臨近地鐵隧道樁基礎(chǔ)穿越高水位松散地層施工新技術(shù)

張洪濤 （中鐵四局集團(tuán)第五工程有限公司，江西 九江 332000）

1 引言

在高水位、松散砂卵石、周邊臨近地鐵隧道和既有橋梁基礎(chǔ)的條件下的大直徑嵌巖樁施工時(shí)所面臨的主要問題：水位高、松散砂卵石旋挖成孔，孔壁坍塌風(fēng)險(xiǎn)較大；嵌巖部分樁長需要分多級(jí)擴(kuò)孔施工，時(shí)間較長對(duì)孔壁質(zhì)量要求高；周邊地鐵隧道和既有橋梁樁基礎(chǔ)對(duì)周邊地基土變形要求高；水下灌注混凝土?xí)r風(fēng)險(xiǎn)大。針對(duì)上述問題目前常用解決辦法是：第一，全套管回旋鉆機(jī)施工，但機(jī)械設(shè)備要求高，成本高；第二，永久鋼護(hù)筒施工，但鋼護(hù)筒存在安放垂直度控制難度大問題，不容易安放到位。本案例中采用孔壁四周旋噴加固施工技術(shù)，解決了此類條件下大直徑嵌巖樁的施工難問題。該施工方法可以很好的控制樁基的成樁質(zhì)量，且對(duì)臨近地鐵起到一定的保護(hù)措施。

2 工程概況

某臨近地鐵區(qū)間新建跨河橋梁左幅75號(hào)、76號(hào)墩樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為端承樁，樁徑分別為2.8m、2.5m，樁長分別為57m、56m，76號(hào)墩樁基成孔孔深為62.87m。56m樁長范圍內(nèi)圓礫及礫砂層長度38m，泥礫層長度8.8m，入巖長度9.2m，距離既有地鐵地鐵十號(hào)線區(qū)間結(jié)構(gòu)約3m，地鐵底距地面約25m。樁基設(shè)計(jì)采用全護(hù)筒跟進(jìn)，護(hù)筒底進(jìn)入泥礫層2m。樁基礎(chǔ)與臨近地鐵位置關(guān)系見圖1。

樁基礎(chǔ)主要性質(zhì)和參數(shù)見表1。

3 施工問題

圖1 樁基礎(chǔ)與臨近地鐵位置關(guān)系圖

樁基礎(chǔ)土層主要參數(shù)表 表1

沈陽市某跨渾河新建橋梁工程對(duì)既有地鐵10號(hào)線跨渾河段區(qū)間安全性影響評(píng)估報(bào)告和設(shè)計(jì)文件對(duì)施工要求在泥礫層以上范圍內(nèi)的松散地層內(nèi)安放永久鋼護(hù)筒進(jìn)行護(hù)壁，但在施工過程中存在以下問題：

①鋼護(hù)筒安放過程中，地鐵監(jiān)測(cè)位移變形較大，尤其是在使用震動(dòng)器的情況下，地鐵隧道位移變形已達(dá)到臨界預(yù)警值；

②鋼護(hù)筒下放困難，鋼護(hù)筒垂直度較難確保，鋼護(hù)筒下放至圓礫層時(shí)，由于在下沉過程中，鋼護(hù)筒遇有大顆粒造成傾斜，同時(shí)由于鋼護(hù)筒下放時(shí)間較長，樁周土層的靜水壓力逐漸平衡，增加鋼護(hù)筒下放或拔出的難度；

③鋼護(hù)筒振動(dòng)下沉過程，擾動(dòng)土層的穩(wěn)定，土層中的初始應(yīng)力釋放，導(dǎo)致在護(hù)筒根部位置出現(xiàn)砂土的流動(dòng)，造成下層土層脫空，且越振動(dòng)，土層脫空范圍越大。

4 解決方案

針對(duì)上述問題，經(jīng)過研究分析，孔壁周圍采用旋噴樁加固處理的施工方法，該方法主要用于不良地基的處理。其工作原理為同時(shí)將高壓水泥漿和空氣兩種介質(zhì)噴射流橫向噴射出，沖擊破壞土體，在高壓漿液和它外圈環(huán)繞氣流的共同作用下，破壞土體的能量顯著增大，最后在土中形成較大的固結(jié)體。本案例中的主要作用為在樁周圍一定范圍內(nèi)形成一個(gè)穩(wěn)定的加固土體，為樁基鉆進(jìn)的過程提供護(hù)壁及支撐，防止發(fā)生塌孔，減少樁底沉渣。

本案例中高壓旋噴樁采用雙管法，旋噴樁直徑0.8m，咬合間距0.2m，旋噴樁中心位置距離樁基外側(cè)40cm，灌漿采用的水泥漿液濃度1.5g/cm3，水灰比1∶1；采用普通硅酸鹽水泥，水泥摻合量不小于土天然質(zhì)量的25%。旋噴樁長度至泥礫層下2m，單樁加固總長度46.9m。旋噴樁平面布置見圖2，旋噴樁施工參數(shù)見表2。

圖2 直徑2.5m、2.8m樁基旋噴樁平面布置圖

旋噴樁施工參數(shù)表 表2

施工過程中要時(shí)刻注意漿液的配比及鉆進(jìn)的速度，具體施工時(shí)要注意以下幾點(diǎn)。

①制備水泥漿。按設(shè)計(jì)確定的配合比拌制水泥漿。首先將水加入桶中，再將水泥和外摻劑倒入，開動(dòng)攪拌機(jī)攪拌10min～20min，而后擰開攪拌桶底部閥門，放入第一道篩網(wǎng)（孔徑為0.8mm），過濾后流入漿液池，然后通過泥漿泵抽進(jìn)第二道過濾網(wǎng)（孔徑為0.8mm），第二次過濾后流入漿液桶中，待壓漿時(shí)備用。

②插管。當(dāng)采用旋噴注漿管進(jìn)行鉆孔作業(yè)時(shí)，鉆孔和插管二道工序可合而為一，鉆機(jī)借助噴射管本身的噴射或振動(dòng)貫入。其過程為：啟動(dòng)鉆機(jī)，同時(shí)開啟高壓泥漿泵低壓輸送水泥漿液，使鉆桿沿導(dǎo)向架振動(dòng)、射流成孔下沉；直到樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高，觀察工作電流不應(yīng)大于額定值。

③提升噴漿管、攪拌。噴漿管下沉到達(dá)設(shè)計(jì)深度后，停止鉆進(jìn)，旋轉(zhuǎn)不停，高壓泥漿泵壓力增到施工設(shè)計(jì)值（20～40MPa），底噴漿 30s后，邊噴漿，邊旋轉(zhuǎn)，同時(shí)接通空壓管，泥漿泵、空壓機(jī)和鉆機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并用儀表控制壓力、流量和風(fēng)量，分別達(dá)到預(yù)定數(shù)值時(shí)開始提升，繼續(xù)旋噴和提升，直至達(dá)到預(yù)期的加固高度后停止。

④樁頭部分處理。當(dāng)旋噴管提升接近樁頂時(shí)，應(yīng)從樁頂以下1.0m開始，慢速提升旋噴，旋噴數(shù)秒，再向上慢速提升0.5m，直至樁頂停漿面。

⑤若遇礫石地層，為保證樁徑，可重復(fù)噴漿、攪拌：按上述2～4步驟重復(fù)噴漿、攪拌，直至噴漿管提升至停漿面，關(guān)閉高壓泥漿泵、空壓機(jī)，停止水泥漿、風(fēng)的輸送，將旋噴漿管旋轉(zhuǎn)提升出地面，關(guān)閉鉆機(jī)。

5 結(jié)論

經(jīng)過兩個(gè)承臺(tái)6根大直徑樁的施工，樁周旋噴樁加固處理取得了良好的效果，完成了在松散地層中不使用永久鋼護(hù)筒護(hù)壁的樁基礎(chǔ)施工。

①旋噴樁加固處理樁周土體的過程、樁基礎(chǔ)鉆進(jìn)過程中，地鐵隧道累計(jì)變化量在-0.7mm～4mm之間，小于累計(jì)變化控制值5mm。變化速率在-0.83mm～0.6mm/d之間，小于變化速率控制值1mm/d，施工過程中地鐵監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均在控制值范圍內(nèi)，有效的保障了地鐵隧道的安全。

②經(jīng)計(jì)算，6根大直徑樁基采用旋噴加固處理施工對(duì)比全護(hù)筒（永久護(hù)筒）跟進(jìn)施工，無需大型吊裝設(shè)備和振沖設(shè)備大大降低安全風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約成本約120萬元，施工進(jìn)度提前15d，為以后類似工程提供成功的經(jīng)驗(yàn)借鑒。