吊腳樁在地鐵圍護結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用分析

周圣超

（中鐵六局集團廣州工程有限公司，廣東 深圳 518114）

1 吊腳樁簡述

吊腳樁在實際施工過程中又稱鎖腳樁，根據(jù)其施工工藝特點，屬于鉆孔灌注樁類別。在具體施工過程中，吊腳樁一般不會嵌入基坑底以下，吊腳樁深入巖層的深度根據(jù)具體情況決定，如果地質(zhì)情況允許，還可以在樁身以下設(shè)置錨桿或者錨索，其目的在于進一步加固吊腳樁，達(dá)到最佳穩(wěn)定性。而樁底以下至基坑底可采用巖石錨桿加固巖體。吊腳樁在實踐應(yīng)用過程中具有傳統(tǒng)鉆孔灌注樁的相關(guān)優(yōu)勢，且吊腳樁自身樁身較短，因此其整體施工工期很短，需要的材料也較少，這就使得其整體建設(shè)成本大幅下降，在地鐵施工建設(shè)過程中得到推廣應(yīng)用。文章結(jié)合具體案例分析吊腳樁的實踐應(yīng)用，為相關(guān)工作人員提供借鑒。

2 吊腳樁在地鐵車站基坑施工中的應(yīng)用

2.1 工程地質(zhì)條件分析

石芽嶺站位于盛寶路與布瀾路交叉口，對深基坑進行實地勘察，發(fā)現(xiàn)孔口標(biāo)高為70.27～70.67m。場地原始地貌主要為臺地及其中間沖溝，局部為殘丘，地形略有起伏，現(xiàn)狀地形經(jīng)人工改造后較為平坦，局部略有起伏。上覆第四系全新統(tǒng)人工堆積填土層、第四系沖洪積粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏性土、第四系角巖殘積黏土、粉質(zhì)黏土、下伏侏羅紀(jì)角巖，呈全風(fēng)化～微風(fēng)化。此次地鐵施工過程中，車站吊腳圍護樁區(qū)段位于當(dāng)?shù)劐F形巖體構(gòu)造中，覆蓋層主要由素填土、粉質(zhì)黏土構(gòu)成，由于角巖巖面線起伏較大，淺表層素填土、粉質(zhì)黏土深度不均勻。

針對深基坑的考察發(fā)現(xiàn)，石芽嶺站基坑施工場地揭露的覆蓋層主要有第四系人工堆積層（Q4ml）、第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）、第四系殘積層（Qel），局部分布坡積層（Qdl），下伏基巖為侏羅系（J2tn）角巖等，沿線地質(zhì)具體情況如圖1所示。

圖1 地質(zhì)縱剖面圖

考察還發(fā)現(xiàn)，深基坑內(nèi)部下伏基巖為侏羅紀(jì)角巖，吊腳圍護樁區(qū)段基巖埋深很淺，埋深為0.6～4.0m，最淺處僅路面結(jié)構(gòu)層以下可見中風(fēng)化角巖。該區(qū)段侏羅紀(jì)角巖自上而下依次為全風(fēng)化角巖、土狀強風(fēng)化角巖、塊狀強風(fēng)化角巖、中風(fēng)化角巖、微風(fēng)化角巖。中風(fēng)化角巖為塊狀構(gòu)造，結(jié)構(gòu)部分被破壞，沿節(jié)理面有次生礦物，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖體被切割成巖塊，為較硬巖～堅硬巖，主要為較硬巖；微風(fēng)化角巖亦為塊狀構(gòu)造，結(jié)構(gòu)基本未變，僅節(jié)理面有渲染或略有變色，有少量風(fēng)化裂隙。巖石飽和單軸抗壓強度為40.3～155.0MPa，標(biāo)準(zhǔn)值為67.4MPa，為較硬巖～堅硬巖，以堅硬巖為主。

2.2 水文地質(zhì)條件分析

石芽嶺車站范圍內(nèi)未見常年地表水體。根據(jù)其賦存介質(zhì)的類型，場地地下水主要有兩種類型：一類是第四系松散巖類孔隙水，主要賦存于第四系巖土層中；另一類為基巖裂隙水，主要賦存于強風(fēng)化及中風(fēng)化帶中，略具承壓型。由此可見，石芽嶺車站吊腳圍護樁區(qū)段水文地質(zhì)情況非常具有代表性。

（1）第四系松散巖類孔隙潛水。主要賦存在第四系沖洪積、殘積層中。第四系黏性土層透水性弱，主要由大氣降水和地表水滲流補給，排泄方式主要為蒸發(fā)和地下徑流，水量一般，水質(zhì)易被污染，水質(zhì)較差。

（2）基巖裂隙水?；鶐r裂隙水普遍存在，其具體情況受到當(dāng)?shù)鼗鶐r影響，會出現(xiàn)各種變化，水位一般不穩(wěn)定。地下水補給來源主要為第四系地層中的孔隙水補給，其次是地下水徑流補給。主要是以地下徑流由高往低排泄。

2.3 設(shè)計概況

深圳地鐵14號線石芽嶺站為地下兩層島式換乘車站，考慮到地鐵工程施工的特性以及當(dāng)?shù)氐牡匦蔚刭|(zhì)環(huán)境，結(jié)合地鐵車站施工建設(shè)的原則和標(biāo)準(zhǔn)，主體結(jié)構(gòu)采用明挖順作法進行施工，車站長度為478.226m，標(biāo)準(zhǔn)段寬為21.28m，深度為17.25～27.35m，其圍護結(jié)構(gòu)主要形式為地下連續(xù)墻，局部區(qū)段采用吊腳圍護樁形式。其中1～48軸、55～59軸采用800mm（1000mm）厚地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐（局部+錨索）的支護形式，大里程端配線范圍49～54軸采用Φ800mm@1000mm的鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐（局部+錨索/錨桿）及放坡+噴錨的支護形式。吊腳樁區(qū)段位于配線區(qū)，長度為47.8m，寬度為13.8～24.9m，基坑開挖深度為23.4m，三層結(jié)構(gòu)，設(shè)計吊腳圍護樁91根，A型樁27根（樁長15m），B型樁64根（樁長9m），具體平面布置情況如圖2所示。另外，在吊腳樁樁底設(shè)計有寬度為1000mm的吊腳平臺，并設(shè)置對應(yīng)的混凝土腰梁，在樁底以下設(shè)計對應(yīng)的巖石錨桿，這個結(jié)構(gòu)能夠有效利用巖石自身的穩(wěn)定性來增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3 施工中的問題及解決措施

3.1 成樁工藝和設(shè)備選型

前期組織吊腳圍護樁（鉆孔灌注樁）施工過程中，根據(jù)設(shè)計圖紙及水文地質(zhì)情況，鉆孔設(shè)備采用山河智能SWDM420旋挖鉆機（動力頭輸出扭矩225kN·m，最大加壓力420kN），鉆孔進度緩慢，入中風(fēng)化巖層后平均每小時進尺在5～10cm，并且施工場地處于巖層背斜區(qū)域，斜巖角度大，鉆孔過程中出現(xiàn)偏孔，再加上巖石硬度大，鉆頭磨損嚴(yán)重。

石芽嶺站地質(zhì)情況復(fù)雜，巖石樣本經(jīng)現(xiàn)場取樣試壓，實測中、微風(fēng)化角巖強度遠(yuǎn)大于詳勘顯示的數(shù)據(jù)，局部巖層抗壓強度達(dá)244MPa，采用旋挖鉆進行吊腳圍護樁施工非常困難，穿越巖層很厚，成孔成樁效率緩慢。通過試樁，初步測算整個圍護結(jié)構(gòu)施工工期，同時綜合考慮工期和成本因素，決定放棄該成孔工藝，尋求新的解決辦法。

圖2 圍護樁平面布置圖

經(jīng)過深入研究成孔方案，廣泛咨詢硬巖成孔工藝，項目部決定采用氣動潛孔錘來完成此項工作。潛孔錘是通過旋挖鉆改裝而成，由主機（旋挖鉆）、空壓機組、改裝鉆桿、氣管、沖擊器、錘頭等組成。利用旋挖鉆機的動力和機架進行工作，將潛孔錘選配在旋挖鉆機上，使改造后的旋挖鉆機具備鑿巖功能，既提高了設(shè)備的利用率，又降低了設(shè)備的投入成本。

潛孔錘的沖擊器和錘頭是根據(jù)成樁孔徑定制，錘頭采用特制合金鋼材料制成。鉆桿中心設(shè)置密封的高壓空氣通道，頂端通過氣管與空壓機連接，底端與沖擊器軸向連接，而沖擊器與錘頭采用螺紋連接。根據(jù)現(xiàn)場巖石抗壓強度，配備4臺空壓機。潛孔錘施工過程中，經(jīng)現(xiàn)場記錄，整理統(tǒng)計出其在中、微風(fēng)化角巖成孔效率是旋挖鉆的10～15倍，大大提高了成孔速度，最終在1個月左右完成91根圍護樁的施工，比計劃工期提前了2個月。若在成孔過程中巖層上覆土層時，由于高壓氣流是從錘頭往上噴，造成樁孔四周土層塌方，需加設(shè)鋼護筒，以確保土體穩(wěn)定。

3.2 基坑開挖及支護方法

（1）圍護樁止水措施。根據(jù)設(shè)計圖紙以及詳勘報告，圍護樁樁間止水采用Φ600mm@1000mm高壓旋噴樁，樁底至中風(fēng)化巖頂采用三管旋噴工藝。旋噴樁施工過程中，由于中風(fēng)化巖層埋深較淺，而且根據(jù)現(xiàn)場實際情況，中風(fēng)化角巖上覆厚度約2.6m的塊狀強風(fēng)化，其巖石抗壓強度可達(dá)到144MPa，成樁難度大，旋噴注漿過程中返漿量大，水泥漿很難深入擴散，成樁效果不理想。經(jīng)討論研究，決定采用潛孔鉆引孔、鋼花管注漿的方式進行二次止水，增強止水效果，確?；娱_挖坑外地表和圍護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。高壓旋噴樁以及鋼花管注漿施工技術(shù)要點如下：①水泥摻量宜取土的天然質(zhì)量的25%～40%，水泥最終摻量根據(jù)試驗確定，不宜＜350kg/m3，高壓噴射注漿應(yīng)按水泥土固結(jié)體設(shè)計有效半徑與土的性狀確定噴射壓力、注漿流量、提升速度、旋轉(zhuǎn)速度等工藝參數(shù)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗確定。②采用P42.5級普通硅酸鹽水泥，建議水灰比為1.0，并在0.9～1.1范圍內(nèi)調(diào)整。根據(jù)實際情況可適當(dāng)添加外加劑。③采取隔孔分序方式，同時還需要科學(xué)控制注漿的間隔時間，一般情況下，相鄰孔在進行注漿操作過程中，需要保持間隔時間長達(dá)1d；噴射過程中還需要注意方式和速度，保持噴射均勻，同時還需要科學(xué)控制停止噴射以后的位置。④噴射注漿過程中，需要根據(jù)返漿情況調(diào)整噴射方式，當(dāng)返漿達(dá)到一定程度，可以采用提高噴射壓力的方式進行工作，確保噴射效果；如果出現(xiàn)液面下降的情況，要根據(jù)需要做好后續(xù)補償工作；注漿過程中出現(xiàn)中斷，后續(xù)工作過程中要確保與前期注漿保持良好連接，并控制其長度。⑤注漿過程中，如果因為漿液滲漏導(dǎo)致返漿不出現(xiàn)的情況，要調(diào)整注漿工作，將其集中在對應(yīng)位置進行持續(xù)注漿，同時還需要填入相關(guān)材料，確保其產(chǎn)生返漿現(xiàn)象。⑥樁間止水采用三重管高壓旋噴樁，28d加固后土體無側(cè)限抗壓強度qu≥1.0MPa，滲透系數(shù)≤1×10-6cm/s。⑦旋噴樁垂直度偏差≤1%，樁定位偏差≤50mm。⑧鋼花管采用直徑48mm×2mm規(guī)格的無縫鋼管，采用螺紋接頭連接。

（2）基坑開挖控制要點。①在實施土方開挖工作之前，除了需要做好基坑圍護樁的建設(shè)工作，還需要做好噴樁的施工工作。另外，在進行基坑開挖前，必須確保灌注樁和冠梁達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。②基坑開挖至吊腳平臺標(biāo)高時必須停止開挖，及時設(shè)置鎖腳錨索。錨索須根據(jù)設(shè)計要求施加一定的預(yù)應(yīng)力，確保圍護結(jié)構(gòu)的變形在設(shè)計允許范圍內(nèi)，錨索施設(shè)完畢后，應(yīng)檢查確認(rèn)基坑的穩(wěn)定性，安全后方可繼續(xù)開挖施工。同時，在基坑開挖過程中要注意監(jiān)測圍護結(jié)構(gòu)變位和支撐軸力變化，若發(fā)現(xiàn)圍護結(jié)構(gòu)變位和支撐軸力有異常時，應(yīng)立即采取有效措施補救，并立即通知相關(guān)單位進行處理。③土方開挖過程中，要注意控制速度，一般要按照分層分段的方式進行，同時開挖過程中需要科學(xué)控制高差；分段開挖過程中要合理控制長度，這有助于確保開挖的穩(wěn)定性，避免影響到整體穩(wěn)定性。實施澆筑過程中，要采用相關(guān)材料對樁與主體之間的間隙進行填充，確保其達(dá)到良好穩(wěn)定性。④開挖至最后一道腰梁底標(biāo)高時，應(yīng)及時施作腰梁，并在吊腳圍護樁樁底以上一定距離開始預(yù)留900mm寬的吊腳平臺。預(yù)留吊腳平臺的過程中，有效控制平臺的高度和寬度，避免吊腳樁在后續(xù)處于懸空狀態(tài)。吊腳平臺表面施作100mm厚C25、P6早強噴射混凝土，噴射混凝土前掛φ8mm@200mm×200mm鋼筋網(wǎng)。⑤吊腳圍護樁嵌入微風(fēng)化基巖以下，還需要采取相關(guān)措施確保鎖腳平臺以及對應(yīng)巖體的穩(wěn)定性。

（3）錨索以及錨桿施工技術(shù)要求。①根據(jù)地勘資料并結(jié)合現(xiàn)場實際情況，現(xiàn)場有14根吊腳圍護樁（A樁）樁底進入中風(fēng)化巖層較淺，入中風(fēng)化巖層最深為6.6m，最淺為3.2m，錨固深度不夠，錨固力不足，故該區(qū)段采取了錨索鎖腳的方法來穩(wěn)定樁底。豎向設(shè)置一道錨索，其錨固點位于吊腳平臺上方，距離樁底2.5m，水平間距均為2.0m，傾角角度均為30°，錨固體直徑均為150mm，錨索長度為14m，自由段長度為6m，錨固段長度為8m，錨索均采用3束高強度、低松弛鋼絞線。②錨索的安裝應(yīng)符合下列規(guī)定：安裝之前應(yīng)檢查錨索體質(zhì)量，確保符合設(shè)計要求；注漿管應(yīng)和錨索體一起置入鉆孔內(nèi)，注漿管底端距孔底宜為50～100mm，二次注漿管的出漿孔和端頭應(yīng)密封，保證一次注漿時漿液不進入二次注漿管內(nèi)；錨索體插入孔內(nèi)深度不應(yīng)＜錨索長度的95%，亦不得超深，以免外露長度不足。③錨索的注漿應(yīng)符合下列規(guī)定：漿體按設(shè)計配制，宜選用灰砂比1∶0.5～1∶1的水泥砂漿或水灰比0.45～0.5的純水泥漿；二次高壓注漿宜使用水灰比為0.45～0.5的純水泥漿；一次注漿待孔口溢漿，即可停止注漿；二次高壓注漿應(yīng)在一次注漿形成的水泥結(jié)石強度達(dá)到初凝后進行，注漿壓力不宜＜2.0MPa，二次注漿時間可根據(jù)注漿工藝通過試驗確定。④錨索張拉和鎖定應(yīng)符合以下規(guī)定：錨索張拉時，腰梁及臺座的混凝土抗壓強度、錨固段的注漿體抗壓強度不應(yīng)低于設(shè)計強度的80%；錨索正式張拉前，應(yīng)取0.1～0.2倍軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值進行預(yù)張拉；錨索張拉至1.1kN時，應(yīng)保持一定時間，觀察其變化趨于穩(wěn)定時，然后卸荷至0后，重新張拉至設(shè)計鎖定荷載進行鎖定。⑤吊腳平臺以下均為微風(fēng)化角巖，巖體比較完整，有少量風(fēng)化裂隙，巖體自穩(wěn)性較高，未設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索，而是采用加設(shè)全粘接砂漿錨桿的方案，同時在巖面掛網(wǎng)噴射混凝土，桿材采用HRB400的鋼筋，其直徑為25mm，長度為4000mm，錨桿設(shè)置傾角為15°，錨桿布置間距1500mm×1500mm，呈梅花型布置。巖體表面施作100mm厚C25、P6早強噴射混凝土，噴射混凝土前掛φ8mm@200mm×200mm鋼筋網(wǎng)。⑥錨桿的施工應(yīng)遵守下列規(guī)定：錨桿桿體放入孔內(nèi)或注漿前，應(yīng)清除孔內(nèi)的巖粉、土屑和積水；根據(jù)錨孔部位及方位，可先注漿后插桿或先插桿后注漿。當(dāng)遇坍塌孔或孔壁變形，注漿管插不到孔底時，應(yīng)對錨桿孔進行處理，或擇位補打錨孔；錨桿安裝后，在注漿體強度達(dá)到70%設(shè)計強度前，不得敲擊、碰撞或牽拉。具體情況如圖3所示。

4 注意事項

綜上所述，吊腳樁在施工中的應(yīng)用要注意以下4點：（1）做好詳勘工作，對地層復(fù)雜處做好補勘，保證吊腳樁施工處巖層完整性，特殊地質(zhì)應(yīng)詳細(xì)說明；（2）設(shè)計出圖時，視地層情況輔助巖石錨桿，施作吊腳平臺；（3）施工時需要及時施作吊腳平臺并對圍護樁進行鎖腳，保證平臺寬度及高度滿足要求，避免基坑長時間暴露，及時施工主體結(jié)構(gòu)；（4）監(jiān)測應(yīng)加強施工監(jiān)測頻率，及時反饋信息，為施工提供可靠信息。

5 結(jié)束語

圖3 圍護樁橫向剖面圖

為了有效開展地鐵施工，需要積極應(yīng)用先進的生產(chǎn)施工設(shè)備和技術(shù)。在這個過程中，針對深基坑的施工尤其需要控制好整體工藝，在具體施工建設(shè)過程中，吊腳樁是經(jīng)常采用的一種施工工藝，這種工藝施工時間較少，成本較低，還能達(dá)到良好施工效果，因此在地鐵施工建設(shè)過程中得到廣泛應(yīng)用。

吊腳樁是對傳統(tǒng)鉆孔灌注樁施工技術(shù)的一種創(chuàng)新型應(yīng)用，初期應(yīng)用肯定有各種問題，但是對地質(zhì)條件相對較好的地區(qū)，吊腳樁不失為一種綜合性能較好的支護方式。隨著地鐵工程迅速發(fā)展，建筑技術(shù)也在不斷創(chuàng)新，吊腳樁在地鐵圍護結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用將越來越廣泛，在今后的吊腳樁施工中做好吊腳樁施工的注意事項，吊腳樁是可以在支護領(lǐng)域大放異彩的。