临近地铁隧道桩基础穿越高水位松散地层施工新技术

张洪涛 （中铁四局集团第五工程有限公司，江西 九江 332000）

1 引言

在高水位、松散砂卵石、周边临近地铁隧道和既有桥梁基础的条件下的大直径嵌岩桩施工时所面临的主要问题：水位高、松散砂卵石旋挖成孔，孔壁坍塌风险较大；嵌岩部分桩长需要分多级扩孔施工，时间较长对孔壁质量要求高；周边地铁隧道和既有桥梁桩基础对周边地基土变形要求高；水下灌注混凝土时风险大。针对上述问题目前常用解决办法是：第一，全套管回旋钻机施工，但机械设备要求高，成本高；第二，永久钢护筒施工，但钢护筒存在安放垂直度控制难度大问题，不容易安放到位。本案例中采用孔壁四周旋喷加固施工技术，解决了此类条件下大直径嵌岩桩的施工难问题。该施工方法可以很好的控制桩基的成桩质量，且对临近地铁起到一定的保护措施。

2 工程概况

某临近地铁区间新建跨河桥梁左幅75号、76号墩桩基础设计为端承桩，桩径分别为2.8m、2.5m，桩长分别为57m、56m，76号墩桩基成孔孔深为62.87m。56m桩长范围内圆砾及砾砂层长度38m，泥砾层长度8.8m，入岩长度9.2m，距离既有地铁地铁十号线区间结构约3m，地铁底距地面约25m。桩基设计采用全护筒跟进，护筒底进入泥砾层2m。桩基础与临近地铁位置关系见图1。

桩基础主要性质和参数见表1。

3 施工问题

图1 桩基础与临近地铁位置关系图

桩基础土层主要参数表 表1

沈阳市某跨浑河新建桥梁工程对既有地铁10号线跨浑河段区间安全性影响评估报告和设计文件对施工要求在泥砾层以上范围内的松散地层内安放永久钢护筒进行护壁，但在施工过程中存在以下问题：

①钢护筒安放过程中，地铁监测位移变形较大，尤其是在使用震动器的情况下，地铁隧道位移变形已达到临界预警值；

②钢护筒下放困难，钢护筒垂直度较难确保，钢护筒下放至圆砾层时，由于在下沉过程中，钢护筒遇有大颗粒造成倾斜，同时由于钢护筒下放时间较长，桩周土层的静水压力逐渐平衡，增加钢护筒下放或拔出的难度；

③钢护筒振动下沉过程，扰动土层的稳定，土层中的初始应力释放，导致在护筒根部位置出现砂土的流动，造成下层土层脱空，且越振动，土层脱空范围越大。

4 解决方案

针对上述问题，经过研究分析，孔壁周围采用旋喷桩加固处理的施工方法，该方法主要用于不良地基的处理。其工作原理为同时将高压水泥浆和空气两种介质喷射流横向喷射出，冲击破坏土体，在高压浆液和它外圈环绕气流的共同作用下，破坏土体的能量显著增大，最后在土中形成较大的固结体。本案例中的主要作用为在桩周围一定范围内形成一个稳定的加固土体，为桩基钻进的过程提供护壁及支撑，防止发生塌孔，减少桩底沉渣。

本案例中高压旋喷桩采用双管法，旋喷桩直径0.8m，咬合间距0.2m，旋喷桩中心位置距离桩基外侧40cm，灌浆采用的水泥浆液浓度1.5g/cm3，水灰比1∶1；采用普通硅酸盐水泥，水泥掺合量不小于土天然质量的25%。旋喷桩长度至泥砾层下2m，单桩加固总长度46.9m。旋喷桩平面布置见图2，旋喷桩施工参数见表2。

图2 直径2.5m、2.8m桩基旋喷桩平面布置图

旋喷桩施工参数表 表2

施工过程中要时刻注意浆液的配比及钻进的速度，具体施工时要注意以下几点。

①制备水泥浆。按设计确定的配合比拌制水泥浆。首先将水加入桶中，再将水泥和外掺剂倒入，开动搅拌机搅拌10min～20min，而后拧开搅拌桶底部阀门，放入第一道筛网（孔径为0.8mm），过滤后流入浆液池，然后通过泥浆泵抽进第二道过滤网（孔径为0.8mm），第二次过滤后流入浆液桶中，待压浆时备用。

②插管。当采用旋喷注浆管进行钻孔作业时，钻孔和插管二道工序可合而为一，钻机借助喷射管本身的喷射或振动贯入。其过程为：启动钻机，同时开启高压泥浆泵低压输送水泥浆液，使钻杆沿导向架振动、射流成孔下沉；直到桩底设计标高，观察工作电流不应大于额定值。

③提升喷浆管、搅拌。喷浆管下沉到达设计深度后，停止钻进，旋转不停，高压泥浆泵压力增到施工设计值（20～40MPa），底喷浆 30s后，边喷浆，边旋转，同时接通空压管，泥浆泵、空压机和钻机进行旋转，并用仪表控制压力、流量和风量，分别达到预定数值时开始提升，继续旋喷和提升，直至达到预期的加固高度后停止。

④桩头部分处理。当旋喷管提升接近桩顶时，应从桩顶以下1.0m开始，慢速提升旋喷，旋喷数秒，再向上慢速提升0.5m，直至桩顶停浆面。

⑤若遇砾石地层，为保证桩径，可重复喷浆、搅拌：按上述2～4步骤重复喷浆、搅拌，直至喷浆管提升至停浆面，关闭高压泥浆泵、空压机，停止水泥浆、风的输送，将旋喷浆管旋转提升出地面，关闭钻机。

5 结论

经过两个承台6根大直径桩的施工，桩周旋喷桩加固处理取得了良好的效果，完成了在松散地层中不使用永久钢护筒护壁的桩基础施工。

①旋喷桩加固处理桩周土体的过程、桩基础钻进过程中，地铁隧道累计变化量在-0.7mm～4mm之间，小于累计变化控制值5mm。变化速率在-0.83mm～0.6mm/d之间，小于变化速率控制值1mm/d，施工过程中地铁监测数据均在控制值范围内，有效的保障了地铁隧道的安全。

②经计算，6根大直径桩基采用旋喷加固处理施工对比全护筒（永久护筒）跟进施工，无需大型吊装设备和振冲设备大大降低安全风险，节约成本约120万元，施工进度提前15d，为以后类似工程提供成功的经验借鉴。