隋守東

（中交（天津）軌道交通工程建設(shè)有限公司，天津 300381）

1 引言

在土建工程施工過程中，可能遭遇各種復(fù)雜地層。其中，砂卵石礫巖地層在樁基施工期間面臨較大成孔難度，容易導(dǎo)致周圍建筑物受到擾動，甚至面臨安全威脅。因此，還應(yīng)加強(qiáng)砂卵石礫巖地層土建工程綜合技術(shù)研究，以便通過科學(xué)施工保證工程得到安全建設(shè)。

2 工程概況

某土建工程為地鐵車站地下施工項(xiàng)目，開挖深度在5.7～24.6m。周圍分布有市政道路、磚混建筑物，距離最近的建筑物基礎(chǔ)埋深3m。工程采用PBA 法施工，樁基采用沖擊成孔方式。從工程地質(zhì)勘察結(jié)果來看，最上部為堆積層，包含雜填土、圓礫填土等，其下方為新近沉積層，包含圓礫卵石、砂土、粉土等，地層穩(wěn)定性較差，施工過程中容易造成地表擾動，引發(fā)坍塌問題。因此，要加強(qiáng)地表沉降分析，為施工方案改進(jìn)提供依據(jù)。

3 工程地表沉降分析

從工程地質(zhì)情況（見表1）來看，上部為黏性土、粉土層，下部為碎石土層，由較小圓礫和卵石構(gòu)成，與巖層交接位置分布卵漂石層，粒徑在30～80cm。根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果可知，漂石粒徑超出20cm 的占礫巖20%～30%，礫石風(fēng)化程度有較大差異，強(qiáng)度測試結(jié)果顯示點(diǎn)荷載強(qiáng)度在0.63～10.15MPa，單周抗壓強(qiáng)度在15～139MPa 范圍。礫巖風(fēng)化較弱，膠結(jié)狀況良好，但鉆進(jìn)難度較大。

針對砂卵石礫巖地層，需要利用Peck 沉降預(yù)測模型對工程施工可行性進(jìn)行驗(yàn)證。采用Peck 修正公式，需要假設(shè)橫向地表沉降槽曲線符合高斯分布，不排水時沉降槽體積為地層損失體積，得到公式（1）。

表1 工程地層結(jié)構(gòu)狀況

式中，S 為地表沉降值；x 為距離中心軸的距離；i 為開挖對地表影響范圍；V1為地層體積損失率；D 為隧道直徑，與施工技術(shù)、地質(zhì)條件等相關(guān)，通常在0.5%～2.0%范圍內(nèi)取值。

根據(jù)地域土性和工程埋深，可以對i 進(jìn)行取值。結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)和地層情況，可以得到Peck 經(jīng)驗(yàn)公式（2）。

式中，S 為地表沉降值，x 為距離中心軸的距離；9.89 為i 的取值；在V1取值為0.93%，D 取值為22.13m 的情況下，能夠得到最大沉降值為144.1mm。

利用公式展開回歸分析，能夠得到沉降數(shù)值（見表2）。按照原本施工方案施工，工程最大地表沉降能夠達(dá)到33.5mm，容易造成周圍地段受到較大擾動，因此，還要對施工技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，以保證工程施工安全。

表2 地表沉降數(shù)據(jù)匯總

4 工程施工技術(shù)改進(jìn)

4.1 方案比較

結(jié)合現(xiàn)有條件，施工主要可以采用的樁基成孔技術(shù)包含沖擊鉆成孔、旋挖鉆孔和人工挖孔。

采用沖擊鉆成孔工藝，地層將頻繁受到?jīng)_擊振動，容易出現(xiàn)坍塌、跌落等問題。局部漂石較多，容易導(dǎo)致卡鉆、埋鉆問題的發(fā)生，導(dǎo)致工期受到延誤。從工藝技術(shù)原理上來看，需要依靠重力進(jìn)行鉆孔，遭遇大卵石或漂石將發(fā)生偏鉆。成孔期間，頻繁進(jìn)行掏渣作業(yè)，將導(dǎo)致成孔較慢。一旦發(fā)生塌孔問題，又將導(dǎo)致混凝土灌注量增加，出現(xiàn)充盈系數(shù)變大問題，導(dǎo)致施工經(jīng)濟(jì)性受到影響。

采用旋挖成孔工藝，使用的機(jī)械設(shè)備配備螺旋鉆、旋挖斗等多種鉆頭。采用旋挖斗，可以在旋轉(zhuǎn)時切入土斗，裝滿后停止旋轉(zhuǎn)，提出后棄土，然后重新旋挖切土，直至成孔【1】。遭遇漂石和卵石，可以對鉆頭進(jìn)行更換，避免卡鉆問題發(fā)生，保證施工高效開展。采用全液壓方式進(jìn)行系統(tǒng)控制，能夠使沉渣厚、孔位、孔深等得到嚴(yán)格控制，配合采用小導(dǎo)管支護(hù)技術(shù)，可以減輕孔壁受到的擾動。

采用人工挖孔技術(shù)，護(hù)壁和成孔難度均較大。因?yàn)楣こ叹嚯x建筑物較近，降水過程中容易引發(fā)沉降問題，造成周圍建筑物下降，甚至出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞問題，給施工帶來安全威脅【2】。

4.2 施工工藝

通過綜合分析比較認(rèn)為，應(yīng)采用旋挖鉆孔技術(shù)進(jìn)行工程施工。該技術(shù)不僅具有較高自動化程度，能夠加快施工進(jìn)度，也能結(jié)合地層變化進(jìn)行鉆頭更換，保證工程施工安全的同時，減少地表擾動的發(fā)生。

在實(shí)際施工階段，需要提前做好工程準(zhǔn)備，將地下障礙物清理干凈，對場地進(jìn)行平整，直至達(dá)到樁頂標(biāo)高以上位置。對旋挖鉆孔相關(guān)設(shè)備進(jìn)行檢查，確保設(shè)備狀態(tài)良好。通過樁位放線，利用全站儀和鋼尺進(jìn)行測量，做好控制點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)精度檢查，可以確定樁頂和樁底比高。期間，放線誤差在20mm 以內(nèi)。配合超前小導(dǎo)管施工，需要利用清水和膨潤土完成泥漿配制，提供護(hù)壁保護(hù)。利用機(jī)械方式進(jìn)行泥漿攪拌，摻入一定量黏土和純堿等外加劑，將泥漿相對密度控制為1.25～1.35g/cm3，能夠使泥漿性能得到改善【3】。由于得到的泥漿具有較強(qiáng)穩(wěn)定性，因而護(hù)壁能力較好。

在鉆孔施工期間，需要在樁位處挖掘120mm 圓坑，用于進(jìn)行護(hù)筒埋設(shè)。護(hù)筒直徑比樁徑大100～200mm，厚度為8mm，利用鋼板加工得到。完成護(hù)筒放置后，在四周撒優(yōu)質(zhì)黏土，并進(jìn)行分層夯實(shí)，保證周圍密實(shí)。達(dá)到指定位置后，上部設(shè)置溢漿孔，與地面保持0.3m 距離。期間，應(yīng)加強(qiáng)護(hù)筒位置調(diào)節(jié)，保證中心與孔樁中心重合，偏差不超過50mm，垂直度偏差不超過1%。鉆機(jī)到位后，可以進(jìn)行水平調(diào)整，利用鋼尺復(fù)核。在鉆桿中心對正后，鉆機(jī)位置偏差在20mm 以內(nèi)。根據(jù)地層狀況交替施工筒式鉆頭和撈渣鉆頭，能夠使巖體被破碎，利用提升裝置將渣及時排出，直至達(dá)到設(shè)計深度。完成鉆機(jī)調(diào)平后，應(yīng)使設(shè)備保持垂直穩(wěn)固。按照先輕壓方式進(jìn)行鉆進(jìn)，使鉆機(jī)緩慢旋轉(zhuǎn)，逐步增加轉(zhuǎn)速。根據(jù)排渣情況對鉆進(jìn)速度進(jìn)行調(diào)整，并在出渣時注入泥漿，使泥漿液面始終比地下水位高1～2m，能夠使孔壁保持穩(wěn)定。成孔后需要做好清孔作業(yè)，沉渣厚不超過50mm，并使水位始終比外部高1m，以免發(fā)生塌孔問題。完成鋼筋籠吊放后，可以進(jìn)行導(dǎo)管布置，并完成混凝土灌注。

4.3 改進(jìn)效果

從試樁情況來看，在成孔深度達(dá)到31m，樁徑為1m 的情況下，利用TR220D 旋挖鉆機(jī)直至鉆進(jìn)到12.3m 位置才出現(xiàn)強(qiáng)烈振動，提升后發(fā)現(xiàn)得到大砂礫，直徑最大達(dá)到19cm。更換鉆頭，可以順利鉆進(jìn)。配合采用超前小導(dǎo)管加強(qiáng)護(hù)壁保護(hù)，期間未發(fā)生塌孔偏移問題，周圍地層受到的擾動較少。而成孔垂直度能夠達(dá)到要求，成樁質(zhì)量較高。從沉降監(jiān)測情況來看，日沉降量最大為2mm，沉降趨于穩(wěn)定狀態(tài)后，累計沉降量平均達(dá)到8～9mm，最大為12mm，能夠滿足工程施工要求。

5 結(jié)語

在土建施工過程中，針對砂卵石礫巖地層還應(yīng)加強(qiáng)地表擾動分析，確定樁基施工期間是否會發(fā)生坍塌等情況。采用Peck 公式加強(qiáng)預(yù)測，能夠確定地表沉降情況，為施工技術(shù)選擇提供依據(jù)。結(jié)合工程實(shí)際情況，制定科學(xué)施工方案，加強(qiáng)工藝過程管理，最終能夠使工程施工效果得到保證。