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)含較長(zhǎng)空樁鉆孔灌注樁施工技術(shù)

劉寶

城際鐵路深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)含較長(zhǎng)空樁鉆孔灌注樁施工技術(shù)

劉寶

本文針對(duì)城際鐵路深基坑中二級(jí)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁形式含較長(zhǎng)空樁、樁間距較小、連續(xù)作業(yè)困難的情況，通過(guò)對(duì)護(hù)壁泥漿進(jìn)行分析，采取合理措施使施工作業(yè)連續(xù)進(jìn)行并確保了鉆孔樁的施工質(zhì)量。

一、工程概況

莞惠城際鐵路云山西路至客運(yùn)北站區(qū)間采用明挖法施工，區(qū)間沿惠州大道由南向北布置，線路分正線區(qū)間（一級(jí)基坑）及走行線區(qū)間（二級(jí)基坑），走行線與正線并行下穿惠州大道，在GDK104+100處接走行線暗挖區(qū)間去往車輛段。其中走行線圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+旋噴樁止水帷幕，共計(jì)418根樁，空樁均長(zhǎng)13.5m。工程所處地層主要為：素填土、粉質(zhì)粘土、砂層、含礫砂巖。

二、施工中存在問(wèn)題

1.本工程為上下兩層基坑，一級(jí)基坑包裹二級(jí)基坑形式，一基坑支撐形式為兩層混凝土支撐形式間距9m，且第二道支撐高度距一級(jí)基坑底僅為6米，在6米凈高范圍內(nèi)目前可施工鉆孔樁的機(jī)械較少，即使可施工，工期也非常緩慢，造成一級(jí)基坑無(wú)法及時(shí)封閉，增加基坑的暴露時(shí)間，風(fēng)險(xiǎn)大，必須同期施工一、二級(jí)基坑鉆孔樁。

2.二級(jí)基坑平均空樁長(zhǎng)度13.5m，樁的定位及垂直不易控制，鉆進(jìn)過(guò)程中如出現(xiàn)問(wèn)題，更正較困難；樁體為排樁形式，連續(xù)作業(yè)情況下在空樁范圍內(nèi)的樁間土將全部被去除形成一段槽，槽段內(nèi)任意空樁范圍內(nèi)的坍塌都將影響到其余樁位的施工。

3.樁基施工地層中含有砂層易塌孔，需做好泥漿濃度控制，即使混凝土灌注完畢后仍需長(zhǎng)時(shí)間保持空樁范圍內(nèi)泥漿濃度穩(wěn)定并合理安排好施工作業(yè)順序以減少機(jī)械在此范圍內(nèi)的擾動(dòng)，確?？諛斗秶鷥?nèi)長(zhǎng)時(shí)間不坍塌。

三、采取的施工措施

1.增加導(dǎo)墻

導(dǎo)墻施工一般用于地下連續(xù)墻及咬合樁的施工中，鉆孔灌注樁施工一般采用鋼護(hù)筒形式，導(dǎo)墻的作用有：（1）給成槽機(jī)成槽提供導(dǎo)向；（2）儲(chǔ)存泥漿和防止槽口坍塌；（3）作為施工時(shí)水平與垂直測(cè)量的基準(zhǔn)；（4）為鋼筋籠安放、混凝土導(dǎo)管安置、成槽機(jī)提供標(biāo)定。此處添加導(dǎo)墻主要因大范圍空樁的存在，導(dǎo)致鋼護(hù)筒無(wú)法固定，樁基施工完成后護(hù)筒需拔除影響地表土的穩(wěn)定，所以添加導(dǎo)墻，目的主要為：精確定位，防止孔口地表土坍塌，樁基施工機(jī)械可反復(fù)在此范圍施工直到將此處樁位全部施工完畢。

2.合理安排樁位施工順序

此處樁位施工順序安排必須考慮兩個(gè)因素：總體施工時(shí)間要短、擾動(dòng)次數(shù)要少，經(jīng)研究后決定采取“隔三打一”的施工順序，即：先施工1、5、9，再施工3、7，最后施工2、4、6、8，三個(gè)循環(huán)完成所有樁位施工。

3.空樁處理

按以往經(jīng)驗(yàn)空樁均采用回填措施，或回填時(shí)摻加水泥或外加劑的形式確?；靥蠲軐?shí)度。在此處工程，由于回填等待時(shí)間太長(zhǎng)，需等到回填完全密實(shí)達(dá)到二次擾動(dòng)時(shí)不坍塌，因此此處施工時(shí)空樁范圍不采用回填，泥漿均存于孔內(nèi)，待臨樁施工前采用泥漿泵將原樁孔內(nèi)二次循環(huán)，保持原樁內(nèi)的泥漿護(hù)壁作用，再進(jìn)行臨樁施工。

4.樁定位及垂直度控制

樁基定位，采用測(cè)量放點(diǎn)與樁中心，引十字絲于導(dǎo)墻上基坑，施工中多次量測(cè)即可，樁基采用旋挖機(jī)進(jìn)行作業(yè)，首先確保機(jī)械所在地面為水平面，確保垂直度。

5.泥漿控制

鉆孔灌注樁所使用泥漿具有一定重度，泥漿在孔內(nèi)對(duì)孔壁產(chǎn)生一定的靜水壓力，可抵抗作用在孔壁上的地層水土壓力，相當(dāng)于基坑內(nèi)的內(nèi)支撐，起到保護(hù)孔壁防止孔壁坍塌脫落的作用，施工中泥漿比重越大，孔內(nèi)穩(wěn)定性越好，比重小則孔壁支撐力小易失穩(wěn)，但泥漿比重過(guò)大由影響孔底清底及混凝土灌注，因此泥漿選擇方面需綜合考慮孔內(nèi)穩(wěn)定及施工因素。

區(qū)間部分樁基在8m至16m間存在砂層，砂層為整段土層中最易發(fā)生坍塌地層，在鉆進(jìn)過(guò)程中，孔壁主要受力為：孔內(nèi)泥漿壓力P1，地層壓力P2，孔內(nèi)因拱作用產(chǎn)生的支撐力P3，孔壁土側(cè)壓力P4（郎肯主動(dòng)土壓力），地表荷載產(chǎn)生的壓力P5，地下水的滲透力F1，孔內(nèi)水向孔壁滲流的滲透力F2，使孔壁穩(wěn)定的前提條件為：

由土力學(xué)圓孔穩(wěn)定原理得出，使孔壁穩(wěn)定所需的支護(hù)應(yīng)力為：

式中∶ σ0——組織孔壁坍塌所需的支護(hù)應(yīng)力，KN/ m2；

γa——孔壁土密度

R——鉆孔半徑

mo——與2H/d及土的內(nèi)摩擦角有關(guān)的參數(shù)

H——鉆孔深度

由以上公式得：

P1-P2為靜水壓力，當(dāng)靜水壓力大于所需的支護(hù)應(yīng)力與地面荷載側(cè)壓力之和，孔壁就穩(wěn)定，小于時(shí)孔壁就會(huì)失穩(wěn)坍塌。地面荷載產(chǎn)生的側(cè)壓力，根據(jù)郎肯主動(dòng)土壓力理論有：P5=qtg2（45o-θ/2），一般q=15～20KN/m2。

在16m處，2H/d=32/1=32，砂層內(nèi)摩擦角θ=25度（設(shè)計(jì)給出），得出σ0=0.5γadmo=9.5kPa，P5=（15～20）*tg2（45-25/2）=6.09～8.12，所以理論定出的要使孔壁穩(wěn)定所需的支護(hù)力至少為15.59～17.65kPa。

孔內(nèi)充滿泥漿時(shí)，孔壁上作用的泥漿靜水壓力P1=0.5γmH2及孔壁地層土壓力P2=0.5γH2tg2（45oθ/2）-2cH tg2（45o-θ/2），式中γ為土體容重，c為土體凝聚力(砂層為0)，據(jù)上述得出泥漿重度γm，考慮成孔的安全系數(shù)1.5，得泥漿比重控制在1.8～1.21之間（盡量取大值），此次采用的泥漿由水、粘性土、少部分膨潤(rùn)土及添加劑（CMC）構(gòu)成。

四、施工中控制

樁基鉆進(jìn)過(guò)程中需多次測(cè)試泥漿比重，由于空樁長(zhǎng)度長(zhǎng)且影響臨樁施工，在單樁混凝土灌注完畢后仍需保持孔內(nèi)泥漿比重，現(xiàn)場(chǎng)采用泥漿泵增加循環(huán)時(shí)間。

臨樁施工鉆進(jìn)時(shí)，樁間的間隙土將全部破壞，計(jì)算泥漿用量時(shí)需考慮此部分體積，施工時(shí)確保先施工樁體與正在施工的臨樁孔內(nèi)泥漿液面齊平并控制在地面以下1～1.5m范圍內(nèi)。

五、施工完畢后處理

由于二級(jí)基坑共有418根樁體，施工時(shí)劃分4個(gè)區(qū)域，由4臺(tái)徐工XR360機(jī)械施工，盡可能縮短施工工期，減少空樁存在時(shí)間。

全部樁體施工完畢后，采用灌注砂土置換出原孔內(nèi)泥漿，此次一次性處理泥漿量大，施工組織要做好。

六、結(jié)語(yǔ)

此次施工由于是大基坑嵌套小基坑（小基坑自帶支護(hù)）形式，相似工程國(guó)內(nèi)并不多見(jiàn)，施工中無(wú)論是基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、土方開挖支撐架設(shè)及結(jié)構(gòu)施工均存在一定的困難，工序繁多，在施工階段前期較難形成流水化作業(yè)，必須要基坑開挖暴露出較長(zhǎng)一段后才能顯現(xiàn)出全部作業(yè)內(nèi)容。

二級(jí)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔灌注樁施工，考慮到空樁長(zhǎng)且是排樁形式，地層還有砂層，極易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，施工綜合了地下連續(xù)墻及咬合樁的一些施工理念，將所有樁位施工完畢后，空樁范圍內(nèi)形成一段充滿泥漿類似于地連墻的槽段，確保樁位施工連續(xù)作業(yè)。在具體施工時(shí)，上述還有不足，比如混凝土灌注后鋼筋籠吊筋仍需保持直立，防止侵入臨樁施工范圍內(nèi)，損壞已成樁樁體及施工機(jī)械。

（作者單位：中鐵十六局集團(tuán)有限公司）