任登富，鄭文昌，冉 川，葉華文，王化武，周保安，陳海勇，王軍輝

(1.貴陽(yáng)市城市軌道交通集團(tuán)有限公司,貴州貴陽(yáng) 550000；2.中鐵隆工程集團(tuán)有限公司,四川成都 610000；3.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院,四川成都 610031；4.中國(guó)鐵路昆明局集團(tuán)有限公司,云南昆明 650011；5.中國(guó)鐵路成都局集團(tuán)有限公司,四川成都 610082；6.中鐵開發(fā)投資集團(tuán)有限公司,云南昆明 650100)

鉆孔灌注樁是一種重要的城市建筑深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，能顯著提高基坑施工的安全性，有利于維持地面交通運(yùn)行。李斌[1]將潛孔鉆機(jī)鉆孔引入樁基施工中，解決了巖石堅(jiān)硬或巖溶、斜巖地質(zhì)情況下沖擊鉆成孔效率低的問(wèn)題，提高了樁基的施工效率和質(zhì)量。劉興文[2]采用固定鉆孔平臺(tái)施工并改進(jìn)鉆孔施工工藝，保證了水中大直徑超深鉆孔灌注樁的工程質(zhì)量與施工安全。李恒太[3]根據(jù)京滬高鐵淮河特大橋研究了深水鉆孔平臺(tái)的設(shè)計(jì)施工、不同地質(zhì)條件下鉆壓鉆速的控制等問(wèn)題，解決了深水復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行大直徑鉆孔灌注樁施工的關(guān)鍵技術(shù)。喬華棟[4]詳細(xì)論述了在弱風(fēng)化鈣質(zhì)砂質(zhì)泥巖地區(qū)橋梁灌注樁的施工技術(shù)。帥毅[5]結(jié)合工程實(shí)例，介紹了橋梁鉆孔灌注樁的施工技術(shù)。張彥彬[6]結(jié)合工程實(shí)例，研究了鉆孔灌注樁樁端后注漿的適用地質(zhì)條件、加固機(jī)理、施工參數(shù)及樁端后注漿的效果對(duì)比。胡在良[7]針對(duì)虞城特大橋，在分析了樁基施工的重難點(diǎn)后提出了對(duì)該樁基礎(chǔ)進(jìn)行質(zhì)量控制的若干措施和相應(yīng)的施工建議。吳洪濤[8]闡述了鉆孔灌注樁的關(guān)鍵技術(shù)流程，并深入分析了鉆孔灌注樁的新工藝、新技術(shù)。劉永峰[9]從施工機(jī)械、泥漿控制、混凝土灌注、護(hù)筒使用等方面研究了沿海深淤泥層的鉆孔灌注樁施工方法。薛興喜[10]通過(guò)樁基施工實(shí)踐，分析了鉆孔灌注樁施工中的質(zhì)量和事故問(wèn)題并提出了相關(guān)的質(zhì)量控制措施。柴偉[11]對(duì)超長(zhǎng)鋼護(hù)筒用作易坍塌溶洞發(fā)育地區(qū)鉆孔灌注樁施工中的支護(hù)進(jìn)行了分析討論，保證了基樁鉆孔過(guò)程中覆蓋層不會(huì)出現(xiàn)坍塌等事故。魏珂[12]以保定市樂(lè)凱大街南延工程為實(shí)例,通過(guò)把擴(kuò)底成孔試驗(yàn)及和施工經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的方式來(lái)闡述超長(zhǎng)大直徑旋挖鉆孔擴(kuò)底樁技術(shù)。王玉琦[13]結(jié)合工程實(shí)例，總結(jié)了溶洞地質(zhì)條件下的施工技術(shù)并對(duì)傳統(tǒng)鉆孔灌注樁的主要施工方法進(jìn)行了研究，解決了樁基穿越溶洞的問(wèn)題。金濤[14]以某橋梁工程為例，詳細(xì)研究了鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工工藝并簡(jiǎn)要探討了幾項(xiàng)施工質(zhì)量控制措施。肖瑞玥[15]分析了灌注樁施工中遇到的溶洞、溶溝、溶槽等問(wèn)題并提出了相應(yīng)的改善措施。

貴陽(yáng)市軌道交通2號(hào)線七機(jī)路口站(以下簡(jiǎn)稱：該站或車站)基坑主體圍護(hù)樁最大樁深27.9 m、基坑最大開挖深度24.9 m，該站屬典型的喀斯特發(fā)育地層深基坑工程。本文以該站基坑圍護(hù)工程為背景，結(jié)合車站近域工程和水文地質(zhì)條件，對(duì)圍護(hù)樁施工中遇到的諸如樁孔坍塌、地面沉降的問(wèn)題進(jìn)行分析研究，提出相應(yīng)的解決措施和施工方法，解決了喀斯特發(fā)育地層的城市深基坑灌注樁的施工難題。

1 工程概況

七機(jī)路口站位于貴陽(yáng)市白云區(qū)，軌道交通2號(hào)線由北向南沿白云北路敷設(shè)(圖1)，車站兩側(cè)有商鋪、加油站和辦公樓等建筑，基坑兩側(cè)還有大量給水、燃?xì)?、通信等管線。車站為地下兩層高11 m的島型柱式站臺(tái)，車站總長(zhǎng)388.6 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬19.9 m，明挖法施工；其中主體圍護(hù)樁共計(jì)438根、5種樁型，樁徑1.2 m，樁長(zhǎng)18.7～27.9 m(圖2)，樁間距1.5～2 m，樁身混凝土強(qiáng)度C35，樁身配筋，成樁工藝為旋挖鉆成孔+水下混凝土澆筑。

圖1 車站平面

圖2 車站橫斷面

該站址區(qū)基覆界面起伏大，下部紅粘土多呈塑性至軟塑態(tài)；址區(qū)及近域巖溶發(fā)育，下伏基巖溶蝕裂隙、溶洞發(fā)育，局部規(guī)模范圍超10 m，發(fā)育斷層構(gòu)造，地基及邊坡巖體完整性較差，地下水位較高(圖3、圖4)。

2 灌注樁施工中的問(wèn)題與分析

2.1 成孔遭遇的問(wèn)題

車站基坑主體圍護(hù)樁施工前期，成孔中塌孔、孔內(nèi)涌泥、孔周地表開裂等(圖5)時(shí)有發(fā)生，對(duì)周圍建筑物產(chǎn)生了較大影響，存賦安全隱患；基坑底部位于地下水位以上，坑內(nèi)開挖施工導(dǎo)致地下水位下降、改變了車站小近域的水文地質(zhì)條件，造成東側(cè)路面沉降變形、局部開裂及周邊建筑物、管線的變形開裂等次生災(zāi)害(圖6)。

圖3 站址巖溶發(fā)育

圖4 車站地質(zhì)縱斷面

圖5 主體圍護(hù)樁樁孔坍塌

圖6 場(chǎng)區(qū)東側(cè)路面破壞

2.2 塌孔原因分析

當(dāng)旋挖機(jī)開挖至地下水位以下時(shí)，軟塑狀紅粘土受擾動(dòng)呈流塑狀，向樁孔內(nèi)溜坍、流失，堆沉至樁孔底部，孔底土泥體時(shí)常清理不盡，雖實(shí)施了常規(guī)鋼護(hù)筒護(hù)壁，但效果不佳。經(jīng)反復(fù)查驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)、分析認(rèn)為：

(1)上覆軟流塑紅黏土受擾動(dòng)溜坍。地下水位較高，當(dāng)旋挖機(jī)開挖至地下水位以下時(shí)，軟塑狀紅粘土受擾動(dòng)呈流塑狀，向樁孔內(nèi)溜坍、流失，堆沉至樁孔底部，孔底土泥體時(shí)常清理不盡，雖實(shí)施了常規(guī)鋼護(hù)筒護(hù)壁，但效果不佳。

(2)基覆界面不平順上部紅黏土的溜坍或蠕滑。基覆界面不平順、起伏較大，護(hù)筒下至基巖面時(shí)筒底不能與基巖整齊結(jié)合而存在較大縫隙，流塑狀紅粘土繼續(xù)向樁孔內(nèi)蠕滑，導(dǎo)致圍護(hù)樁周邊地面發(fā)生沉降甚至塌陷。

(3)基巖內(nèi)溶洞填充物的垮塌或蠕滑。車站址區(qū)巖溶較發(fā)育，除基覆界面處溶溝溶槽發(fā)育外尚有大小不一的軟塑紅粘土充填型溶洞發(fā)育,當(dāng)樁孔開挖揭穿溶洞時(shí)，其充填物向樁孔內(nèi)垮塌。個(gè)別牽延型落水洞(天窗型溶洞)的充填物與上部覆蓋層相通，當(dāng)填充物向樁孔內(nèi)垮塌或蠕滑后引起覆蓋層土體通過(guò)溶洞向樁孔內(nèi)蠕滑，也會(huì)導(dǎo)致樁孔周邊或較遠(yuǎn)處地面發(fā)生沉降甚至塌陷。

2.3 路面沉降變形原因分析

(1)路面承載能力不足。車站圍擋兩側(cè)道路為施工臨時(shí)改造道路，基床為綠化帶和人行道，承載力較低，在過(guò)往車輛尤其是重載車輛碾壓下，發(fā)生沉降變形。

(2)路面管線影響。車站圍擋兩側(cè)臨時(shí)改造的道路基床下承擔(dān)密集的雨污、強(qiáng)弱電、煤氣、給水管線等管涵，部分管涵斷面較大、結(jié)構(gòu)頂板厚度較小，在重載車輛荷載作用下頂板易發(fā)生斷裂，引起地面發(fā)生沉降變形。

(3)樁孔施工影響。樁孔成孔中，因樁周及其附近基覆界面上部軟塑狀紅黏土向樁內(nèi)溜坍或蠕滑，引起覆蓋層下掏空，牽延樁周及其附近地面發(fā)生沉降甚至塌陷。

3 鉆孔灌注樁施工關(guān)鍵技術(shù)

站址位處城市主干道，交通繁忙、車流大，圍護(hù)樁外邊緣距離車行道僅0.7 m，地質(zhì)條件復(fù)雜，施工安全風(fēng)險(xiǎn)顯著，按傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁施工工法(藝)已不能滿足施工需求。針對(duì)站址區(qū)典型的喀斯特地層及其溶洞具連通性、基覆界面溶溝(槽)發(fā)育且不平順等特點(diǎn)，經(jīng)咨詢業(yè)界專家、反復(fù)研究和工法(藝)試驗(yàn)后決定，在土層范圍采取全護(hù)筒跟進(jìn)以防(阻)止樁壁流塑狀土體向樁孔內(nèi)溜坍或蠕滑，對(duì)樁周土體進(jìn)行預(yù)加固以防(阻)止溶溝(槽)發(fā)育的基覆界面的流塑狀土體向樁孔內(nèi)溜坍或蠕滑或運(yùn)移。施工流程(圖7)為：旋噴樁預(yù)加固樁周→土層全護(hù)筒跟進(jìn)→更換鉆頭鉆進(jìn)→灌注樁深混凝土。

圖7 改進(jìn)鉆孔法施工工藝

3.1 軟塑紅黏土層預(yù)加固技術(shù)

(1)軟塑紅黏土預(yù)加固方案。按地基網(wǎng)格布孔方式、采用單管高壓旋噴樁(表1和圖8)進(jìn)行土體預(yù)加固，旋噴樁樁徑500 mm、咬合150 mm；垂向加固范圍為地面下3 m至入巖1 m，加固材料為P·O42.5水泥，噴漿壓力23～25 MPa。

(2)軟塑紅黏土預(yù)加固問(wèn)題和解決措施。依旋噴樁施工工藝特點(diǎn)及站址區(qū)內(nèi)地質(zhì)情況，針對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析并提出相應(yīng)的預(yù)防措施及處理方法(表2)。

(3)基巖內(nèi)溶洞填充物解決?；鶐r內(nèi)的溶洞根據(jù)其大小分作處理如下：小型溶洞采取護(hù)筒跟進(jìn)措施直接穿過(guò)；大型填充型溶洞，按軟塑紅黏土軟預(yù)加固方案處理。

3.2 全護(hù)筒跟進(jìn)施工技術(shù)

土層全護(hù)筒跟進(jìn)施工流程為：測(cè)量放線→設(shè)備就位→埋設(shè)套管→搓入套管→旋挖掏土→成孔吊安鋼筋籠→灌注混凝土→拔起套管→成樁。

圖8 單管高壓旋噴樁工藝流程

表1 單管高壓旋噴樁注漿參數(shù)

表2 喀斯特高巖溶發(fā)育區(qū)旋噴樁施工關(guān)鍵技術(shù)

施工步序如下：

(1)連接動(dòng)力頭與連接盤，安裝花管于連接盤。

(2)連接套管與管靴并安裝于花管，安裝護(hù)筒，鉆前控制護(hù)筒垂度以防護(hù)筒偏斜，以水平尺嚴(yán)控各節(jié)護(hù)筒連接垂度保證鋼護(hù)筒垂直入土，以俟偏斜立即糾正。

(3)鉆機(jī)動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)套管鉆進(jìn)，鉆進(jìn)一根套管后用鉆機(jī)副卷?yè)P(yáng)起吊另一套管并與已鉆入套管連接，持續(xù)鉆進(jìn)。

(4)動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)套管鉆進(jìn)、旋挖鉆頭取土鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度。

(5)吊裝鋼筋籠入套管并安裝導(dǎo)管后灌注混凝土，連續(xù)和快速灌注整樁孔混凝土，以免灌注時(shí)長(zhǎng)大造成混凝土凝固引起拔管困難；可先起拔套管一定高度，防止混凝土凝固后粘固套管。

(6)混凝土灌注后，以吊機(jī)吊吊穩(wěn)套管，用拔管機(jī)逐節(jié)拔出套管，每拔出一節(jié)套管，松卸套管連接銷，于恰當(dāng)位置清洗套管。

3.3 施工效果簡(jiǎn)述

施工前期，鉆進(jìn)49次成孔灌注23根，成孔率僅為47 %，鉆出的泥土呈流塑狀，鉆孔常發(fā)生坍塌且路面塌陷和開裂頻多(圖5、圖6)，成樁質(zhì)量不高、不穩(wěn)定。實(shí)施預(yù)加固土層和全護(hù)筒跟進(jìn)措施后，共鉆進(jìn)421根，一次成孔341根、成孔率達(dá)81 %，鉆孔中從未發(fā)生塌孔、路面沉降與塌陷、地下水可見(jiàn)流失等問(wèn)題(圖9)，檢測(cè)灌注樁的質(zhì)量得到極大提高。

圖9 應(yīng)用后鉆孔情況

實(shí)施預(yù)加固土層和全護(hù)筒跟進(jìn)措施前，平均單機(jī)成孔效率6.96 m/d，工期關(guān)鍵線路相對(duì)滯后施組504 d；技術(shù)改進(jìn)實(shí)施后至圍護(hù)樁完工，平均單機(jī)成孔效率為34.5 m/d，工期關(guān)鍵線路相對(duì)超前施組73 d。

4 結(jié)論

七機(jī)路口站圍護(hù)樁系典型的喀斯特發(fā)育地層鉆孔灌注樁，站址區(qū)基覆界面起伏大，巖溶發(fā)育，地下水位較高，發(fā)育斷層構(gòu)造，在鉆進(jìn)成孔中塌孔、孔內(nèi)涌泥、樁孔周邊開裂和路面沉降變形、局部開裂等時(shí)有發(fā)生，危及施工安全質(zhì)量和地鐵建設(shè)社會(huì)輿論環(huán)境。通過(guò)調(diào)整成孔施工法(藝)，很好地解決了上述問(wèn)題，可得主要結(jié)論如下：

(1)旋噴樁預(yù)加固軟塑紅黏土層效果良好，鉆孔出土干燥、無(wú)水、形態(tài)好，能有效防止紅黏土向孔內(nèi)溜塌、蠕滑，成孔率提高34 %。

(2)樁身土層段實(shí)施全護(hù)筒跟進(jìn)方式施工能有效防止樁壁軟流塑紅黏土向樁內(nèi)滑塌，有利于樁孔形狀均勻，成樁合格率提高99 %。

實(shí)踐證明，軟流塑紅黏土預(yù)加固土層和全護(hù)筒跟工法(藝)可行、施工便捷，可為類似鉆孔灌注樁遇軟土層或溶洞處置提供技術(shù)參考與借鑒。