静压沉管成孔挤密桩地基处理在西安地铁施工中的应用

陆建国

（中铁四局集团有限公司西安分公司 陕西西安 710082）

引言

立题背景：随着经济发展，我国越来越多省会级城市及符合国家发改委相关规定的城市开始进行各市的地铁或轻轨交通建设。西安市亦于2006年开始建设本市的轨道交通。因西安市地处黄土地区，地质条件与其他地区不同，多存有地裂缝、湿陷性黄土等特殊地质条件，为西安地铁建设带了新的挑战。地裂缝、湿陷性黄土特殊地质在西安地铁十年来的建设过程中得以解决。目前对湿陷性黄土进行地基处理加固时挤密桩施工均采用施工方式，如冲击或者振动成孔方式进行施工。均存在对地层扰动大，会造成冲击荷载及振动荷载，不能用于本项目施工。

1 工程概况

西安地铁五号线雁鸣湖停车场主要包含综合楼、污水处理站等房建工程，室内外装修（含水电暖等）及室外绿化工程，停车场运营库、洗车库等钢结构工程及入场线段地下结构工程。

其中出入场线段长度为537.6m，该处地质情况根据前期勘探揭露地层自上而下为杂填土（1-1）、新黄土（3-1-1）、古土壤Ⅱ（3-2）、老黄土Ⅲ（4-1-1）、粉质黏土Ⅲ（4-4）、中砂（4-7）、卵石砾层（4-11）粉质黏土Ⅲ（4-4）。其中3-1-1层新黄土、3-2层古土壤及4-1-1层老黄土（水上）具湿陷性，4-2-1层古土壤仅局部具自重湿陷性和湿陷性。根据探井试验资料分析，本工点湿陷性土层深度约为27m。在出入场线段与正线交叠段对工程产生影响的土层厚度为8～8.6m。如图1、2所示。为确保主体结构建成后，有雨水下渗至该地层后由于湿陷性导致不均匀沉降，引导主体结构内产生次生内力，对结构耐久性、安全性等产生影响，在结构施作前，对基进行加固处理。

图1 出入场线段与正线交叠段纵剖面示意图

2 原设计方案

图2 出入场线段与正线交叠段平面示意图

最初因未考虑总工期统筹原因，未考虑到已施工正线，设计方案为常规动力成孔方式。但进场后对正线土建施工标段进行察访后得知，正线初支已施工完成。根据工期安排，在我单位开始施工出入场线段与正线交叠段地基加固时，与出入场线交叠段正线区间隧道二衬不能按期施工完成并达到设计强度要求。

3 改进方案

在此情况下，为了避免在采用原方案施工时对已施工正线隧道初支产生影响，造成其发生侧向位移或破裂等。对现场实际情况及设计施工要求进行分析后，决定对成孔方式工艺进行更换，以避免对已完成隧道初支产生影响。

经对目前已有成孔工艺进行对比后，决定采用静压沉管方式进行成孔施工。采用此方式成孔优点有二：

（1）有铁路、公路路基在进行地基处理时采用沉管成孔挤密桩施工的先例，有经验可对比借鉴。

（2）该方式能避免常规动力成孔时产生的冲击及振动荷载对已施工完成下部正线隧道初支结构产生影响，确保其结构安全性。

4 静压沉管成孔挤密桩施工工艺

静压沉管是通过静力压桩机以压桩机自重及配重作反力可将带钢脚壁刃的钢管采用环箍下压方式压入地层土中。待成孔到设计标高后，拔除钢套管后向孔内进行填料进行静压夯实操作。由于施工过程中无冲击荷载及振动荷载产生，所以能避免对已完成建构筑物产生影响。

4.1 工艺流程（如图3）

4.2 操作工艺

（1）场地平整

在桩孔施工前，应先对施工场地进行平整，确保施工机械停机平稳。对施工范围的场地进行平整、压实，以达到桩机行进和施工作业无障碍要求。

（2）测量定位

施工前，根据平面布置图、桩位图，对已进行编号桩位进行放样，定施工桩位点，并做好标识并做好护桩，经检验无误后，方可进行施工，施工过程中进行施工记录。桩孔中心点的偏差不超过±20mm。

图3

（3）成孔施工

将成孔桩机进行拼装调试，桩机移位至桩位处就位并调平。在钢套管下部用过圆中心垂直方向交叉（即钢套管圆心）点吊垂球，并用垂球进行桩位对位，用经纬仪或全站仪在两个相互垂直的方向检查垂直度，钢套管调整后垂直度偏差不应大于0.5%，符合要求后进行钢套管压入施工。压管完成后，须检查桩孔底部有无进泥进水，有则须予以清除。压管施工时，应以桩长控制为重要依据，以试桩确定的压桩力标准值作为最终压力控制的参考依据。满足桩长控制标准后，即可停止压桩。

下压沉管时，当桩身的倾斜度超过1.5%，应拔除钢套管进行填孔后重打，若出现桩孔歪斜，钢套管脚壁刃损坏等情况，应及时回填挤密重打，每次成孔拔管后应及时检查成孔质量。

（4）压管达到设计深度后，即可进行拔管操作，当直接拔出困难时可采用旋转钢套管后起拔，拔出桩管后立即进行孔中心位移、垂直度、孔径、孔深测量检查，桩孔直径允许偏差不超过设计值-20mm，桩长允许偏差+0.5m。全部检查合格后方可进入下道工序施工或用盖板覆盖孔口进行安全防护。

（5）静压夯填土

①静压夯实成桩（或微冲击夯实）施工步骤

夯机调平并对准桩中心位置→底夯→填料→夯实填料→至设计桩顶标高→夯机移位。

②桩孔内灰土填料，其中石灰与土的体积比取2：8。石灰及土料选择应满足设计及规范要求如下：土料适用选料为粉质黏土，土料中有机物含量不应大于5%，且不得含有冻土土块，渣土建筑垃圾粒径不应超过15mm。石灰可选用新鲜的消石灰或生石灰熟化，粒径不应大于5mm。石灰的质量应合格，有效CaO+MgO含量不得低于60%。

③桩体施工时，桩孔在填料前必须夯实桩底，桩孔身内填土应分层回填进行夯实，平均压实系数不小于相关规范要求值0.97，压实系数最小值不应低于0.93（设计要求为孔内夯实不扩孔，故桩间土不要求夯实系数）。

④填料施工前对土料的含水量进行测定，以保证填土料接近最佳含水量。当土料含水量超过最佳含水量±2%时，应洒水湿润或进行翻晒。

⑤挤密桩施工成孔的顺序：在大面积处理施工时，应遵循“从周边开始，均匀布置，逐桩加密，紧接夯填”的原则。首先从周边开始，分行列、分点位、分局部，在施工范围场地平面内均匀分布，逐桩进行挤密施工，同一排内应间隔1～2孔进行，如图4所示。

4.3 质量控制检查表

（1）根据《建筑地基基础工程施工质量验收规范》关于夯实（夯扩）灰土桩的质量检验标准的规定，工程质量施工质量应符合以下要求（见表1）。

（2）成品保护：

①对定位基准桩位、基准线引桩、基准水准点、桩点等，施工时不得碰撞。且宜经常性测量和校核其平面坐标位置、水平高程标高是否满足规范及设计要求。

图4

表1 夯扩素土桩质量验收标准

②灰土挤密桩施工时，应防止邻近的已施工桩的桩体受到挤压而破坏，发生断桩颈缩现象。如有必要，须采取一定的质量防护措施保证已施工桩桩体质量。

4.4 施工注意事项

（1）遇雨雪天气应采取防雨雪措施（现场预备塑料膜），防止土料受雨水淋湿；下雨天、大风天禁止施工。

（2）施工完成的桩孔在验收合格后需及时填料夯实。

（3）成孔及填料过程中，须有专人进行成孔及回填夯实质量旁站，并记录施工情况。

（4）成孔过程如发现土层地质与地勘资料不符，应立即停止施工，并通知监理及勘察单位，待查明情况后在监理同意采取相关措施后，方可继续施工。

（5）成孔后需及时进行填料夯实，以免因施工挤压造成邻孔缩孔或塌孔。

4.5 结论与讨论

西安地铁施工过程中常用挤密桩施工对地基进行加固处理，但均为常规动力成孔施工。在本次遇到有由于客观原因不能采用动力成孔的情况下，采用静压沉管成孔方式，静压夯实回填料，解决了成孔问题。

由于静压沉管及静压或微冲击夯实过程不生产或仅产生微小振动荷载及冲击荷载，本案件成功经验可为其他相似工程提供借鉴，或遇有敏感地层的工程实例提供借鉴。

参考文献

[1]陈香波，罗刚，何东进，朱飞，李一帆.不同成孔方式的素土挤密桩处理地基效果对比[J].施工技术，2016（s2）：31～34.

[2]张玉龙.浅谈素土挤密桩在湿陷性黄土地基中的应用与质量控制[J].科技视界，2014（30）：321～321.