地鐵車站柱下端承樁施工技術(shù)研究

楊兵

【摘 要】深圳地區(qū)主要使用的兩種端承樁型，一是鉆（沖）孔灌注樁，二是預(yù)應(yīng)力管樁。針對(duì)兩種端承樁型分別以不同巖層做持力層的情況，論文結(jié)合深圳地鐵10號(hào)線1011-3A標(biāo)工程，闡述柱下端承樁施工工藝，并通過(guò)整理工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)以及工程出現(xiàn)的問(wèn)題，總結(jié)了地鐵柱下樁樁端持力層的主要缺陷與危害，并歸納了持力層承載力不足的處理的工程技術(shù)對(duì)策。

【Abstract】There are two kinds of end-bearing piles mainly used in Shenzhen area， one is drilling （punching） hole cast-in-place pile， and the other one is prestressed pipe pile. Aiming at the case of two kinds of end-bearing piles with different strata as bearing layers， combines the 1011-3A section of Shenzhen Metro Line 10 project， this paper expounds the construction technology of end-bearing piles at the bottom of column， through sorting out the measured data and engineering problems， it summarizes the main defects and hazards of the bearing stratum of end-bearing piles at the bottom of column of the subway， and sums up the engineering technical countermeasures for the treatment of the insufficient bearing capacity of the holding layer.

【關(guān)鍵詞】柱下端承樁；持力層；底板預(yù)留

【Keywords】 end-bearing piles at the bottom of column； bearing layer； bottom floor reservation

【中圖分類號(hào)】U231.3 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）04-0183-06

1 工程概況

孖嶺站是深圳軌道交通10號(hào)線工程的第7個(gè)站，為地下四層島式換乘車站，車站主體結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆整體式框架結(jié)構(gòu)，車站左線起點(diǎn)里程ZDK7+239.340，右線起點(diǎn)里程DK7+248.340，車站有效站臺(tái)中心里程為DK7+367.500，終點(diǎn)里程為DK7+477.540，車站左線長(zhǎng)238.20m，右線長(zhǎng)229.20m。車站全長(zhǎng)238.20m，基坑深度約25.1-26.1m（南端頭基坑深度26.1m），深度嵌入底板下4.5-9.5m，南端頭位置連續(xù)墻位于底板下右線8.4、左線8.5m。（圖1）

車站南端頭地質(zhì)從上到下依次為素填土4.52m、淤泥質(zhì)黏土0.56m、粗砂1.48m、粉質(zhì)黏土3.07m、粗砂2.42m、砂質(zhì)粘性土2.47m、全風(fēng)化混合巖5.67m、土狀強(qiáng)風(fēng)化混合巖9.51m、中風(fēng)化混合巖2.62m、微風(fēng)化混合巖。（圖2）

車站采用1000mm厚地連墻+內(nèi)支撐系統(tǒng)；車站標(biāo)準(zhǔn)段采用五道支撐，其中第一、第四道為鋼筋混凝土支撐，第二、三、五道為鋼管支撐；車站南端頭采用五道鋼筋混凝土支撐。

其中支撐及混凝土腰梁截面為800*1000mm，底板厚1300mm。

2 柱下端承樁施工情況

在主體結(jié)構(gòu)雙數(shù)軸線位置設(shè)置柱下端承樁樁，樁徑1.5m，柱下端承樁采用鉆孔灌注樁施工，應(yīng)確保每根樁樁端進(jìn)入中風(fēng)化層中H不小于4m，或進(jìn)入微風(fēng)化層不小于1.5m。車站柱下樁嵌固深度見(jiàn)下表。

柱下端承樁工況分析：

底板預(yù)留位置：（圖3）

3 影響地鐵車站柱下端承樁施工的原因排查及分析

3.1 柱下端承樁成樁工藝分析

結(jié)合施工條件，擬采用柱下端承樁施工工藝分2種，包含人工挖孔樁和沖擊鉆機(jī)成樁。

人工挖孔樁是一種采用人工挖孔成樁的灌注樁基礎(chǔ)，其具有使用機(jī)具設(shè)備簡(jiǎn)單，占用施工場(chǎng)地小，施工操作方便，施工質(zhì)量可靠，對(duì)周邊建（構(gòu)）筑物影響小，可全面開(kāi)展施工，達(dá)到縮短工期，降低造價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。因此得到廣泛應(yīng)用。人工挖孔樁適用于土質(zhì)相對(duì)較好、地下水位較低的黏土和亞黏土層（含少量砂卵石）。人工挖孔樁可用于公用建筑、水工建筑、高層建筑做樁基礎(chǔ)，可承擔(dān)擋土、支承、抗滑等作用。對(duì)軟弱土層、流砂地質(zhì)層以及地下水位較高（涌水量大）的土層則不宜采用人工挖孔灌注樁基礎(chǔ)。

沖擊鉆機(jī)是一種以垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)憑借沖擊力進(jìn)行鉆孔的工程鉆機(jī)設(shè)備，其工作原理類似于鑿巖的錘子。都是依靠沖擊力進(jìn)行鉆孔作業(yè)。

優(yōu)點(diǎn)：具有良好的鉆孔性能，對(duì)較硬的地層可以有效的進(jìn)行鉆孔作業(yè)，且鉆孔效率十分得高。適用于硬度較高的巖層、風(fēng)化的巖層以及各種硬脆的地質(zhì)環(huán)境中。

缺點(diǎn)：排屑較為困難，且對(duì)軟地質(zhì)以及粘度較大的土層地質(zhì)鉆孔有非常大的難度。使用有一定的局限性。

施工現(xiàn)場(chǎng)土方開(kāi)挖至基底后，1小時(shí)左右已出現(xiàn)少量滲水，并降水井水量大，圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)降水井深度為底板下6米，現(xiàn)設(shè)計(jì)柱下樁長(zhǎng)度均超過(guò)6米，且車站水位為地面下2日左右，人工挖孔樁深度超底板下6米后會(huì)出現(xiàn)大量地下水，超過(guò)連續(xù)墻深度后，土壓力過(guò)大，易發(fā)生坍塌危險(xiǎn)。

3.2 影響端承樁豎向承載力的主要因素

巖層的性質(zhì)、嵌巖深度、孔壁的粗糙程度、土的強(qiáng)度參數(shù)、樁底沉渣、成樁工藝、樁端軟弱下臥層。樁長(zhǎng)、樁徑、樁身混凝土強(qiáng)度等對(duì)嵌巖樁的豎向承載力都有重要的影響。

樁端持力層為花崗巖基巖且其中存在“中風(fēng)化層+強(qiáng)風(fēng)化層+中風(fēng)化層”夾層，下層中風(fēng)化巖層完整，上層中風(fēng)化巖層破碎，并且下層中風(fēng)化巖層的強(qiáng)度大于上層中風(fēng)化巖層的強(qiáng)度。對(duì)地鐵車站柱下端承樁而言，極易導(dǎo)致樁基入巖段偏斜的現(xiàn)象。

柱下端承樁樁端存在軟弱下臥層，如土洞、溶洞、灰?guī)r地質(zhì)等；樁端巖層承載力不足，此時(shí)在豎向荷載的作用下，樁端巖層極易產(chǎn)生剪切、沖切、彎拉等脆性破壞；此時(shí)需對(duì)端承樁樁端阻力進(jìn)行專門的驗(yàn)算。

對(duì)于地鐵車站柱下端承樁，不管以什么巖層作持力層，若現(xiàn)場(chǎng)施工控制不當(dāng)，樁底沉渣厚度超過(guò)規(guī)范要求，均出現(xiàn)持力層承載力不足現(xiàn)象。

4 針對(duì)地鐵車站柱下端承樁施工風(fēng)險(xiǎn)采取的具體措施

4.1成樁工藝的選擇

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況以及保證安全施工，采用沖擊鉆機(jī)施工。

柱下樁可采用旋挖鉆、沖擊鉆進(jìn)行施工。從施工工藝、泥漿需求、對(duì)周圍環(huán)境影響進(jìn)行考慮，定位采用沖擊鉆進(jìn)行施工。分析見(jiàn)下表。

4.2 底板預(yù)留位置的確定

①2-2軸：2-2軸柱下端承樁在第一段底板底板施工完成后進(jìn)行施工。東西兩側(cè)柱下端承樁底板預(yù)留寬5.5米位置，由于東西兩側(cè)預(yù)留位置較近，進(jìn)行貫通預(yù)留處理。預(yù)留位置具體尺寸下圖。

②4-4軸至26-26軸：4-4軸至26-26軸在底板施工完成后進(jìn)行柱下樁施工。4-4軸柱下樁施工需在第二段底板底板位置預(yù)留6.35米*11.9米豁口位置。（圖4）

4.3 底板預(yù)留孔洞位置處理

由于底板位置存在預(yù)留孔，在柱下樁施工時(shí)，樁機(jī)前段處于懸空狀態(tài)，采取措施為懸空位置底板頂面上及樁機(jī)后面采用現(xiàn)有鋼圍檁沿基坑方向橫鋪，保證樁機(jī)穩(wěn)定性。（圖5）

4.4 2-2軸底板預(yù)留位置處理

①柱下樁處理方法：柱下樁處理方法，參照降水井處理進(jìn)行。

a鑿毛后位置高底板墊層10cm；（考慮防水保護(hù)層5cm，底板鋼筋保護(hù)層4.5cm）

b防水鋪設(shè)采取降水井處理方式，加強(qiáng)層40*40mm，防水鋪設(shè)高度100mm，防水卷材與樁側(cè)壁接觸位置采用密封膠密封；

c柱下樁鑿毛后，采用水泥基涂刷2-3次。

②底板：按照施工縫進(jìn)行處理。（圖6，圖7）

監(jiān)測(cè)：在施工柱下樁期間，實(shí)施進(jìn)行對(duì)基坑進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并在地面提前準(zhǔn)備拼裝好的鋼支撐，若基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常，在墊層上按3m/道架設(shè)鋼支撐，保證基坑穩(wěn)定性。

泥漿池位置選擇：第一段底板位置設(shè)置廢水泵房，擬采用廢水泵房作為柱下端承樁泥漿池，廢水泵房尺寸5.55m*3.5m*3.06m（長(zhǎng)*寬*高），可存放泥漿50m3。兩根柱下端承樁同時(shí)施工需泥漿最大量為3.14*0.75*0.75*16.665*2=58.87m3，為滿足施工要求，在原有沙袋封堵位置進(jìn)行沙袋加高至縱梁頂面，同時(shí)在2-2軸位置加設(shè)2層沙袋封堵泥漿。 3-11軸柱下端承樁施工均采用此臨時(shí)泥漿池，泥漿管沿左線縱梁腋角位置鋪設(shè)。（圖8）

樁機(jī)移位：由自帶裝置進(jìn)行移位。由于第五道鋼支撐距基底低于樁機(jī)高度，移位前需將樁機(jī)鋼結(jié)構(gòu)塔架提前卸掉。

樁機(jī)擺放位置：每次樁機(jī)擺放位置需避開(kāi)第五道鋼支撐、臨時(shí)立柱及抗拔樁位置。

第五道鋼支撐調(diào)整：未滿足柱下端承樁空間要求，對(duì)第五道鋼支撐有影響的進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，同時(shí)準(zhǔn)備好備用鋼支撐，對(duì)支撐軸力變化大的位置進(jìn)行加密架設(shè)。具體需進(jìn)行調(diào)整鋼支撐位置見(jiàn)附件2。

通過(guò)計(jì)算柱下端承樁中心四周0.7米范圍內(nèi)鋼支撐需要進(jìn)行調(diào)整。

4-4軸第五道鋼支撐由南往北數(shù)第一根鋼支撐需要向南調(diào)整至少1.3m；

4-6軸第五道鋼支撐由南往北數(shù)第六、七根鋼支撐需要向南調(diào)整至少1.05m；

沖擊鉆機(jī)尺寸：沖擊鉆機(jī)采用現(xiàn)有沖擊鉆，尺寸為7.2m*2.5m*8.2m（長(zhǎng)寬高），考慮滾筒及墊方木，樁機(jī)總高8.6m。（表3）

2-2軸東側(cè)砼支撐拆除：2-2軸西側(cè)柱下樁施工完成后，對(duì)D88～D5斜撐進(jìn)行拆除，同時(shí)切割2-2軸東側(cè)柱下樁上方位置腰梁，10天內(nèi)完成2-2軸東側(cè)柱下樁施工，進(jìn)行底板封閉。

型鋼柱加固：組合型鋼柱采用工63A工字鋼及鋼管架組合進(jìn)行加固。在進(jìn)行底板施工過(guò)程中，預(yù)埋鋼筋，固定腳手架。（圖9）

采用2條63A工字鋼將型鋼柱固定，型鋼柱下面采用腳手架固定。

4.5 地鐵柱下端承樁持力層的相關(guān)驗(yàn)算

根據(jù)項(xiàng)目地質(zhì)補(bǔ)勘資料，部分鉆孔巖樣有兩層中風(fēng)化巖層，其中一層中風(fēng)化巖層的巖樣較為破碎，另一層中風(fēng)化巖層的巖樣較為完整。柱下端承樁大部分支承在完整中風(fēng)化巖層上，小部分柱下端承樁支承在較破碎的中風(fēng)化巖層上，現(xiàn)對(duì)支承在中風(fēng)化巖層中的4-4西側(cè)#樁進(jìn)行柱下端承樁的承載力復(fù)核及計(jì)算。

其中柱下端承樁樁基按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》10.2.4條計(jì)算。

計(jì)算時(shí)考慮到樁重量與土重量基本抵消，樁身自重忽略不計(jì)。

Ra=uΣqsiali+UpC2frshr+C1frpAp

①在土層中，端承樁樁的側(cè)摩阻力特征值，其取值如下表

土層中端承樁的側(cè)摩阻力特征值按項(xiàng)目地質(zhì)補(bǔ)勘報(bào)告中淤泥質(zhì)粘土②-4（Qal+pl）樁的側(cè)摩阻力特征值，根據(jù)項(xiàng)目地質(zhì)補(bǔ)勘報(bào)告，qsa取值為6kPa。

②入中風(fēng)化一層的樁側(cè)摩阻力特征值及樁端承載力特征值取值

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》10.2.4條，樁端進(jìn)入中風(fēng)化巖層的嵌巖樁，柱下端承樁的側(cè)摩阻力特征值和樁端承載力特征值是按樁端巖層和樁側(cè)巖層的巖樣天然濕度單軸抗壓強(qiáng)度，按下式進(jìn)行驗(yàn)算：

樁側(cè)摩阻力特征值=C2frs，樁端承載力特征值=C1frp。其中C1、C2的系數(shù)按照樁端持力層基巖完整度，沉渣厚度等因素確定。

項(xiàng)目柱下端承樁的樁端持力層地質(zhì)補(bǔ)勘報(bào)告中，其柱下端承樁樁基參數(shù)建議值如表5，表6。

根據(jù)柱下端承樁檢測(cè)結(jié)果，4-4西側(cè)#持力層樁身完整性類別為1類，樁底如未見(jiàn)明顯沉渣現(xiàn)象。進(jìn)行驗(yàn)算時(shí)，取C1=0.34，C2=0.044，對(duì)鉆（沖）孔樁，C1及C2的取值都應(yīng)乘以0.8；詳見(jiàn)上表計(jì)算。

經(jīng)過(guò)復(fù)核及驗(yàn)算，4-4西側(cè)#樁的樁端承載力不足。

③4-4東側(cè)#、6-6西側(cè)#樁及相鄰部位的樁沉降計(jì)算

端承樁樁端持力層為中風(fēng)化巖層且入持力層的深度大于等于0.5m時(shí)，端承樁為嵌巖樁。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》第10.2.11條說(shuō)明，嵌巖樁可以不進(jìn)行沉降驗(yàn)算。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，4-4東側(cè)#樁樁端持力層為中風(fēng)化巖層，其下部為強(qiáng)偏中風(fēng)化夾層；6-6西側(cè)#樁端持力層為強(qiáng)風(fēng)化，中風(fēng)化夾有強(qiáng)風(fēng)化巖層；故需對(duì)這2條樁進(jìn)行樁沉降驗(yàn)算，并驗(yàn)算相鄰部位基礎(chǔ)間的沉降差。

對(duì)已采用單樁靜載試驗(yàn)的4-4東側(cè)#、6-6西側(cè)#樁，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定驗(yàn)算樁的沉降值，并對(duì)與4-4東側(cè)#、6-6西側(cè)#相鄰部位的樁根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定驗(yàn)算樁的沉降值。

因中風(fēng)化層的壓縮模量無(wú)法獲取，故中風(fēng)化巖石的壓縮忽略不計(jì)。

a對(duì)4-4東側(cè)#樁，根據(jù)單樁靜載的試驗(yàn)結(jié)果，在試樁達(dá)到荷載N=2500kN時(shí)，其樁基沉降量為1.30mm，試樁達(dá)到荷載N=500kN時(shí)，其樁基沉降量為6.47mm，使用荷載Nvk=3822kN時(shí)，其樁基沉降量為5.58mm（根據(jù)靜載的沉降關(guān)系和前兩級(jí)的荷載按線性插值求得），按“單樁宜取低值，群樁取高值”的相關(guān)規(guī)定，最終沉降量為試樁達(dá)到使用荷載時(shí)沉降量的2-5倍，此處最終沉降量取使用荷載時(shí)沉降量的3倍，其最終沉降量為16.74mm。

b對(duì)6-6西側(cè)#樁，根據(jù)單樁靜載的試驗(yàn)結(jié)果，在試樁達(dá)到荷載N=2800kN時(shí)，其樁基沉降量為2.58mm，試樁達(dá)到荷載N=5600kN時(shí)，其樁基沉降量為6.05mm，使用荷載Nvk=5020kN時(shí)的對(duì)應(yīng)的樁基沉降量為5.33mm（根據(jù)靜載的前兩級(jí)的荷載和沉降關(guān)系按線性插值求?。皢螛兑巳〉椭?，群樁取高值”的相關(guān)規(guī)定，最終沉降量為試樁達(dá)到使用荷載時(shí)沉降量的2-5倍取值，此處最終沉降量取使用荷載時(shí)沉降量的3.5倍，其最終沉降量為18.66mm。

4.6 地鐵車站柱下端承樁樁持力層承載力不足的處理技術(shù)

4.6.1 高壓水切割沖洗，注漿加固技術(shù)

該加固處理技術(shù)原理為：根據(jù)柱下端承樁樁徑大小，均勻的布置若干個(gè)地質(zhì)鉆孔，鉆孔深度到出現(xiàn)缺陷部位，利用高壓水流切割并沖洗孔底沉渣及破碎帶，待清理完畢后，注入已配置好的化學(xué)漿液或固定配比水泥漿液。水泥漿液的強(qiáng)度小，縮水率大，注漿加固的效果不佳；現(xiàn)有一種強(qiáng)度高達(dá)80MPa的無(wú)收縮自流平化學(xué)灌漿料，其在端承樁缺陷部位灌注后固結(jié)快，并且無(wú)明顯的收縮現(xiàn)象，可以有效的填筑高壓水流切割后地鐵柱下端承樁底的空隙部位，其處理效果較好。

4.6.2 后壓漿施工處理技術(shù)

在柱下端承樁鉆（沖）孔灌注樁成樁后，對(duì)柱下端承樁樁底沉渣厚，持力層抗壓強(qiáng)度不足等問(wèn)題；通過(guò)鉆孔在柱下端承樁樁底以及樁側(cè)的預(yù)埋壓漿導(dǎo)管（壓漿導(dǎo)管底部應(yīng)設(shè)置多孔管閥，壓漿導(dǎo)管向上延伸到地面或樁頂）向樁側(cè)或樁底高壓注入已配置好的水泥漿液，通過(guò)漿液塞實(shí)柱下端承樁底的松軟部位，達(dá)到固結(jié)底泥以及擠壓土層的目的；與此同時(shí)漿液在柱下端承樁的樁側(cè)向上返漿擴(kuò)散，加強(qiáng)了樁體與土層的側(cè)摩阻力[1]。

本工程對(duì)4-4東側(cè)#、6-6西側(cè)#兩樁采用在端承樁的樁后進(jìn)行壓漿補(bǔ)強(qiáng)，在樁側(cè)預(yù)埋壓漿導(dǎo)管，并加強(qiáng)觀測(cè)，如發(fā)現(xiàn)沉降差過(guò)大，立即用壓漿導(dǎo)管對(duì)樁進(jìn)行后壓漿補(bǔ)強(qiáng)。

壓漿導(dǎo)管深度比柱下端承樁樁深度多0.6m，頂部應(yīng)高出底板面30cm，袖閥管與套管（套管標(biāo)識(shí)編號(hào)并刷防銹漆）之間嵌填防水材料，壓漿導(dǎo)管管口應(yīng)設(shè)置止水閥，以防止地下水上涌。后注漿導(dǎo)管管口做法如下：

施工期間每日對(duì)此樁位及相鄰樁位的沉降變形進(jìn)行觀測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)相鄰墻沉降差超過(guò)3mm時(shí)，應(yīng)立即采用壓漿導(dǎo)管對(duì)端承樁樁后進(jìn)行注漿補(bǔ)強(qiáng)加固，補(bǔ)強(qiáng)加固配比參數(shù)如下表。

5 結(jié)論

①在地鐵車站施工中，其施工空間有限時(shí)采用調(diào)整鋼支撐位置及樁機(jī)位置有效的解決了樁機(jī)施工與鋼支撐、預(yù)留孔洞沖突的問(wèn)題，為今后地鐵車站柱下端承樁施工提供了很好的指導(dǎo)意義[2]。②根據(jù)柱下端承樁成樁機(jī)理，結(jié)合工程實(shí)際出現(xiàn)問(wèn)題，分析了持力層承載力不足影響成樁質(zhì)量的因素以及進(jìn)行原因排查采用的措施，為今后出現(xiàn)類似工程問(wèn)題提供依據(jù)。③注漿加固是的樁端持力層補(bǔ)強(qiáng)有效手段，沉降監(jiān)測(cè)是檢測(cè)樁端持力層補(bǔ)強(qiáng)加固處理效果的重要方法，對(duì)工程實(shí)踐有著重要意義。④巖層持力層承載力不足區(qū)域采用后壓漿施工處理技術(shù)和高壓水切割沖洗注漿加固技術(shù)是缺陷處理的重要方法。⑤本工程的施工技術(shù)研究通過(guò)相關(guān)控制措施總結(jié)出了相關(guān)工法施工的布置，為深圳地區(qū)今后采用類似工法施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)】

【1】朱必峰.樁端持力層高壓注漿補(bǔ)強(qiáng)處理技術(shù)[J].西部探礦工程，2010（10）：24-25.

【2】張明義，申利劍.風(fēng)化巖持力層地基上的樁基礎(chǔ)研究[J].工程勘察，2002（1）：5-7.