砂卵地層城市下穿隧道施工咬合樁新技術

徐少平

(中鐵建大橋工程局集團第五工程有限公司, 四川成都 610031)

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砂卵地層城市下穿隧道施工咬合樁新技術

徐少平

(中鐵建大橋工程局集團第五工程有限公司, 四川成都 610031)

【摘要】結合成都老成灌路改造需要進行城市大規模下穿隧道施工會嚴重影響近距離敏感建筑安全的技術難題，運用理論分析和最優化方法對砂卵地層咬合樁施工技術進行研究，在充分分析砂卵地層地質條件的基礎上，提出了一種較為新型的咬合樁圍護結構方案，確定了砂卵石地層咬合樁施工工藝。實踐表明，提出的砂卵石地層咬合樁施工技術具有成樁質量可靠、垂直精度高、抗滲能力強、施工靈活、無泥漿污染等特點，可以保證較為特殊的成都砂卵地層大型工程施工安全，也可為其他類似工程提供借鑒經驗。

【關鍵詞】下穿隧道;咬合樁;砂卵地層;施工技術

1工程概況

成都老成灌路改造工程起于金牛區與郫縣交界點，止于郫縣望從東路，全長12.88km。本工程為其中兩個隧道施工，分別是：犀浦雙鐵站前下穿隧道全長1 700m，其中暗埋段1 250m，U形槽長450m；犀安路口下穿隧道全長570m，其中暗埋段130m，U形槽長440m；結構凈寬均是27.2m。圍護結構北側采用鉆孔灌注樁，南側采用咬合樁，支撐采用鋼管內支撐。犀浦雙鐵站站前下穿隧道工程項目、犀安路口下穿隧道以及南北大道下穿隧道工程項目總長超過2.2km，基坑最深處達12m。由此可知，下穿隧道規模龐大，尤其值得注意的是，開挖后除了會使基坑及高鐵樁基周圍土體力學指標發生弱化會影響諸如橋墩基礎承載力以外，還會在一定時間內發生高架橋墩出現偏壓現象，進一步加重不均勻受力，這給開挖施工、結構圍護、地基穩定造成極大影響，稍不注意就難以保證基坑施工和建筑結構的安全。

鉆孔咬合樁技術通過近幾年在國內的開發應用，已成為一項較為成熟的用于支護及隔水帷幕工程的新技術。但是該方法在砂卵石地層地質上的施工應用尚屬首次，要確保樁基成孔質量是本工程施工質量控制的難點。

2砂卵地層地質條件分析

工程區域的地層巖性包括①第四系全新統人工填筑土，以雜填土為主，由碎石、砂土等組成，其間充填黏土，厚度在0～4m之間。②第四系上更新統冰水-流水堆積層，包含粉質黏土，夾有卵石，底部含砂量較多，一般厚0～5m；卵石土，其卵石成分主要為弱風化的巖漿巖、變質巖、砂巖等硬質巖組成。卵石含量50%～70%，含約10%的細圓礫級粗圓礫，其余為中細砂充填，夾有5%～10%的漂石，一般厚0～20m。中砂：稍密～中密，飽和，砂質較純。呈透鏡體狀分布卵石土層中，一般厚0～2m。③第四系中更新統冰水-流水堆積層，卵石土中的卵石成分以花崗巖、石英巖為主，卵石含量60%～85%，充填物主要為中細砂，略含黏土。層厚有0～10m以及大于20m兩種。路段區工程范圍內表水主要為長年流水河流，地下水分為孔隙水和基巖裂隙水，還受大氣降水及地表水補給，水量豐富。

3砂卵地層咬合樁方案分析

參考基坑錨固及咬合樁技術[1-2]，咬合樁施工正值雨季、高溫季節，工期影響不利因素多，進度管理是工程施工管理的重點。為此，方案實行分區分段施工，通過合理組織，實施平行和流水施工，加快支護樁施工進度，土方挖運能盡早穿插；按照關鍵線路優先的原則進行施工安排，保證勞動力、設備及材料等資源按計劃投入；針對不利因素影響，提前組織安排，做好工作安排和準備。

由于基坑開挖深達12m，基坑南側為成灌高鐵橋墩，北側為成片住宅小區，地處砂卵石地層，咬合樁在該地質條件施工尚屬首次，情況較為復雜，不僅要確保樁基成孔質量和高鐵橋墩安全，還要減少對周邊環境的影響。因此，選用先進的全套管旋挖機進行咬合樁施工，以解決該地質條件下成孔過程中易出現的塌孔現象；根據地質條件，確定咬合樁成樁工藝參數、合理的緩凝時間，并通過現場實時監測，采用注水反壓等措施避免塌孔；每臺咬合樁機配置1臺特制旋挖機，遇水時土方及砂卵石采用，保證水下樁質量。

4咬合樁施做工藝

依據咬合樁施工方法[3-5]，鉆孔咬合樁單樁施工工藝流程見圖1。其中吊放鋼筋籠項目：當樁為素混凝土樁時，不需要此工序；當樁為鋼筋混凝土樁的時候，則需要該工序。

圖1　砂卵地層咬合樁施工工藝流程

4.1導墻的施工

對于全套管鉆孔咬合樁的施工，在進行鉆孔成樁之前有一個非常關鍵的步驟就是導墻的施工，導墻可以正確控制鉆孔咬合樁的平面位置，支持機具重量，防止孔口坍塌，確保咬合樁護筒的豎直，并確保全套管鉆機平整作業，因此正確地完成導墻的施工是確保后續工作順利進行的關鍵，導墻平面布置具體見圖2所示。

圖2　咬合樁導墻平面布置

導墻一般均采用混凝土或鋼筋混凝土材料。地表層土較好時，導墻厚度一般取350mm，地表層土為軟土，需回填后分層碾壓，導墻一般應該大于450mm。其施工步驟如下。

(1)整場地：清除地表雜物，填平碾壓，地下管線遷移的溝槽。如遇到雜填土層，應采用置換素土的方法，導墻制作完成后，孔內土層應夯實，有利于鋼套管正確就位。

(2)測放樁位：根據設計圖紙提供的坐標按外放100mm計算排樁中心坐標 (為抵消咬合樁在基坑開挖時在外側土壓力作用下向內位移而造成的基坑結構凈空減少變化)，采用全站儀根據地面導線控制點進行實地放樣，并做好護樁，作為導墻施工的控制中線。

(3)導墻溝槽開挖：在樁位放樣符合要求后即進行溝槽開挖，采用人工開挖施工。開挖結束后，立即將中心線引入溝槽下，以控制底模及模板施工，確保導墻中心線的正確無誤。

(4)鋼筋綁扎：溝槽開挖結束后綁扎導墻鋼筋。導墻鋼筋按設計要求布置，經檢查合格后方可進行下一道工序施工。

(5)模板施工：模板采用整體木模，導墻預留定位孔模板直徑為套管直徑擴大30～50mm。模板加固采用鋼管支撐，支撐間距不大于lm，確保加固牢固，嚴防跑模，并保證軸線和凈空的準確，混凝土澆筑前先檢查模板的垂直度和中線以及凈距是否符合要求。

(6)混凝土澆筑施工：混凝土采用商品混凝土，混凝土澆筑時兩邊對稱交替進行，嚴防走模。如果發生走模，應立即停止混凝土的澆注，重新加固模板，并糾正到設計位置后，方可繼續進行澆注。振搗采用插入式振搗器，振搗間距為600mm左右，防止振搗不均，同時也要防止在一處過振而發生走模現象。

(7)當導墻有足夠的強度后，拆除模板，重新定位放樣排樁中心位置，將點位反到導墻頂面上，作為鉆機定位控制點。

4.2鉆機就位

待導墻有足夠的強度后，移動套管鉆機，使套管鉆機抱管器中心對應定位在導墻孔位中心。定位后，在導墻孔與鋼套管之間用木塞固定，防止鋼套管端頭在施壓時位移。液壓工作站放置在導墻外平整地基上。

4.3吊裝安放第一、二節套管

埋設第一、第二節套管的垂直度，是決定樁孔垂直度的關鍵。在套管壓入過程中，用經緯儀或測錘不斷校核垂直度。當套管垂直度相差不大時，固定下夾具，利用上夾具來調整垂直度；當套管垂直度相差較大時，一般應拔出來重新埋設，有時也可將鉆機向前后左右移動一下使之對中。吊裝套管如圖3所示。

圖3　吊裝套管示意

4.4取土成孔

先壓入第一節套管(每節套管長度約8m)，壓入深度約2.5～3.0m，然后用抓斗從套管內取土。一邊抓土，一邊下壓套管。要始終保持套管底口超前于取土面且深度不小于2.5m。第一節套管全部壓入土中后(地面以上要留著1.2～1.5m；以便于接管)檢測成孔垂直度，如不合格則進行糾偏調整，如合格則安裝第二節套管下壓取土……直到設計孔底標高。

4.5吊放鋼筋籠

如為鋼筋混凝土樁，成孔至設計標高后，檢查孔的深度、垂直度、清除孔底虛土，檢查合格后吊放鋼筋籠；安放鋼筋籠時應采取有效措施保證鋼筋籠標高。

4.6灌注混凝土

孔內有水時，采用水下混凝土法灌注施工。孔內無水時，采用干孔灌注施工，此時需要振搗。開始灌注混凝土時，應先灌入2～3m3混凝土將套管搓動后提升20～30cm，以確定機械上拔力是否滿足要求。不能滿足時，則應采用吊車輔助起吊。灌注過程中應確保混凝土高于套管端口不小于2m，防止上拔過快造成斷樁事故。

4.7拔管成樁

一邊灌注混凝土一邊拔管。應注意始終保持套管底低于混凝土面2.0m以上。

4.8排樁施工工藝

鉆孔咬合樁就是通過使相鄰樁樁身相交，形成封閉體系，從而做到止水的作用。全套管咬合樁的施工順序通常是先施工第一序列樁(A樁)，然后再施工第二序列樁(B樁)，并且使第一第二序列樁相互搭接形成一個整體。典型全套管咬合樁施工順序見圖4。其施工流程：Al-A2-B1-A3-B2-A4-B3……An-(Bn-1)。為了便于切割，樁的排列方式一般為一根第一序列樁和一根第二序列樁間隔布置，施工時先施工A樁后施工B樁，A樁混凝土采用超緩凝混凝土，要求必須在A樁混凝土初凝之前完成B樁的施工。B樁施工時采用全套管鉆機切割相鄰A樁相交部分的混凝土實現咬合。

圖4　咬合樁施工工序圖

鉆孔咬合樁在施工時不僅要考慮第一序列樁混凝土的緩凝時間的控制，注意相鄰的第一序列樁和第二序列樁施工的時間安排，還需要控制好成樁的垂直度，防止因第一序列樁強度增長過快而造成第二序列樁無法施工，或因第一序列樁垂直度偏差較大而造成與第二序列樁搭接效果不好的情況，甚至出現基坑漏水，無法止水而失敗的情況。因此對于咬合樁施工應該進行合理安排，做好施工記錄，方便施工順利進行。

4.9分段施工接頭的處理方法

施工中往往1臺鉆機無法滿足工程進度要求，需要多臺鉆機分段施工，這就存在段與段之間的接頭問題，采用砂樁接頭是一個比較好的方法。在先施工段的端頭設置1個砂樁(成孔后用砂灌滿)，待后施工段到此接頭時挖出砂子灌入混凝土(圖5)。

圖5　砂樁接頭布置

4.10砂樁處理措施

根據本工程實際情況及鉆機投入情況，本工程設備開鉆時試做砂樁8根，每條過街管線處施做2根砂樁，過街管線需施做砂樁50根。根據地質報告及試樁試驗結果分析，咬合樁施工段卵石層較厚且地下水質比較豐富，根據經驗分析冷縫處注漿止水效果不是很理想。為后期基坑開挖安全考慮，砂樁冷縫處做如下處理：在砂樁與素樁之間外側再施工一根砂樁C，施工此樁主要目的是為了清除冷縫外圍砂卵石層，便于后期注漿處理能達到良好的止水效果。外側砂樁位置如圖6所示，管線位置砂樁處理如圖7所示。

圖6　外側砂樁位置

圖7　管線位置砂樁處理

4.11事故樁的處理措施

在鉆孔咬合樁施工過程中,因A樁超緩凝混凝土出現早凝現象或機械設備故障等原因,造成鉆孔咬合樁的施工未能按正常要求進行而形成事故樁。事故樁的處理主要有以下幾種情況。

(1)平移樁位單側咬合。B樁成孔施工時,其一側A1樁的混凝土已經凝固,使套管鉆機不能按正常要求切割咬合A1、A2樁。處理方法為向A2樁方向平移B樁樁位,使套管鉆機單側切割A2樁,施工B樁(鑿除原樁位導墻,并嚴格控制樁位),并在A1樁和B樁外側另增加1根旋噴樁(旋噴樁施做采用砂樁處理相同方式)作為防水處理(圖8)。

圖8　平移樁位單側咬合樁

(2)背樁補強。B1樁成孔施工時,其兩側A1樁、A2樁的混凝土均已凝固,處理方法為放棄A1樁的施工,調整樁序,繼續后面咬合樁的施工,以后在B1樁外側增加3根咬合樁及兩根旋噴樁作為補強(圖9)。

圖9　咬合樁背樁補強示意圖

(3)預留咬合鍥口。在B1樁成孔施工中發現A1樁混凝土已有早凝傾向但還未完全凝固時，此時為避免繼續按正常順序施工造成事故樁，可及時在A1樁右側施工1根砂樁以預留出咬合鍥口，待調整完成后再繼續后面樁的施工(圖10)。

圖10　咬合樁預留咬合鍥口

工程施工與保護建筑距離極近，且該建筑物即高鐵要求影響控制5mm內(已沉降2.646mm)，剩余沉降空間只剩不到2.4mm。現場監測結果表明，采用咬合樁施工和強支撐能夠取得不錯的效果，可以保證高架橋墩的安全并有較好的隔水作用，對與施工對極近距離建筑物影響有一定的參考作用。

5結論

(1) 對在砂卵地層中進行大規模城市下穿隧道開挖施工，必須依據工程地質及工程結構本身條件合理確定圍護型式才能保證工程安全。

(2) 在參考咬合樁施工正值雨季、高溫季節以及工期影響不利因素確定出砂卵地層咬合樁技術方案及其相應的成孔、鋼筋籠施工、混凝土灌注等施工工藝流程可以保證下穿隧道開挖和近距離高架鐵路橋墩穩定，工程的成功經驗對于

預防在砂卵地層上咬合樁施工過程中常見的事故預防上具有一定的借鑒作用。

(3) 由于在砂卵地層上的咬合樁施工工藝的使用尚屬首次，故還需要更多的實踐經驗來完善這方面的施工工藝及施工方法。

參考文獻

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[作者簡介]徐少平(1979～)，男，本科，高級工程師，從事隧道及地下工程技術與管理工作。

【中圖分類號】U443.16+4

【文獻標志碼】B

[定稿日期]2016-03-21