地铁车辆段软土地基静压预制管桩施工技术研究

夏安平

【摘 要】随着我国城市化进程的不断发展和科学技术水平的不断提升，城市轨道交通越来越发挥出其独特而快速的运输功能，成为城市交通的重要组成部分。软土地质对轨道交通工程的基础结构带来不稳定性、不均匀沉降等一系列问题，严重影响到车辆通行与人员安全，因此对软土地基进行有效处理，确保轨道工程整体稳定有着重要意义。文章结合工程实例，探讨了地铁车辆段软土地基采用预制预应力砼管桩加固的施工技术，具有一定的借鉴价值。

【关键词】轨道交通；软土地基；预制管桩；压桩；技术措施

【中图分类号】TU753.3 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）01-0070-04

1 工程概况

某城市轨道交通3号线车辆段大致呈南北走向，占地面积约28.74 hm2。主要承担轨道交通3号线配属车辆的编组、停放、清洗、日常检查、维修救援和后勤保障工作。车辆段平面布置如图1所示。

2 工程地质、水文情况

根据《岩土工程勘察报告》，车辆段选址范围内地表广泛分布有杂填土、素填土，以黏土夹砾石、建筑垃圾和生活垃圾堆填。填土层以下为淤泥质土及粉质黏土、黏土等软弱土层，场地范围内软弱土层范围大，埋藏深，承载力低。粉质黏土呈褐黄色，硬塑～坚硬状态，含少量灰白色高岭土，含黑色铁锰质氧化物，局部密实状，饱和，以砾石为主，有少部分卵石，分选性较差，粉、黏粒含量较少，粒间充填中、粗砂为主，属不连续级配，级配良好，磨圆度较好。基岩以新近系泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩为主，泥岩、粉砂质泥岩呈褐色、青灰色等，成岩程度较浅，局部夹少量黑色炭质泥岩或泥煤，遇水软化，失水开裂。

地下水类型主要为上层滞水、第四系松散岩类孔隙水及碎屑岩类孔隙裂隙水。上层滞水主要赋存于素填土中，该层地下水水量贫乏，主要由大气降雨及生活废水补给，通过大气蒸发方式排泄，水位埋深与填土层的厚度有关，无统一水位。补给来源主要来自大气降水和冲积砂砾层越流补给，沿含水层渗流排泄。

3 方案优化及施工准备

3.1 特殊岩土和典型地质情况分析

（1）填土。场区普遍分布①1杂填土、①2素填土。①1杂填土：松散，主要由碎砖、砼块、碎石等建筑垃圾及塑料袋等生活垃圾组成，黏性土和粉性土充填，成分较杂，均一性差，堆填年限一般超过5年，有一定固结，但因填料杂乱，厚度变化大、固结时间不一、固结程度仍存在较大差异，所以基坑开挖后易产生坍塌。①2素填土：稍密～中密，主要由圆砾及黏性土组成，含少量碎砖、瓦砾，主要为道路的路基填土，堆填年限一般超过5年，未经压实、欠固结，可能对基坑开挖、桩基成孔造成一定的难度，并在后期成桩后，由于其固结沉降而可能形成负摩阻力。

（2）软土。建设区内软土②1-2层淤泥质土层在绝大部分钻孔有揭露，其灵敏度高、压缩性高，根据初勘成果，有机质含量为3%～18%，平均为11%，而详勘阶段部分样品塑性指数极高，最高达38，有机质含量及塑性指标偏高均对地基处理不利。同时，由于其高压缩性对于场地内沉降控制亦不利，并可能在成桩后期形成负摩阻力。

3.2 方案优化

根据勘察单位提供的工程地质情况，初步设计软基处理采用旋喷桩加固地层，桩长30～40 m，处理至粉砂岩或圆粒层。经项目部讨论认为，车辆段是用于列车停放和检修的，地基承受荷载较小，且旋喷桩40 m的施工深度很难保证质量，若采用预制管桩直接作用在杂填土和素填土下的粉质黏土层，减少对下层地层的扰动，则完全可以达到地基处理和沉降控制要求，节约投资。因此，建议业主和设计单位对软基处理方案进行优化，对车辆段库内整体道床和过渡段全部采用预制管桩加固地基，得到了设计单位的认可，专家论证可行。

3.3 桩型及沉桩方案选择

设计初步选定为AB型预应力高强砼管桩（PHC桩），桩径为φ400 mm（壁厚95 mm），桩身砼强度等级≥C80，单桩承载力特征值为900 kN；预制管桩桩长8～25 m，桩间距为2.5 m，正方形布置，过渡段桩长和间距逐步变化。考虑车辆段位于城郊居民生活区，为减少施工噪音污染，采用静压桩机沉桩，静压桩机最大加载量为2 640 kN，压桩终桩条件以试桩结果为准，控制参数包括贯入度、终压力、复压沉降量等。2015年10月正式施工前，选择3根试验桩确定实际单桩竖向极限承载力，结果满足设计要求，设计方案可行。

3.4 施工总体筹划

本车辆段工程预制管桩共计5 622根，总长度为107 744 m，地基处理面积为24 896 m2，采用2台800 t压桩机同时施工，每台桩机每天成桩16根，共计施工时间为176 d（不计雨天和政策性停工时间）。

4 施工工艺流程

施工工艺流程：桩位施工放样→支立桩機→喂桩→焊接桩尖→吊桩对准桩位→进行桩架及桩的垂直度调整→轻压→检测垂直度后正式压桩→接桩→截桩→桩基检测。

（1）桩机就位。按桩位位置将桩机垂直准确对位，并支立牢固，确保施工中不移位或倾斜。

（2）喂桩。采用吊索一点绑扎起吊管桩，吊点为管桩上端吊环附近处，待吊到桩位进行插桩，管桩准确对准放样位置，做到桩位正，桩身直，并安装桩帽。

（3）稳桩。管桩就位后，先进行小落距冷锤1～2次，再对入土不深的管桩进行经纬仪双向垂直度校正，其偏差不得超过0.5%。压桩前，在桩的侧面设置长度标尺，以便进行施工检测、记录。

（4）接桩。沉桩时需边打入边焊接接长，接桩在距地面1 m左右进行。焊接前需修整下节桩管顶部变形损坏部分，清除上节桩管端部的泥砂、水或油污，铁锈用角向磨光机磨光，并打焊接坡口。施焊对称进行，管壁厚度小于9 mm的焊2层，大于9 mm的焊3层。焊完每层焊缝后及时清除焊渣；每层焊缝接头错开；充分熔化内衬箍，保证根部焊透；焊接完毕后应冷却1～5 min，再进行锤击打桩。

（5）送桩。如需送桩，要确保送桩器中心线与桩体在同一直线上，桩顶不平整时用麻袋及纸板垫平。送桩留下桩孔立即回填密实。

（6）终压。终压结束前进行连续复压和稳压，入土深度>8 m的桩，复压次数为2～3次；入土深度<8 m的桩，复压次数为3～5次；稳压压桩力≮终压力，稳压时间为5～10 s。终压力根据现场试桩结果确定。

5 施工控制技术措施

施工时，针对常见的桩身倾斜、挤土破坏周边建筑物、沉桩困难等问题，采取如下技术措施。

5.1 确保桩身垂直

由于场地地基为软土，压桩前对场地进行平整压实，避免压桩时桩架产生不均匀沉降使桩机导杆倾斜。确保第一节桩垂直，否则接长的桩节傾斜程度会加剧。如果桩身倾斜超标，则拔出重打。施压期间采用2台正交经纬仪控制桩身的垂直度（如图2如示）。

5.2 桩端防水措施

为防止水沿桩身落至桩尖使桩端泥岩遇水软化，降低桩承载力，本项目采取了如下措施：①桩尖焊接采取不留缝隙的全缝焊，并保证一定强度和厚度。②在桩内底端灌注高约1.0 m高的C20砼柱，进一步隔绝水沿桩内渗入持力层。

5.3 接长焊接技术措施

上、下桩节中心线偏差经检查合格且清理干净铁件再施焊，由2名焊工对称同时施焊，电焊按有关管桩规程规定执行，焊接采用2层3道，内层焊渣清理干净后方能焊外层，焊缝饱满连续，焊缝接采用超前引弧以免产生缺陷，根部须焊透。焊接部分不得有凹痕、咬边、夹渣、裂缝等有害缺陷，焊接后进行检查，有缺陷返工修整。焊完后须冷却10 min，待焊缝冷却至常温后再继续沉桩，严禁用水冷却或焊好即压，防止高温的焊缝遇水变脆而被压坏（如图3所示）。

5.4 连续沉桩

沉桩时，桩周土体发生急剧挤压，致使土体的孔隙水压力迅速升高，降低了抗剪强度，此时压桩易于下沉。一旦中途停压，桩周土体的孔隙水压力随着时间逐渐消散，土体固结，其抗剪强度逐渐恢复和提高后，再继续压桩时阻力极大，如果处于较厚的黏土、粉质黏土层时，甚至无法下沉，因此本项目沉桩尽量避免中途停歇。

5.5 减小挤土效应

场地周边建筑物较多，而压桩的挤土效应会对邻近建筑物、道路、管线等构筑物产生破坏作用，本项目采取如下措施减小挤土效应。

（1）设置防挤沟。在邻近周边道路或管线侧设置宽1～2 m的防挤沟，沟底低于保护对象的基础底面，沟内回填砂砾等松散材料，防挤沟可消除浅层挤压，能有效保护道路及浅埋管线不受挤压破坏。

（2）设置应力释放孔。现场设置了填充中粗砂的应力释放孔，利用砂性土强透水性及时消散压柱产生的超孔隙水压力。应力释放孔考虑桩的布设及周边建筑物分布情况进行具体设计。

（3）预钻孔辅助沉桩。在桩位先钻φ250 mm孔取土，其深度一般为桩长的0.6倍。先钻孔取土再压桩的方法能有效降低挤土效应。

（4）压桩顺序设计合理。沉桩顺序不合理易造成桩位偏移、桩身上浮，地表隆起、邻近建筑物破坏等事故。沉桩顺序整体遵循图4的原则。此外，对标高不一的桩按“先深后浅”、不同规格的桩按“先大后小、先长后短”等原则，使土层挤密均匀，避免发生较大的位移和偏斜。

（5）合理安排压桩进度。压桩过快，不仅使超静孔隙水压力值幅增加，还会使周边土体剪切破坏，增加地基土的变位值及变位范围，因此要采用合理的压桩速度。

6 结束语

该车辆段总计施工预制管桩5 600余根，地基处理面积为2.5万m2，经过实验检测和长时间跟踪观察地基变形沉降情况发现，地基加固效果明显，达到设计要求。证明本项目采用预制预应力砼管桩加固地基是可行的，施工时采取的技术措施是科学合理的。

参 考 文 献

[1]于景操.预应力高强混凝土管桩在软土地基中应用关键技术研究[D].合肥：合肥工业大学，2012.

[2]任德华，余必华.软土地基预制预应力混凝土管桩施工[J].城市道桥与防洪，2005（5）：9，128-129.

[3]杨军.预应力高强混凝土管桩在软土地基中应用关键技术研究[J].门窗，2015（2）：88-89.

[4]聂重军，唐依民.预应力混凝土管桩施工技术研究[J].长沙大学学报，2008（5）：31-33.

[责任编辑：陈泽琦]