地鐵車輛段軟土地基靜壓預(yù)制管樁施工工藝

孫利功

（中鐵二十局集團(tuán)第一工程有限公司，江蘇 蘇州 215000）

1 工程概況

長春市軌道交通7號(hào)線一期工程靠山屯車輛段，長975～1050m，寬約300m，占地面積約為27.3hm2，呈南北走向，功能屬性突出，用于承擔(dān)配屬車輛的編組、清洗、檢維修、后勤保障等多項(xiàng)工作，是保證地鐵7號(hào)線穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。但車輛段施工現(xiàn)場(chǎng)存在軟土地基，不利于正常施工和車輛段的高效使用，針對(duì)此情況，項(xiàng)目采用靜壓預(yù)制管樁施工工藝予以處理。

2 方案的確定與優(yōu)化

2.1 特殊巖土和典型地質(zhì)

（1）填土

填土包含兩部分：①雜填土：由建筑垃圾和生活垃圾構(gòu)成，黏性土和粉性土的均一性較差，有固結(jié)現(xiàn)象，填料類型多樣且分布缺乏規(guī)律性，局部厚度突變，各部分的固結(jié)程度存在差異，在此條件下開挖時(shí)，易由于施工的擾動(dòng)作用而坍塌；②素填土：以圓礫和黏性土為主，局部夾雜少量的瓦礫和碎磚，路基填土未經(jīng)壓實(shí)處理，因此缺乏足夠的密實(shí)性，加大了基坑開挖、樁基成孔的施工難度。

（2）軟土

初勘結(jié)果顯示，軟土以淤泥質(zhì)土層居多，有機(jī)質(zhì)含量為3%～18%，壓縮性和靈敏度均較高；詳勘結(jié)果顯示，軟土具有較高的塑性指數(shù)（最大達(dá)到38）?？傮w來看，受有機(jī)質(zhì)含量、塑性指標(biāo)偏高的影響，難以順利開展地基處理工作。除此之外，軟土的壓縮性較高，因此可能會(huì)誘發(fā)場(chǎng)地內(nèi)沉降現(xiàn)象，成樁后期還伴有較強(qiáng)烈的負(fù)摩阻力，均會(huì)影響實(shí)際成樁效果以及管樁的正常使用。

2.2 樁型及沉樁方案的確定與優(yōu)化

立足于地鐵車輛段的現(xiàn)場(chǎng)軟基特性，初步?jīng)Q定采用旋噴樁加固的方法，樁長按30～40m控制。但經(jīng)項(xiàng)目部商討后認(rèn)為，車輛段的主要功能在于供列車停放和檢維修，而現(xiàn)場(chǎng)地基缺乏足夠的承載力，即便是40m長的樁體也難以完全達(dá)到工程所提出的深度要求。若采用預(yù)制管樁結(jié)構(gòu)，可有效處理雜填土和粉質(zhì)黏土層，下層地層的穩(wěn)定性可得到保證，無論是地基處理還是沉降控制均能取得較好的效果，具有保質(zhì)量、增效益的優(yōu)勢(shì)。因此，更為適宜的是采用預(yù)制管樁加固的方案。

經(jīng)研究后，確定采用AB型預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁，基本參數(shù)為：樁徑400mm、長8～25m、樁間距2.5m、單樁承載力特征值900kN。從區(qū)位的角度來看，車輛段規(guī)劃在城郊居民區(qū)，施工規(guī)模較大，可能會(huì)產(chǎn)生噪聲污染，為實(shí)現(xiàn)文明施工的目標(biāo)，采用靜壓樁機(jī)沉樁，該設(shè)備可提供的加載量達(dá)2 640kN。為給大面積施工提供指導(dǎo)，提前試樁，確定具體的壓樁施工參數(shù)，包含但不限于終壓力、貫入度。

2.3 總體規(guī)劃

車輛段預(yù)制管樁共5 622根，地基處理面積為24 896m2，施工采用2臺(tái)800t壓樁機(jī)聯(lián)合作業(yè)。正常施工條件下，單臺(tái)樁機(jī)沉樁效率為16根/d，按此進(jìn)度推算，在不考慮降雨等特殊條件時(shí)，預(yù)制管樁處理軟基所需的施工時(shí)間為176d。

3 靜壓預(yù)制管樁施工工藝流程

按照流程有序推進(jìn)施工進(jìn)程，主要施工內(nèi)容如下。

3.1 樁機(jī)就位

以設(shè)計(jì)要求為準(zhǔn)，將樁機(jī)安放至指定位置，再進(jìn)一步采取固定措施，確保樁機(jī)在運(yùn)行過程中無偏位、傾斜現(xiàn)象[1]。

3.2 喂樁

吊索一點(diǎn)綁扎起吊，在管樁上端吊環(huán)周邊設(shè)吊點(diǎn)，吊裝后使管樁呈順直狀態(tài)，準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)放樣位置，以便插樁[2]。

3.3 穩(wěn)樁

首先用較小落距冷錘1～2次，用經(jīng)緯儀檢測(cè)管樁的垂直度，要求實(shí)測(cè)值偏差不超過0.5%，否則不允許進(jìn)入后續(xù)施工環(huán)節(jié)。壓樁前，在樁側(cè)面設(shè)長度標(biāo)尺，以便在后續(xù)的施工中可快速且準(zhǔn)確地檢測(cè)。

3.4 壓樁

（1）以特定的流程完成壓樁機(jī)的安裝作業(yè)，或依據(jù)說明書規(guī)范操作。

（2）壓樁機(jī)就位時(shí)，檢測(cè)其姿態(tài)并予以調(diào)整，需對(duì)準(zhǔn)樁位，校正平臺(tái)直至其保持水平狀態(tài)。

（3）起吊預(yù)制樁時(shí)，先準(zhǔn)備穩(wěn)定可靠的鋼絲繩及索具，將各自配套到位，經(jīng)過有效的捆綁處理后，起吊預(yù)制樁，在控制室內(nèi)采取相應(yīng)的控制措施，以保證垂直度達(dá)到要求，待樁對(duì)準(zhǔn)樁位中心后，夾緊液壓夾具。

（4）根據(jù)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)標(biāo)高，按照先深后淺的順序有序完成壓樁作業(yè)。樁的布設(shè)密度存在差異，可首先從中間開始?jí)簶?，再逐步向四周延伸，此外也可從一?cè)開始逐步向另一側(cè)推進(jìn)。

（5）壓樁作業(yè)遵循連續(xù)性原則，同一根樁盡可能一次完成，若中途須設(shè)置間歇，不超過0.5h。

（6）壓樁過程中靈活應(yīng)用油缸，具體根據(jù)壓樁力而定，該值未達(dá)到施工荷載的2/3時(shí)用主缸發(fā)力，此后用副缸發(fā)力。

（7）穩(wěn)樁。隨著壓樁作業(yè)的持續(xù)開展，待壓樁力達(dá)到2倍設(shè)計(jì)荷載時(shí)，進(jìn)入穩(wěn)壓環(huán)節(jié)。需注意的是，在結(jié)束加壓前，需按照“滿載—卸載—滿載”的流程反復(fù)操作3次，其間及時(shí)檢測(cè)貫入度，將實(shí)測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)要求進(jìn)行對(duì)比分析。

（8）壓樁時(shí)，由專員做好施工記錄，以便根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)展開分析，更為準(zhǔn)確地掌握壓樁施工情況。

（9）每根管樁的第一節(jié)樁壓下后，安排混凝土封底。

3.5 接樁

邊打入邊焊接接長，在距離地面約1m的位置接樁。焊前做好準(zhǔn)備工作，即修整下節(jié)管樁頂部的變形部位，并全面清理殘留在上節(jié)樁管端部的雜物（包含泥沙、水、油污等），再進(jìn)一步抹光、設(shè)置焊接坡口[3]。施焊遵循對(duì)稱的基本原則，根據(jù)管壁的厚度控制焊接的層數(shù)：若壁厚在9mm內(nèi)焊2層，超過9mm增加至3層。每完成一層焊接后，檢查并清理焊渣。焊接結(jié)束后冷卻1～5min，此后再錘擊打樁。

3.6 送樁

經(jīng)調(diào)整使送樁器中心線與樁體共處相同直線上，以保證送樁精度。樁頂平整度不足時(shí)，用麻袋、紙板墊平。送樁施工后，及時(shí)對(duì)遺留下的樁孔進(jìn)行回填處理。

3.7 終壓

樁體入土深度在8m內(nèi)時(shí)，復(fù)壓3～5次；超過8m時(shí)，適當(dāng)減少復(fù)壓次數(shù)，以2～3次為宜。穩(wěn)壓5～10s，要求穩(wěn)壓壓樁力不小于終壓力。終壓力根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的試樁結(jié)果而定，保證其具有合理性。

3.8 檢查驗(yàn)收

經(jīng)檢測(cè)，樁的貫入度達(dá)標(biāo)、樁尖深入持力層時(shí)安排驗(yàn)收。重點(diǎn)關(guān)注最后3次10錘的平均貫入度，該值不應(yīng)超過規(guī)定值，實(shí)測(cè)結(jié)果滿足要求后，填寫施工信息并妥善保存。針對(duì)樁位與要求相差過大的情況，有必要進(jìn)行深入研究探尋具體的應(yīng)對(duì)措施，再將樁機(jī)移動(dòng)至新的樁位，以便繼續(xù)施工。各項(xiàng)壓樁工作均完成后，開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，嚴(yán)格依據(jù)工程規(guī)范加強(qiáng)檢驗(yàn)，匯總施工期間產(chǎn)生的各項(xiàng)信息，整理成技術(shù)資料。

4 靜壓預(yù)制管樁施工質(zhì)量控制措施

4.1 檢測(cè)并調(diào)整樁身的垂直度

地鐵車輛段現(xiàn)場(chǎng)存在較多的軟土地基，考慮到其壓縮性大、易沉陷的特點(diǎn)，壓樁前先對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整壓實(shí)處理，使樁架維持穩(wěn)定，以免在施工中因樁架沉降而使樁機(jī)導(dǎo)桿傾斜。精準(zhǔn)控制第一節(jié)樁的垂直度，以此為基準(zhǔn)有效接長。施壓時(shí)存在擾動(dòng)作用，可能會(huì)導(dǎo)致樁身垂直度出現(xiàn)偏差，因此用2臺(tái)正交經(jīng)緯儀檢測(cè)，根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果采取控制措施，具體如圖1所示。

圖1 樁身垂直控制

4.2 防水措施

水沿樁身落至樁尖后，將使樁端泥巖遇水軟化，管樁具備的承載力隨之下降。因此，采取如下樁端防水措施：

（1）樁尖焊接施工時(shí)，設(shè)置為全焊縫，同時(shí)確保證厚度與強(qiáng)度合理。

（2）在樁內(nèi)底端灌注約1.0m的C20混凝土柱，通過此結(jié)構(gòu)隔絕水沿樁發(fā)生滲透。

4.3 接長焊接

安排2名焊工同時(shí)施焊，焊接采用2層3道，待清理內(nèi)層焊渣后方可組織外層的焊接作業(yè)，成型焊縫必須飽滿、連續(xù)，根部焊透。焊接施工后，不允許出現(xiàn)咬邊、夾渣等缺陷。焊后冷卻10min或根據(jù)焊接區(qū)域的溫度適當(dāng)延長冷卻時(shí)間，焊縫達(dá)到常溫后，按照施工規(guī)劃繼續(xù)沉樁。需注意的是，冷卻不宜采用水冷法，因?yàn)闇囟认鄬?duì)較高的焊縫忽然遇水后有可能變脆，在外部作用下易被壓壞。

4.4 連續(xù)壓樁

樁周土體在壓樁過程中受到擠壓，迫使原本賦存在土體內(nèi)的孔隙水分布狀態(tài)發(fā)生改變，孔隙水壓力升高，抗剪強(qiáng)度不足，壓樁時(shí)易下沉。若因某些原因而中途停壓，此時(shí)樁周土體的孔隙水壓力將持續(xù)降低，土體轉(zhuǎn)為固結(jié)狀態(tài)。待抗剪強(qiáng)度達(dá)到正常值后，可繼續(xù)壓樁，但此時(shí)所遇阻力會(huì)明顯偏大，影響壓樁的效果和效率。若存在厚度較大的黏土和粉質(zhì)黏土層，還有可能出現(xiàn)無法下沉的情況，因此需盡可能做到連續(xù)壓樁。

4.5 削弱擠土效應(yīng)

地鐵車輛段周邊分布有較多的建（構(gòu)）筑物，而施工過程中伴有較強(qiáng)烈的擠土效應(yīng)，會(huì)給此類設(shè)施帶來一定的破壞，因此如何降低擠土效應(yīng)至關(guān)重要。在本項(xiàng)目中，主要采取如下幾項(xiàng)措施。

（1）設(shè)置防擠溝。根據(jù)道路或管線的分布情況，在周邊修筑寬度為1～2m的防擠溝，溝內(nèi)回填松散材料，以達(dá)到緩解甚至完全消除淺層擠壓的效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)既有設(shè)施的有效防護(hù)。

（2）設(shè)置應(yīng)力釋放孔。在施工范圍內(nèi)設(shè)置填充中粗砂的應(yīng)力釋放孔，借助此類材料的透水性減小壓柱過程中的超孔隙水壓力，降低應(yīng)力的不良影響。

（3）預(yù)鉆孔輔助沉樁。在樁位處鉆進(jìn)φ250mm孔取土，深度通常取管樁長度的0.6倍，然后再壓樁。此方法有利于緩解擠土效應(yīng)。

（4）合理設(shè)置壓樁順序。若施工中采取的壓樁順序缺乏合理性，易誘發(fā)樁位偏移、樁身上浮等問題，同時(shí)周邊建筑物也將受到影響。對(duì)此，根據(jù)管樁的施工條件采取合適的壓樁方法，標(biāo)高不一的應(yīng)遵循“先深后淺”原則；不同規(guī)格的樁應(yīng)按照“先大后小、先長后短”的原則有序施工，從而保證土層的擠密均勻性，以免出現(xiàn)明顯的偏位及偏斜問題。壓樁順序如圖2所示。

圖2 壓樁順序

4.6 施工注意事項(xiàng)

（1）只有在復(fù)核樁位并針對(duì)偏差采取校正措施后，才可進(jìn)入壓樁環(huán)節(jié)，否則易出現(xiàn)誤差[4]。

（2）壓樁前詳細(xì)檢查預(yù)制樁，判斷其質(zhì)量是否滿足要求，任何不達(dá)標(biāo)的樁體均不可投入使用。以設(shè)計(jì)樁位平面圖為準(zhǔn)，繪制一套信息全面且準(zhǔn)確的樁位編號(hào)圖，報(bào)甲方和監(jiān)理方各一份，以便在后續(xù)的施工中及時(shí)監(jiān)督檢查。壓樁期間加強(qiáng)對(duì)樁體軸線受壓狀態(tài)的檢查，并及時(shí)調(diào)整偏位的樁體。詳細(xì)記錄壓樁信息，對(duì)于結(jié)束壓樁的部分，將其在預(yù)先繪制的樁位編號(hào)圖上做好標(biāo)記。

（3）應(yīng)加強(qiáng)對(duì)樁體垂直度的檢測(cè)與控制，要求壓樁時(shí)傾斜度偏差不超過0.5%。此外，應(yīng)密切關(guān)注壓力值，判斷其是否具有平穩(wěn)性，若有短時(shí)間內(nèi)急劇上升或下降的情況，隨即暫停壓樁，分析原因并處理，確認(rèn)無誤后方可繼續(xù)壓樁。

（4）預(yù)制樁的強(qiáng)度須完全達(dá)到設(shè)計(jì)值，同時(shí)預(yù)制成型后安排1個(gè)月的養(yǎng)護(hù)期，以保證樁體的質(zhì)量。

（5）若樁身強(qiáng)度不足、彎曲過大、起吊過程中防護(hù)不到位，均有可能出現(xiàn)樁身斷裂現(xiàn)象，為此需深入分析具體原因，妥善處理。

（6）樁頂強(qiáng)度不足、主筋距樁頂面距離過小、施工所用的機(jī)械設(shè)備性能不可靠時(shí)，均容易引發(fā)樁頂碎裂問題，為此施工中應(yīng)加強(qiáng)檢查，有效防控。

（7）施工現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)地不平整、樁尖遇堅(jiān)硬障礙物、壓樁機(jī)底盤水平度不足時(shí)，均易導(dǎo)致樁身傾斜。為此施工前需要做好現(xiàn)場(chǎng)清理、機(jī)械設(shè)備規(guī)范化配套等準(zhǔn)備工作，然后嚴(yán)格依據(jù)規(guī)定要求操作。

（8）接樁過程中，若連接部位未得到有效的清理、焊接質(zhì)量不達(dá)標(biāo)時(shí)，均容易導(dǎo)致接樁部位拉脫開裂，為此施工人員需高度重視細(xì)部處理，規(guī)范作業(yè)。

4.7 成品保護(hù)

（1）以樁體的實(shí)際強(qiáng)度為準(zhǔn)，判斷是否可執(zhí)行下一步操作。如達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%時(shí)可起吊，完全達(dá)到設(shè)計(jì)值后可運(yùn)輸。

（2）起吊時(shí)，合理設(shè)置吊點(diǎn)，加強(qiáng)防護(hù)，以免損傷樁體。

（3）樁體堆放過程中注重如下幾點(diǎn)：①清理場(chǎng)地，保證平整性、穩(wěn)定性；②墊木與吊點(diǎn)的位置一致；③遵循分類堆放的原則，將同樁號(hào)的樁一同放置，并調(diào)整樁尖位置，使其均朝向某一端；④嚴(yán)格控制堆放層數(shù)，不宜超過4層。

5 結(jié)語

在本文所分析的車輛段工程中，預(yù)制管樁數(shù)量達(dá)5 600余根，科學(xué)的施工方法有效保證了軟土地基的加固效果，且施工具有安全性、高效性等突出的特征。實(shí)踐證明預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工技術(shù)切實(shí)可行，具有一定的參考價(jià)值。