马来西亚DUKE 高速公路项目隔离桩施工探讨

贺 磊

（中铁东方国际集团有限公司，北京 100071）

1 项目概况

随着经济的发展，城市基础建设发展越来越快。特别是在大城市，由于时间与空间的交叉，邻近地下建筑物的价值和经济效益日益凸现，日趋形成“高建筑而窄间距”，即地下结构与地下结构周边建筑之间的间距越来越小，最终导致相互之间由于不均匀沉降、不同受力而受到影响。

马来西亚吉隆坡修建DUKE 高速公路跨越吉隆坡市区。由于吉隆坡发展较早，上部和地下的很多建筑均有几十年的历史。工程为DUKE 高速公路第三标段，位于吉隆坡市区DESA PANDAN，全长约2.5km，该项目桩基础有160 根，桩径有2500mm、2000mm、1800mm、1500mm、1350mm，桩基的混凝土强度为G40，其中桩径2500mm 和2000mm 均为单桩基础，其余为群桩基础。整个桩基工程的侧面均有SMART 地下隧道，桩边距离隧道边的距离基本在3 ～8m。

地质情况如下：（1）0 ～0.5m 为路面结构层；（2）5 ～30m 为松散的沙层，褐色，黑色，含少量腐烂的植物；（3）30m 以下是石灰岩，白色，灰色，红色均有，斜岩、有夹层、溶洞均有，岩石强度不一，地质情况比较复杂。

2 围护结构技术比较分析

为了避免高速公路的桩基在施工期间及后期高架桥运营时对SMART 隧道结构造成破坏，需要采取措施避免施工期间和后期运营时对隧道的影响。

（1）振动锤下护筒的方式：原理上可以做到桩基孔壁的防护，避免在复杂地质情况下，桩孔坍塌对隧道及地面的影响；但此项目离隧道很近，周围都是高层建筑物，避免对既有结构的影响，不能采用此种工艺。

（2）双钢筒的保障措施：第一层临时钢护筒用于施工防护上，内部第二层永久钢护筒用于减少高架桥运营时对隧道的震动影响上；但外护筒下沉的方式就现场的条件很难做到，内护筒的施工难度很大，质量也无法保证，施工成本巨大。

（3）其他注浆方式及加固措施：均不能达到业主对质量的要求及风险控制的要求。

综合现场的具体条件、要求、工艺的实现性及成本考虑，选择在桩基础和SMART 隧道之间增加了一排隔离桩，通过隔离桩来隔离施工时岩石产生的振动，施工时避免桩孔坍塌对隧道的影响及运营时正式桩基产生的振动，从而保护既有的SMART 隧道的安全。

3 隔离桩类型的选择

考虑到桩边与隧道外壁的间距，该项目的隔离桩主要采用直径300mm 微型排桩和880mm 的咬合桩。隔离桩的深度一般到达隧道的中间标高，该项目隔离桩的深度约22m。隔离桩距离正式桩间距1.5m。隔离桩均为素桩，灌注1 ∶36 的砂浆，保证灌注的砂浆不凝固也不松散。

由于隔离桩是排桩，施工时要间隔施工。为了减少振动，设备采用振动较小的微型桩机施工。

根据正式桩距隧道边距离，将隔离桩的施工分为3种类型，如表1 所示。对于1 型桩，在正式桩和隧道之间将打300mm 微型排桩；对于2 型，在正式桩和隧道之间将打880mm 的咬合桩墙，如图1 所示。对于3 型，桩外表面到隧道外表面的距离大于8m，不用打隔离桩。

表1 隔离桩类型选择

图1 1 型及2 型隔离桩施工布置示意图

4 施工工艺分析

4.1 微型桩和咬合桩施工工艺

（1）1 型微型排桩施工：300mm 微型排桩采用多功能钻机施工，该项目采用的XCMG 150Z 型多功能钻机，配备三枚压轮钻头切岩。外套管采用300mm 的钢管，通过丝牙连接，为保证桩径，套管跟着钻头一直到底。施工过程中，配备22kW 的高压水泵从钻杆内注水，带出钻孔过程中的渣土。到设计孔深后，直接灌注1 ∶36的砂浆。灌注完成后，拔出套管。

（2）2 型咬合桩施工：880mm 咬合桩采用全套管旋挖钻施工，该项目采用的XCMG 400E 钢丝绳加压型旋挖钻机，配备花管驱动，截齿捞沙钻头，筒钻，套管。旋挖钻机配上花管驱动下护筒，护筒采用螺栓连接。下到设计的深度后，旋挖钻机取出渣土和岩石，然后通过导管灌注1 ∶36 的砂浆。灌注完成后，拔出套管。

4.2 施工过程控制

根据施工方案要求，隔离桩的宽度大于正式桩的桩径600mm。以1350mm 的桩为例子，需要做7 根桩径300mm 的微型排桩或者2 根880mm 的咬合桩。

300mm 微型排桩施工时，隔桩跳打施工，即先施工1 号、3 号、5 号、7 号桩，再反过来做2 号、4 号、6 号微型排桩。由于是全套管，使用清水钻孔即可满足要求。

880mm 咬合桩施工时，2 根桩咬合20cm，全套管跟进至桩底。由于桩径较大，需要出土车配合出土。该项目施工时，地下水位丰富，到岩面时，孔内已经有地下水，故不用往孔内加水。

主要施工流程如下：平整场地→测设桩位→设备就位对中→吊安第一节底节套管→控测垂直度和偏位→压入第一节套管→校核偏位和垂直度→取土，套管跟进→测量孔深→清除虚土，检查孔深→验孔→放入混凝导管→灌注混凝土逐次拔套管，拔导管→测定桩顶混凝土面→设备移位。

4.3 施工质量控制

（1）成孔质量控制。因为成孔孔径要求不小于设计孔径，所以要求全套管跟进。在钻进过程中，时刻检查套管的垂直度，保证成孔的垂直度。

（2）砂浆质量控制。由于每个孔的方量较少，砂浆均为现场搅拌，搅拌时，沙子和水泥的量必须按照配合比搅拌。水泥过多会导致砂浆凝固，隔离效果减弱；水泥少，砂浆中的沙子会比较松散，对钻孔桩施工有一定影响。

4.4 施工中的重难点

（1）地下管线的探测。该项目处在繁荣的商业区和密度很大的住宅区，地下管线繁多、布置复杂，在施工开挖的过程中，必须注意不能损坏相关的管线，避免对社会的影响，相关措施如下：①查看原始的管线布置图，在开挖过程中监控，到达管线50cm 的距离，采取人工开挖，避免设备工作幅度大，对管线有影响；②对施工作业区，按照地下管线探测要求，分层探测，确保安全；③成立应急小组，避免出现问题，并对出现的问题在最小影响范围内进行及时解决。

（2）既有建筑物的监测。施工应减少对隧道及周围建筑物的影响，因此监测既有建筑物的状态，也是本项目的一项重点工作，措施如下：①按照业主图纸进行相关监测点的布置工作，定期进行相关布置点的监测工作，并在业主的监测要求频率上，加大监测的频率；②在一些离建筑物比较近的地区，加大监测点的布置密度，并加大监测范围，确保整体得到把控；③确保现场24h，对地表、现场等风险较大的区域的观测。

（3）套管的拔出工作。施工中的难点主要是套管的拔出，因为套管入岩后，有可能被岩石卡住，也有可能是钻渣落在套管和岩石中间抱死了套管。300mm 的微型桩在套管入岩时上下反复提升几次，减少卡住的概率。同时现场配备小型振动锤，防止套管拔不出来。880mm的咬合桩，在施工过程中，全套管施工需要工序连续，在深度较深时，施工若有中断，每隔30min 需要转动套管一次，减少套管抱死的风险；现场配备拔管机，避免旋挖钻转不动不了套管时，拔套管强大的扭矩，可以将套管拔出。

（4）咬合桩全套管长度的合理配置。因旋挖钻机设备的提升高度有限，需要在套管的配置的时候进行合理的配置，一般以1m、3m、6m、8m 各种长度的套管配置为宜。

（5）取土速率的控制。不管微型桩施工还是全套管咬合桩的施工，取土速率的控制非常关键，确保套管底口超出取土面1m 以上，避免超挖造成孔壁坍塌。

5 隔离桩有限元模型分析

如图2 所示，显示了三维有限元模型，显示了桩，隔离墙，隧道和连续体。在施加力时桩和周围环境的沉降如图3 和图4 所示。桩的估计沉降为5mm。经过三维有限元分析，采用在桩与隧道间施工微型桩或排桩的方法，如图5 所示，由于桩的荷载和位移而引起的隧道附加应力及应变较小，可忽略不计。

图2 三维有限元模型

图3 沉降模型分析

6 结束语

该项目使用隔离桩的施工方法，有效控制了桩基施工对周围既有建筑物的影响。目前该项目的桩基工程已经全部完成，根据地面沉降观测以及相关监测点的监控，未发现隧道有超过设计外的变形和位移，周围既有建筑物也未有超出控制控制外的影响，施工完的结果与施工计算模型的结论基本一致。

图4 沉降模型分析

图5 隧道挠度分析

类似标段类似条件下，采取其他注浆加固、双护筒的工艺等，施工速度、施工成本和施工效果上，都没有此种工艺的优势。相比其他工艺，在注浆加固上节省2个月工期。该项目合同额6000 万人民币，施工本工艺与双护筒的施工工艺上，节省成本600 万人民币，新工艺的使用及施工完的结果，受到了业主及其他相关单位的高度赞誉。

此种工艺方法，验证了隔离桩在保护隧道及隧道周围建筑的效果，其应用具有良好的前景。对于以后一些特殊地形、特殊地质条件，对施工要求高的一些项目具有一定的借鉴意义。