近地鐵軌行區(qū)微擾動三軸攪拌樁試驗研究

劉 飛 韓建勇

上海公路橋梁（集團(tuán)）有限公司 上海 200433

當(dāng)前我國大中型城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度不斷增強，可用土地資源數(shù)量逐步萎縮，地下空間開挖的體量和開發(fā)速率均加速增長，導(dǎo)致不少城區(qū)在建工程與已建工程存在相互影響的問題。其中新建、在建工程對已建軌道交通地下車站和區(qū)間隧道的影響最為顯著，尤其是在上海等大型、特大型城市。據(jù)統(tǒng)計，截至2017年12月31日，內(nèi)地共有北京、上海、廣州等35座城市開通運營軌道交通線路共計171條，總里程高達(dá)5 083.45 km，車站3 269座。

本文以毗鄰上海市軌交10號線的淞滬路—三門路下立交工程項目為依托工程，單獨研究對已有工程、設(shè)施影響較為明顯的三軸攪拌樁微擾動施工技術(shù)問題。通過現(xiàn)場試驗探索出一套施工工藝參數(shù)化、可實際操作的三軸攪拌樁微擾動施工工藝，將軌交10號線近軌行區(qū)三軸攪拌樁影響降到最低，同時為類似工程施工提供工程實踐經(jīng)驗和技術(shù)指導(dǎo)。

1 工程概況

1.1 工程簡介

在建淞滬路—三門路下立交工程為將來上海市楊浦區(qū)淞滬路—三門路重要的交通樞紐，下立交為雙層地下隧道結(jié)構(gòu)，主要采用深基坑工程和大頂管隧道工程進(jìn)行修建。雙層隧道部分深基坑工程平均深度17 m，最深可達(dá)20.8 m。隧道沿線距離既有軌交10號線較近，距離區(qū)間隧道或地下車站在5 m范圍內(nèi)的深基坑長度達(dá)到300 m以上，深基坑圍護(hù)與軌交10號線區(qū)間隧道最近處僅間隔1.5 m（圖1）。

1.2 水文地質(zhì)

圖1 在建工程深基坑與軌交10號線平面關(guān)系

工程場地土層從上到下依次為②1粉質(zhì)黏土夾粉質(zhì)粉土、②3-1砂質(zhì)粉土、②3-2粉砂、③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④淤泥質(zhì)黏土、⑤1粉質(zhì)黏土、⑤3粉質(zhì)黏土、⑥粉質(zhì)黏土、⑦黏質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土。

深基坑開挖深度范圍主要以②3-1砂質(zhì)粉土和②3-2粉砂為主，為潛水賦存區(qū)，試驗測試該土層液化指數(shù)較小，土層液化可能性低。

2 工程現(xiàn)場試驗

因在建淞滬路—三門路下立交工程與軌交10號線既有區(qū)間隧道距離較近，為提前揭示三軸攪拌樁施工工藝對區(qū)間隧道的影響，先行進(jìn)行現(xiàn)場試驗?？辈熨Y料表明整個工程場地水文地質(zhì)差異性變化很小，場地各區(qū)域土層特性非常接近，因此選擇距離軌交10號線較遠(yuǎn)B3區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場試驗，同時布置測試點位模擬三軸攪拌樁對軌交10號線區(qū)間的影響。所模擬的位置為本工程A5基坑距離軌交10號線區(qū)間最近距離1.5 m處的點位。試驗樁平面布置區(qū)域及試驗樁與模擬區(qū)間關(guān)系見圖2和圖3。

圖2 試樁平面位置

圖3 試驗樁位置與模擬區(qū)間相對關(guān)系

2.1 參數(shù)選擇與工藝選擇

三軸攪拌樁施工對周邊土層擾動的因素主要包括地層性質(zhì)，攪拌樁動力特性，水泥漿壓力等。其中施工工藝可控因素主要包括攪拌樁動力特性、水泥漿壓力等。將可控影響因素進(jìn)行參數(shù)化定型，可得三軸攪拌樁對周邊環(huán)境影響的主要施工工藝參數(shù)，包括：水灰比、樁徑、樁長、下沉速度、提升速度、漿液流量及水泥摻量[1-3]。

根據(jù)三軸攪拌樁施工經(jīng)驗：連續(xù)攪拌對原狀土破壞范圍大，進(jìn)而對周邊環(huán)境的擾動較大；同時攪拌樁水泥土凝結(jié)硬化對周邊環(huán)境變形發(fā)展趨勢起到一定的抑制作用。因此可利用原狀土抵抗變形能力強的特點及水泥土固化強度提升的特點來抵抗變形。

攪拌樁可采用跳打施工方式。為降低不同幅攪拌樁水泥土固化時間差異影響，攪拌樁施工采用套打工藝?？紤]時間因素和樁位空間分布因素，最終確定三軸攪拌樁工藝為套打＋跳三打一。

2.2 試驗分組

在B3基坑施工區(qū)域選擇一處場地施工40根試驗樁，試驗樁分為2組，每組20根，施工方式相同，均為套打＋跳三打一，工程施工經(jīng)驗表明，下沉速度、提升速度越慢對周邊土體的影響越小，因此選用設(shè)備的最低施工參數(shù)，各組參數(shù)如表1所示。

表1 試驗樁參數(shù)

2組試驗樁施工順序相同，施工順序依次為：1-5-9-13-17-2-6-10-14-18-3-7-11-15-19-4-8-12-16-20。2組試驗樁編號及測試點位布置如圖4所示。

圖4 試驗區(qū)平面位置

3 現(xiàn)場試驗結(jié)果及分析

3.1 試驗結(jié)果

試驗結(jié)果如表2及圖5、圖6所示。表2中，上抬為“＋”，下沉為“－”，用紅色標(biāo)出的數(shù)值為軌交10號線所在深度。

表2 測點位置土體分層沉降

圖5 試樁1區(qū)最大水平位移

圖6 試樁2區(qū)最大水平位移

3.2 結(jié)果分析

通過觀察2個試樁區(qū)的測斜與土體分層沉降量數(shù)據(jù)，可以得到以下結(jié)論：

1）《上海申通地鐵集團(tuán)有限公司軌道交通安全保護(hù)區(qū)域作業(yè)方案技術(shù)審查意見》規(guī)定本工程施工期間地鐵結(jié)構(gòu)的沉降（或隆起）變化累計量和水平位移變化累計量需＜10 mm，水平直徑收斂變化量累計量需＜10 mm；采取2組參數(shù)的施工工藝均能滿足地鐵結(jié)構(gòu)變形要求，產(chǎn)生變形占據(jù)容許變形總量的20%以上。從試樁1區(qū)收集得到的測量數(shù)據(jù)可知：最大水平位移為2.70 mm，土體分層沉降量在軌交10號線區(qū)間范圍內(nèi)累計變化值為下沉2 mm。從試樁2區(qū)收集得到的測量數(shù)據(jù)可知：最大水平位移為2.38 mm，土體分層沉降量在軌交10號線區(qū)間范圍內(nèi)累計變化值為下沉3 mm。

2）試樁2區(qū)土體測斜小于試樁1區(qū)。從數(shù)據(jù)可知試樁1區(qū)土體測斜最大位移為2.70 mm，位于地面以下11.5 m左右位置，軌交10號線區(qū)域內(nèi)土體測斜最大位移為2.18 mm。試樁2區(qū)土體測斜最大位移為2.38 mm，位于地面以下9 m左右位置；軌交10號線區(qū)域內(nèi)土體測斜最大位移為1.50 mm。因此，不難發(fā)現(xiàn)試樁2區(qū)的土體測斜小于試樁1區(qū)。

3）試樁2區(qū)沉降程度大于試樁1區(qū)。由于試樁2區(qū)土體分層沉降量在軌交10號線區(qū)間范圍內(nèi)累計變化值為下沉3 mm，大于試樁1區(qū)在軌交10號線區(qū)間范圍內(nèi)的檢測數(shù)據(jù)2 mm。

比選結(jié)果顯示，試樁2區(qū)參數(shù)略優(yōu)于試樁1區(qū)參數(shù)。

試驗結(jié)果表明，2組數(shù)據(jù)均符合地鐵結(jié)構(gòu)影響要求，但在水平與垂直方面的偏移情況各有優(yōu)劣。考慮到本工程為近軌區(qū)間作業(yè)，水平位移可能會帶來更為深遠(yuǎn)的影響[2-3]，因此經(jīng)過綜合比選最終決定在軌交10號線附近采用試樁2區(qū)的參數(shù)進(jìn)行施工。

4 依托工程施工影響分析

采用試樁2區(qū)參數(shù)對軌交10號線近軌行區(qū)沿線所有涉及三軸攪拌樁加固的深基坑進(jìn)行作業(yè)。施工過程中，根據(jù)軌交10號線隧道監(jiān)測數(shù)據(jù)，表明采用套打＋跳三打一，攪拌樁工藝參數(shù)為水灰比1.5、下沉速度0.5 m/min、提升速度1.2 m/min、漿液流速200 L/min、水泥摻量24%的三軸攪拌樁施工工藝對既有軌交10號線區(qū)間影響甚微。

5 結(jié)語

軌交工程在一些城市大量建設(shè)和運行，給緊鄰軌交的深基坑施工帶來了新的要求和挑戰(zhàn)，特別是一些超深基坑的槽壁加固對軌交設(shè)施的影響尤為突出。但只要采取有效的控制措施，通過科學(xué)的精細(xì)化管理和施工，就能確保工程的順利完工。

然而，本次槽壁加固施工過程中，由于條件的限制，存在參數(shù)組設(shè)定過少、對比參數(shù)過少、僅進(jìn)行定性分析等不足。因此，在后續(xù)的工作中，有必要設(shè)定足量的參數(shù)組，將理論模型與實際施工情況結(jié)合，進(jìn)行定量的分析，以期更好地解決超深基坑的槽壁加固難題。