地鐵車站柱下端承樁施工技術(shù)研究

楊兵

（中鐵六局集團有限公司交通工程分公司，北京100036）

1 工程概況

孖嶺站是深圳軌道交通10號線工程的第7個站,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)，車站左線起點里程ZDK7+239.340，右線起點里程DK7+248.340，車站有效站臺中心里程為DK7+367.500，終點里程為DK7+477.540，車站左線長238.20m，右線長229.20m。車站全長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、全風化混合巖5.67m、土狀強風化混合巖9.51m、中風化混合巖2.62m、微風化混合巖。（圖2）

車站采用1000mm厚地連墻+內(nèi)支撐系統(tǒng)；車站標準段采用五道支撐，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，應確保每根樁樁端進入中風化層中H不小于4m，或進入微風化層不小于1.5m。車站柱下樁嵌固深度見下表。

表1 車站柱下樁嵌固深度表

底板預留位置：（圖3）

圖1

圖2

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成樁。

人工挖孔樁是一種采用人工挖孔成樁的灌注樁基礎，其具有使用機具設備簡單，占用施工場地小，施工操作方便，施工質(zhì)量可靠，對周邊建(構(gòu))筑物影響小，可全面開展施工，達到縮短工期，降低造價等優(yōu)點。因此得到廣泛應用。人工挖孔樁適用于土質(zhì)相對較好、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，可承擔擋土、支承、抗滑等作用。對軟弱土層、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。

沖擊鉆機是一種以垂直往復運動憑借沖擊力進行鉆孔的工程鉆機設備，其工作原理類似于鑿巖的錘子。都是依靠沖擊力進行鉆孔作業(yè)。

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

缺點：排屑較為困難，且對軟地質(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)場土方開挖至基底后，1小時左右已出現(xiàn)少量滲水，并降水井水量大，圍護結(jié)構(gòu)設計降水井深度為底板下6米，現(xiàn)設計柱下樁長度均超過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米后會出現(xiàn)大量地下水，超過連續(xù)墻深度后，土壓力過大，易發(fā)生坍塌危險。

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、土的強度參數(shù)、樁底沉渣、成樁工藝、樁端軟弱下臥層。樁長、樁徑、樁身混凝土強度等對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“中風化層+強風化層+中風化層”夾層，下層中風化巖層完整，上層中風化巖層破碎，并且下層中風化巖層的強度大于上層中風化巖層的強度。對地鐵車站柱下端承樁而言，極易導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；此時需對端承樁樁端阻力進行專門的驗算。

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

4 針對地鐵車站柱下端承樁施工風險采取的具體措施

4.1 成樁工藝的選擇

結(jié)合現(xiàn)場實際情況以及保證安全施工，采用沖擊鉆機施工。

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

圖4

圖5

表2

4.2 底板預留位置的確定

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行施工。東西兩側(cè)柱下端承樁底板預留寬5.5米位置，由于東西兩側(cè)預留位置較近，進行貫通預留處理。預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留6.35米*11.9米豁口位置。（圖4）

4.3 底板預留孔洞位置處理

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

4.4 2-2軸底板預留位置處理

①柱下樁處理方法：柱下樁處理方法，參照降水井處理進行。

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

b防水鋪設采取降水井處理方式，加強層40*40mm，防水鋪設高度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：按照施工縫進行處理。（圖6，圖7）

圖6 鋼邊橡膠止水帶大樣圖

表3

圖7 施工縫防水構(gòu)造

監(jiān)測：在施工柱下樁期間，實施進行對基坑進行監(jiān)測，并在地面提前準備拼裝好的鋼支撐，若基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)異常，在墊層上按3m/道架設鋼支撐，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*寬*高），可存放泥漿50m3。兩根柱下端承樁同時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行沙袋加高至縱梁頂面，同時在2-2軸位置加設2層沙袋封堵泥漿。3-11軸柱下端承樁施工均采用此臨時泥漿池，泥漿管沿左線縱梁腋角位置鋪設。（圖8）

圖8

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

樁機擺放位置：每次樁機擺放位置需避開第五道鋼支撐、臨時立柱及抗拔樁位置。

第五道鋼支撐調(diào)整：未滿足柱下端承樁空間要求，對第五道鋼支撐有影響的進行適當調(diào)整，同時準備好備用鋼支撐，對支撐軸力變化大的位置進行加密架設。具體需進行調(diào)整鋼支撐位置見附件2。

通過計算柱下端承樁中心四周0.7米范圍內(nèi)鋼支撐需要進行調(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；

沖擊鉆機尺寸：沖擊鉆機采用現(xiàn)有沖擊鉆，尺寸為7.2m*2.5m*8.2m（長寬高），考慮滾筒及墊方木，樁機總高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D88～D5斜撐進行拆除，同時切割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行加固。在進行底板施工過程中，預埋鋼筋，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)驗算

根據(jù)項目地質(zhì)補勘資料，部分鉆孔巖樣有兩層中風化巖層，其中一層中風化巖層的巖樣較為破碎，另一層中風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化巖層上，小部分柱下端承樁支承在較破碎的中風化巖層上，現(xiàn)對支承在中風化巖層中的4-4西側(cè)#樁進行柱下端承樁的承載力復核及計算。

其中柱下端承樁樁基按照《建筑地基基礎設計規(guī)范》10.2.4條計算。

圖9

計算時考慮到樁重量與土重量基本抵消，樁身自重忽略不計。

①在土層中，端承樁樁的側(cè)摩阻力特征值，其取值如下表

表4 端承樁的側(cè)摩阻力特征值取值表

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

②入中風化一層的樁側(cè)摩阻力特征值及樁端承載力特征值取值

根據(jù)《建筑地基基礎設計規(guī)范》10.2.4條，樁端進入中風化巖層的嵌巖樁，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度，按下式進行驗算：

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。

項目柱下端承樁的樁端持力層地質(zhì)補勘報告中，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，樁底如未見明顯沉渣現(xiàn)象。進行驗算時，取 C1=0.34，C2=0.044，對鉆(沖)孔樁，C1及C2的取值都應乘以0.8；詳見上表計算。

經(jīng)過復核及驗算，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算

端承樁樁端持力層為中風化巖層且入持力層的深度大于等于0.5m時，端承樁為嵌巖樁。根據(jù)《建筑地基基礎設計規(guī)范》第10.2.11條說明，嵌巖樁可以不進行沉降驗算。根據(jù)檢測結(jié)果，4-4東側(cè)#樁樁端持力層為中風化巖層，其下部為強偏中風化夾層；6-6西側(cè)#樁端持力層為強風化，中風化夾有強風化巖層；故需對這2條樁進行樁沉降驗算，并驗算相鄰部位基礎間的沉降差。

對已采用單樁靜載試驗的4-4東側(cè)#、6-6西側(cè)#樁，根據(jù)《建筑地基基礎設計規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定驗算樁的沉降值，并對與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)定驗算樁的沉降值。

表5 柱下端承樁樁基參數(shù)建議值表

表6 西側(cè)#樁端承載力表

因中風化層的壓縮模量無法獲取，故中風化巖石的壓縮忽略不計。

a對4-4東側(cè)#樁，根據(jù)單樁靜載的試驗結(jié)果，在試樁達到荷載N=2500kN時，其樁基沉降量為1.30mm，試樁達到荷載N=500kN時，其樁基沉降量為6.47mm，使用荷載Nvk=3822kN時，其樁基沉降量為5.58mm（根據(jù)靜載的沉降關(guān)系和前兩級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到使用荷載時沉降量的2-5倍，此處最終沉降量取使用荷載時沉降量的3倍，其最終沉降量為16.74mm。

b對6-6西側(cè)#樁，根據(jù)單樁靜載的試驗結(jié)果，在試樁達到荷載N=2800kN時，其樁基沉降量為2.58mm，試樁達到荷載N=5600kN時，其樁基沉降量為6.05mm，使用荷載Nvk=5020kN時的對應的樁基沉降量為5.33mm（根據(jù)靜載的前兩級的荷載和沉降關(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到使用荷載時沉降量的2-5倍取值，此處最終沉降量取使用荷載時沉降量的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漿液或固定配比水泥漿液。水泥漿液的強度小，縮水率大，注漿加固的效果不佳；現(xiàn)有一種強度高達80MPa的無收縮自流平化學灌漿料，其在端承樁缺陷部位灌注后固結(jié)快，并且無明顯的收縮現(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，對柱下端承樁樁底沉渣厚，持力層抗壓強度不足等問題；通過鉆孔在柱下端承樁樁底以及樁側(cè)的預埋壓漿導管（壓漿導管底部應設置多孔管閥，壓漿導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，通過漿液塞實柱下端承樁底的松軟部位，達到固結(jié)底泥以及擠壓土層的目的；與此同時漿液在柱下端承樁的樁側(cè)向上返漿擴散，加強了樁體與土層的側(cè)摩阻力[1]。

本工程對4-4東側(cè)#、6-6西側(cè)#兩樁采用在端承樁的樁后進行壓漿補強，在樁側(cè)預埋壓漿導管，并加強觀測，如發(fā)現(xiàn)沉降差過大，立即用壓漿導管對樁進行后壓漿補強。

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

圖10 壓漿導管口做法示意圖

施工期間每日對此樁位及相鄰樁位的沉降變形進行觀測，當發(fā)現(xiàn)相鄰墻沉降差超過3mm時，應立即采用壓漿導管對端承樁樁后進行注漿補強加固，補強加固配比參數(shù)如下表。

表7 后注漿補強配比參數(shù)表

5 結(jié)論

①在地鐵車站施工中，其施工空間有限時采用調(diào)整鋼支撐位置及樁機位置有效的解決了樁機施工與鋼支撐、預留孔洞沖突的問題，為今后地鐵車站柱下端承樁施工提供了很好的指導意義[2]。②根據(jù)柱下端承樁成樁機理，結(jié)合工程實際出現(xiàn)問題，分析了持力層承載力不足影響成樁質(zhì)量的因素以及進行原因排查采用的措施，為今后出現(xiàn)類似工程問題提供依據(jù)。③注漿加固是的樁端持力層補強有效手段，沉降監(jiān)測是檢測樁端持力層補強加固處理效果的重要方法，對工程實踐有著重要意義。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。