城市綜合管廊軟土地基淺層加固施工技術(shù)

宋健SONG Jian

（中鐵十七局集團(tuán)第三工程有限公司，石家莊 050081）

1 概述

城市綜合管廊與地鐵工程都是發(fā)展城市地下空間的結(jié)構(gòu)物，我國部分城市由于管廊工程與地鐵工程建設(shè)推進(jìn)工作的不協(xié)調(diào)，無法實現(xiàn)了管廊工程與城市地鐵工程協(xié)同設(shè)計，同步施工。因此，在施工城市綜合管廊時，需要預(yù)留地鐵工程地下空間，由于管廊工程覆土層厚度一般為2.5-4m，位于地鐵工程上方。在軟基地段，管廊工程基底加固過程中，存在處理深度受限的問題。

我國城市綜合管廊于2015 年開始大面積建設(shè)，在施工建造技術(shù)方面，主要借鑒隧道、城市軌道工程施工經(jīng)驗，處于探索階段，沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。且就目前已完工的管廊工程，由于設(shè)計、施工的各方面的原因依然存在類似于結(jié)構(gòu)滲水、結(jié)構(gòu)變形、混凝土開裂、地表路面沉降等共性病害，給后期運(yùn)維造成了極大的麻煩。開展城市綜合管廊建造技術(shù)的研究，預(yù)防當(dāng)前管廊工程施工過程中存在質(zhì)量病害，提高管廊綜合施工技術(shù)水平及工程質(zhì)量，降低運(yùn)營風(fēng)險，對今后的管廊工程設(shè)計、施工具有重要意義。

本文依托南京管廊工程實際重點解決管廊工程軟基淺層處理加固技術(shù)，尤其針對南京管廊水泥攪拌樁淺層加固方案，通過沉降觀測，掌握管廊主體結(jié)構(gòu)后期沉降變形特征。并針對國內(nèi)管廊工程出現(xiàn)不同程度錯臺、漏水等實際問題，提出科學(xué)合理的工程措施。針對管廊基底加固技術(shù)，從加固深度、加固范圍、加固結(jié)構(gòu)形式等角度，研究永臨結(jié)合的地基加固方法。

2 工程概況

綜合管廊二期工程南京江北新區(qū)綜合管廊二期工程位于南京江北新區(qū)核心區(qū)及其周邊地區(qū)的18 條路段下，地下綜合管廊全長約53km，其中：干線綜合管廊31.29km，支線綜合管廊22.12km。管廊建設(shè)位于江北新區(qū)，屬長江漫灘地貌單元，主要覆蓋第四紀(jì)松散沉積物，場地為農(nóng)田和水塘，各孔口高程一般5.72～8.0m，最大高差起伏約2.28m。浦口區(qū)境內(nèi)分屬長江與滁河2 條水系，以老山山脈自然分隔，以南為長江水系，以北為滁河水系。長江在浦口區(qū)境內(nèi)河道長約49 公里，區(qū)內(nèi)注入長江的小流域河流有駟馬山河、周營河、石磧河、高旺河、城南河、七里河、朱家山河、石頭河、馬汊河等。地下水主要為孔隙潛水，深層具微承壓性質(zhì)，對混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性。（表1）

表1 土體分布與特征描述一覽表

3 軟土地基淺層加固總體方案

由于南京管廊所處位置為后期地鐵施工預(yù)留地下空間，在充分考慮城市地下空間規(guī)劃，針對綜合管廊坑底加固采用Φ700@500 雙軸水泥土攪拌樁施工，水平搭接200mm，樁頂位于管廊底板下400mm 處，樁長5m。因此基底淺層加固處理深度為5m。坑底攪拌樁處理平面圖見圖1，針對不同工作面水泥土攪拌樁布置形式有所不同。同時為防止由于管廊主題結(jié)構(gòu)自重及回填造成管廊沉降，管廊兩側(cè)增加永久深層加固防護(hù)結(jié)構(gòu)，管廊回填材料采用水泥土。

圖1 坑底攪拌樁處理平面布置圖

4 雙軸攪拌樁施工技術(shù)

4.1 雙軸攪拌樁施工工藝 雙軸水泥土攪拌樁地基加固采用三噴六攪施工工藝，施工工藝流程圖見圖2。

圖2 雙軸水泥土攪拌樁施工工藝流程圖

4.2 水泥土配比設(shè)計 雙軸水泥攪拌樁主要材料為42.5 普通硅酸鹽水泥，水泥摻量為18%。固化劑材料：采用PO42.5 普硅水泥。摻入比：水泥與粉煤灰的總量占加固濕土重量分別按：15%，18%，20%摻量。水灰比：選定0.55，n=（3.1-X）/（3.1*（X-1））X 為泥漿比重，X 不小于1.77。

4.3 水泥攪拌樁試樁 采用PH-5B 型深層攪拌樁機(jī)施工。試樁后檢測：①成樁3 天后，采用輕型動力觸探檢查樁身均勻性。②成樁7 天后，采用淺部開挖樁頭，深度宜超過停漿面下0.5m，目測檢查攪拌的均勻性，量測成樁直徑。③成樁28 天后，采用雙管單動取樣器在樁徑方向1/4處、樁長范圍內(nèi)垂直鉆孔取芯，觀察樁體完整性、均勻性，取不同深度的不少于3 個試樣作無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗。④成樁28 天后，進(jìn)行水泥土攪拌樁復(fù)合地基靜載荷試驗和單樁靜載試驗。⑤樁基檢驗合格后，人工挖除攪拌樁頂端雜土及施工質(zhì)量較差樁段，然后填筑0.3m 厚級配砂石墊層（7∶3）加固。級配砂石墊層壓實系數(shù)K≥0.95。

4.4 水泥漿自動制備設(shè)備 結(jié)合南京管廊項目淺層加固技術(shù)，所用的雙軸水泥攪拌樁施工工藝，水泥漿作為一種主要的建筑材料。在水泥漿的制備過程中，為了調(diào)節(jié)水泥漿性能，需在其中加入一些特殊物質(zhì)，這些物質(zhì)被稱為外加劑或者外摻料。而現(xiàn)有技術(shù)中進(jìn)行水泥漿的制備，往往需要人工控制對應(yīng)的單個設(shè)備進(jìn)行稱量供料等工序，難以實現(xiàn)整個制作過程的連貫性，且人工操作隨著熟練水平以及經(jīng)驗多少不同，一方面難以保證水泥的成分配比完全一致，同時也極大的浪費(fèi)了時間，降低了工作效率，自動化程度較低。針對以上問題，施工過程中設(shè)計了“一種水泥漿自動制備設(shè)備”，其設(shè)備結(jié)構(gòu)組成：水泥漿自動制備設(shè)備，包括分別與控制柜相連的水泥罐、儲水罐、攪拌機(jī)和儲存罐。如圖3、圖4，其設(shè)備使用方案參照專利CN201720916121.X 技術(shù)方案，不再贅述。

圖3 水泥漿自動制備設(shè)備的俯視圖

圖4 水泥漿自動制備設(shè)備的主視圖

4.5 施工過程質(zhì)量控制要點 水泥攪拌樁開鉆之前，應(yīng)用水清洗整個管道并檢驗管道中有無堵塞現(xiàn)象，待水排盡后方可下鉆。為保證水泥攪拌樁樁體垂直度滿足規(guī)范要求，在主機(jī)上懸掛一吊錘，通過控制吊錘與鉆桿上、下、左、右距離相等來進(jìn)行控制。

對每根成型的攪拌樁質(zhì)量檢查重點是水泥用量、水泥漿拌制的罐數(shù)、壓漿過程中是否有斷漿現(xiàn)象、噴漿攪拌提升時間以及復(fù)攪次數(shù)。

為了確保樁體每米摻合量以及水泥漿用量達(dá)到設(shè)計要求，每臺機(jī)械均應(yīng)配備電腦記錄儀。同時現(xiàn)場應(yīng)配備水泥漿比重測定儀，以備監(jiān)理工程師和項目經(jīng)理部質(zhì)檢人員隨時抽查檢驗水泥漿水灰比是否滿足設(shè)計要求。

水泥攪拌樁施工采用三噴六攪工藝。第一次下鉆時為避免堵管可帶漿下鉆，噴漿量應(yīng)小于總量的1/10，嚴(yán)禁帶水下鉆。第一次下鉆和提鉆時一律采用低檔操作，復(fù)攪時可提高一個檔位。每根樁的正常成樁時間應(yīng)不少于95min，噴漿壓力不小于0.4MPa。鉆機(jī)轉(zhuǎn)速控制在58～60r/min，提升與進(jìn)尺速度控制在0.8～0.9m/min，控制水泥漿流量，按三遍噴漿勻速進(jìn)行。為保證水泥攪拌樁樁端、樁頂及樁身質(zhì)量，第一次提鉆噴漿時應(yīng)在樁底部停留30 秒，進(jìn)行磨樁端，最后提升時將余漿在上提過程中全部噴入樁體，且在樁頂部位進(jìn)行磨樁頭，停留時間為30 秒。施工時應(yīng)嚴(yán)格控制噴漿時間和停漿時間。每根樁開鉆后應(yīng)連續(xù)作業(yè)，不得中斷噴漿。嚴(yán)禁在尚未噴漿的情況下進(jìn)行鉆桿提升作業(yè)。儲漿罐內(nèi)的儲漿應(yīng)不小于一根樁的用量加50kg。若儲漿量小于上述重量時，不得進(jìn)行下一根樁的施工。

施工中發(fā)現(xiàn)噴漿量不足，應(yīng)按監(jiān)理工程師要求整樁復(fù)攪，復(fù)噴的噴漿量不小于設(shè)計用量。如遇停電、機(jī)械故障原因，噴漿中斷時應(yīng)及時記錄中斷深度。在12 小時內(nèi)采取補(bǔ)噴處理措施，并將補(bǔ)噴情況填報于施工記錄內(nèi)。補(bǔ)噴重疊段應(yīng)大于100cm，超過12 小時應(yīng)采取補(bǔ)樁措施。

5 雙側(cè)深層加固

結(jié)合南京浦濱路管廊設(shè)計資料，在基坑底部設(shè)計的5m 范圍雙軸水泥土攪拌樁格柵加固的基礎(chǔ)上，本課題研究人員開發(fā)了“雙側(cè)深層加固+水墜送砂+注漿固結(jié)工藝”此工藝?yán)砟钍牵涸诰噤摪鍢洞钤O(shè)位置兩側(cè)一定距離的位置各增加一排雙軸水泥土攪拌樁。采用同設(shè)計的雙軸水泥土攪拌樁施工機(jī)械，在鋼板樁搭設(shè)完成后及時在鋼板樁兩側(cè)一定距離位置打設(shè)。兩側(cè)打設(shè)深度略超過樁底深度，基坑外側(cè)打設(shè)的水泥土攪拌樁樁頂標(biāo)高超過地下水位以上。地下水位以下地質(zhì)相比以上地質(zhì)流動性大，因此基坑外側(cè)一排水泥土攪拌樁高度略高于地下水位標(biāo)高即可。在拔除鋼板樁前在水泥土攪拌樁與鋼板樁間打入灌砂管，灌砂管管壁留有小孔，利用水的流動性及鋼板樁底部的真空吸附作用，將部分砂自動填入樁底的縫隙中，起到平衡縫隙兩側(cè)壓力的作用。再向砂層中注漿使其固結(jié)，更好的抵制兩側(cè)土體的側(cè)向擠壓，防止地面發(fā)生沉降。示意圖如圖5 所示。

圖5 雙側(cè)深層加固+水墜送砂+注漿固結(jié)工藝示意圖

6 結(jié)論與建議

本文依托南京管廊軟基處理施工實踐，解決了城市綜合管廊軟土地基在地下空間受限的條件下地基加固難題，通過總結(jié)形成如下結(jié)論和建議：①管廊基底為淤泥質(zhì)、粉質(zhì)黏土等地質(zhì)條件下，處理深度為5m，采用水泥攪拌樁、管廊兩側(cè)永久防護(hù)結(jié)構(gòu)深層加固、水泥土回填等綜合措施，對于預(yù)防管廊主體結(jié)構(gòu)不均勻沉降、地表開裂等工程病害具有積極效果。②水泥攪拌樁是軟土地基加固的主要工程措施，施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制配比，規(guī)范施工工藝和關(guān)鍵控制參數(shù)，水泥漿自動制備設(shè)備在一定程度上提高了水泥攪拌樁施工質(zhì)量。③針對城市綜合管廊軟土地基處理，尤其是地下空間受限，采用淺層加固處理方案時，建議在管廊兩側(cè)設(shè)置永久防護(hù)，同時應(yīng)具備對地下水的隔離效果，避免地下水位季節(jié)性變化對軟基侵蝕，同時，在回填施工方面，建議選用輕質(zhì)回填材料，以降低加固后的地基承受荷載。