淺談砂卵石地層洞樁法施工中機械成孔樁坍塌處理技術

高銀斌

(中鐵十八局集團有限公司市政工程有限公司，北京 100053)

1 工程概況

北京地鐵19號線牛街站，為地下三層雙柱三跨島式車站，位于牛街、長椿街(南北向)和廣安門內(nèi)大街(東西向)交匯處北側(cè)，沿長椿街南北向設置。車站總長239m，標準段寬23.7m、高21.83m，覆土約11.1m，底板埋深33.5m，車站底板位于地下水位下6～7m。車站上方有雨水、污水、上水、燃氣、熱力等多條市政管線，臨近宣武醫(yī)院辦公樓，最小水平凈距6.3m。

車站主體結(jié)構主要位于粉土②層、粉細砂③-3層、卵石圓礫⑤層、粉細砂⑥-3層、卵石⑦層、粉細砂⑦-2層、卵石⑨層，其中車站導洞下所處地層為卵石圓礫⑤層、粉質(zhì)黏土⑥-2(見圖1)。

圖1 牛街站地質(zhì)剖面

車站主體采用4導洞PBA洞樁法施工，邊樁為φ1000@1600，中樁為φ1800@7000，邊樁及中柱均在小導洞內(nèi)施工，導洞凈高5m，凈寬4m。鉆機采用8JH-150改進型反循環(huán)鉆機，鋼管柱采用鋼管柱安裝機進行安裝。邊樁及中柱均采用洞內(nèi)機械成孔樁施工，施工過程中確保管線及既有建筑物的安全尤為重要。邊樁及中柱參數(shù)見表1。

表1 邊樁與中樁參數(shù)

2 塌孔過程及處理

2.1 塌孔過程

27號邊樁于2018年3月27日早上2點開鉆，下午4點成孔。隨后提升鉆桿、鉆機移位，于晚上9點完成，開始準備下鋼筋籠時，樁孔內(nèi)水面出現(xiàn)冒泡現(xiàn)象，隨即測量孔深，只剩2m。抓緊組織人員進行處理，抽水查看塌孔情況發(fā)現(xiàn)導坑護壁下已被刷空，在導洞側(cè)壁開孔查看導洞底板下和東側(cè)壁都已塌空(見圖2～圖4)。

圖2 邊樁27號現(xiàn)場施工

圖3 邊樁27號塌孔情況(導洞底下)

圖4 邊樁27號塌孔情況(導洞側(cè)壁)

2.2 現(xiàn)場臨時處置措施

首先，在導洞側(cè)墻用水鉆開孔，探明塌空的位置及大小。其次，對導洞側(cè)墻塌空范圍進行回噴填實，回噴時預留回填注漿管，回噴料為預拌砂漿，約20m3(見圖5)。最后，對導洞側(cè)壁及拱部從下往上進行回填注漿，注漿材料為水泥漿，用水泥約12t(見圖6)。

圖5 導洞側(cè)壁開孔

圖6 導洞側(cè)壁回填注漿

3 原因分析

為處理好機械成孔樁塌孔的問題，保證現(xiàn)場施工安全及進度，項目部組織召開了塌孔原因分析及處理方案研討會議，參建各方對此次塌孔原因進行了充分討論、分析。

3.1 地層不穩(wěn)定易坍塌

邊樁和中柱樁頂下3～5m范圍處于卵石⑤層、粉細砂⑥-3層，車站卵石圓礫⑤層，圓礫層所含圓礫、卵石顆粒以沉積巖為主，混有火成巖，磨圓度較好，呈亞圓形，微風化，級配連續(xù)。該層上部以圓礫為主，厚度約為3～5m，圓礫粒徑一般為0.5～2cm，最大粒徑為3cm，細中砂充填，約占總重的45%～50%。隨著深度的增加，顆粒粒徑逐漸增大，該層逐漸過渡為卵石層，卵石一般粒徑3～5cm，最大粒徑12cm，細中砂充填，約占35%。

根據(jù)實際開挖接露地層情況，粉土⑥-2和卵石⑦上部地層含砂量較大，地層松散，自穩(wěn)性差，在洞樁鉆進成孔過程中易坍塌或遇水易出現(xiàn)流砂現(xiàn)象，進而造成導洞側(cè)壁塌空(見圖7)。

圖7 導洞塌空示意圖

3.2 卵石致密成孔時間長

機械成孔樁從上到下，穿越卵石圓礫⑤層、卵石⑦層、卵石⑨層，三層卵石地層，卵石粒徑越來越大，密實度越來越高。成孔鉆進困難，耗時長，泥漿靜置時間過長，成孔完成到下鋼筋籠時間過長，致泥漿比重減小。

在邊樁導坑人工護壁(2m)下2～3m范圍內(nèi)以及導洞邊墻和拱頂處多為粉細砂地層(見圖8)，反循環(huán)成孔過程中，長時間對粉細砂層進行沖刷后攜帶出樁，容易造成塌孔。

圖8 導洞下為粉細砂地層

3.3 其他原因

還有一些次要原因也會導致孔口坍塌，如提升鉆頭或放置鋼筋籠時碰撞孔壁；泥漿稠度小起不到護壁作用；泥漿水位高度不夠，對孔壁壓力?。辉谒绍浬皩又秀@進進尺過快；泥漿靜置時間過長，成孔完成到下鋼筋籠時間過長，致泥漿比重減小。

4 塌孔處理措施

由于牛街站上方存在多處大直徑市政管線及宣武醫(yī)院等一級風險源，風險較大，針對后續(xù)洞樁施工需穿越此松散地層的情況，為避免以后出現(xiàn)類似問題，綜合考慮車站所處水文、地質(zhì)條件及環(huán)境因素，制定后期洞樁施工的處理措施。

4.1 技術措施

分段探明地層實際情況，表明現(xiàn)場卵石⑤和卵石⑦地層之間存在過渡層，該過渡層細中砂填充，含量基本都在50%以上，卵石粒徑較小，地層松散，自穩(wěn)性差，容易出現(xiàn)坍塌。

所有邊樁及中柱導坑人工護壁延長施作至黏土層位置(見圖9)；在所有邊樁及中柱周圍進行注漿，對該過渡層進行注漿改良加固，范圍為樁外0.5m，長度為黏土層底下2m，主要加固黏土層下粉砂層(見圖10、圖11)；注漿采用注漿壓力和注漿量雙控，尤其是注漿量，需對照理論注漿量，并且要求現(xiàn)場試配注漿配合比，以注進去水泥量多為原則。理論注漿量按照注漿管長2m、擴散半徑0.5m計算；綜合考慮安全及施工可操作性，結(jié)合地質(zhì)情況，機械成樁過程中，控制好泥漿比重，控制好鉆進速度，成樁后及時安裝鋼筋籠，盡量縮短成樁時間。

圖9 處理措施示意圖

圖10 注漿加固范圍示意圖

圖11 邊樁位置注漿

4.2 管理措施

a.成立以項目經(jīng)理為組長，技術負責人、生產(chǎn)副經(jīng)理、安全副經(jīng)理、工程部、安全部、風險監(jiān)測部參加的協(xié)調(diào)小組，抽調(diào)技術骨干進駐施工現(xiàn)場，加強對機械成孔樁施工過程的控制管理，對現(xiàn)場工人進行針對性教育交底，最大程度確保注漿的范圍和注漿質(zhì)量，為安全順利進行洞樁施工創(chuàng)造條件。

b.建立開挖地層情況記錄臺賬與車站洞樁注漿記錄臺賬，開挖地層情況記錄臺賬主要記錄開挖進尺過程中地質(zhì)實際情況，根據(jù)地質(zhì)情況設置開挖參數(shù)，臺賬包含導坑編號、導坑進尺、地層情況、地層厚度、地層照片等內(nèi)容；車站洞樁注漿記錄臺賬主要記錄每根邊樁的注漿情況，臺賬包含導坑編號、導坑進尺、理論注漿量、實際注漿量、注漿壓力、漿液配合比等內(nèi)容。

c.對施工關鍵線路工序進行分析，牛街站北端是車站施工控制的重點，為確保關鍵線路的工期，提前規(guī)劃，確保關鍵工序的人、材、機、物的投入，以關鍵線路的工期保證整個工程的工期。

d.鉆孔過程中操作手應詳細記錄在松散的砂土層或其他不穩(wěn)定地層的鉆進情況，應控制進尺速度，提高泥漿稠度，以保證泥漿護壁的質(zhì)量，避免由于進尺過快造成塌孔。

e.合理安排各工序的施工，解決施工過程中的主要矛盾。制定周密的網(wǎng)絡計劃，抓住關鍵線路，突出重點難點，抓好各工序的保障工作，縮短工序轉(zhuǎn)換和工序銜接時間，提高施工速度；對施工計劃實行動態(tài)管理，及時進行信息反饋，不斷將實際進度與計劃相比較，找差距，找原因，及時調(diào)整。

f.加強監(jiān)測，提高監(jiān)測頻率及監(jiān)測準確性，及時掌控施工對周邊結(jié)構的沉降變化影響，并根據(jù)監(jiān)測情況及時調(diào)整施工步序。

5 結(jié) 語

本工程洞樁施工前對樁周圍進行注漿加固以及將導坑護壁延長至黏土層位置，雖然增加了工作量，但確保了現(xiàn)場施工安全，尤其保證了車站西側(cè)臨近重要建筑物的安全穩(wěn)定，目前，洞樁施工順利完成，整體上加快了施工進度，并且此處理措施延伸至金融街站洞樁施工，確保了車站洞樁施工安全有序地進行，降低了風險，社會效益明顯，為其他類似車站的施工提供了成功的經(jīng)驗。