复合式防护快速成孔技术在临近地铁桩基施工中的应用

陈震 中国铁建港航局集团有限公司第一工程分公司

1.工程概况

广州新白云国际机场第二高速公路北段工程SG08标管段长3.437km，与运营中的地铁3号线北延段隧道及G106国道共线，主线桥部分桩基距地铁隧道距离较近，理论最小净距仅为2.25m，位于地下工程（车站、隧道等）结构外边线5m内特别保护区。

临近地铁桩基穿过砂层、淤泥层，并且层厚较厚，处理难度大，地质极不稳定，较容易出现塌孔，缩颈等特殊地质情况，对工程质量及地铁结构安全产生影响，因此需要特别处理。结合本项目桩基实际地质情况及桩基施工经验等综合考虑，在临近地铁0～5m内采用水泥搅拌桩进行地质处理，永久钢护筒和浓泥浆进行防护，旋挖钻施工。

2.设计原理

2.1 水泥搅拌桩防护

水泥搅拌桩的作用主要是在开孔阶段和钻机钻进初期对覆盖层的加固防护作用，由于搅拌桩作用为稳定土体可不参考相互咬合，沿桩基周围布置。桩长要求打穿淤泥层，桩端达到强风化泥岩。

2.2 永久钢护筒防护

首先进行钢护筒准备工作，在加工厂或施工现场按设计长度制作整条钢护筒，并在钢护筒顶端割出安装吊孔，以便在安装时快速完成。

开孔完成后，钻机调整钻头直径，比永久钢护筒直径大5cm，在原孔位对中调整竖直后继续钻进，钻进过程中要求匀速缓慢钻进，避免产生过大振动影响地铁结构。现场技术人员实时掌握钻进深度，当孔深达到地铁结构以下5m位置标高时，停止钻进，开始吊装永久钢护筒，钢护筒采用吊车埋设，吊点设在护筒对称位置，埋设过程中应保持钢护筒中心与引孔孔位中心保持一致，现场技术员实时监测钢护筒的垂直度及平面位置偏差，出现偏差及时修正。

2.3 泥浆护壁

本工程地质情况穿过砂层、淤泥层，并且砂层、淤泥层层厚较厚，应特别处理，应根据现场实际地址情况随时调整泥浆指标，保证泥浆性能，泥浆浓度控制在1.1～1.3范围内。对泥浆的使用需求量大，通过建立泥浆处理中心，实现泥浆循环利用，既节约了材料成本，又能较好地保护环境。引孔施工时，由于无护筒护壁且钻入深度较大，需配置高浓度泥浆护壁，快速完成该工序并及时安装钢护筒。钢护筒安装完成后可考虑适当减小泥浆浓度、减小泥浆用量。

3.设计施工参数

3.1 水泥搅拌桩防护施工参数

水泥搅拌桩处理深度应根据桩基地质勘探资料现场确认，原则上贯穿砂层，并进入强风化岩层2m，本工程暂定18m。采用单排φ50cm深层水泥搅拌桩，由于搅拌桩作用为稳定土体可不参考相互咬合，也可以设计作5～10cm，本段采用桩间互相咬合10cm。要求搅拌桩施工桩位偏差≤30cm，垂直度偏差≤1/150。水泥搅拌桩采用二喷四搅工艺施工，桩径500mm，材料采用42.5级普通碳酸盐水泥，每米掺灰量75kg，水灰比0.45～0.55，高效减水效0.5%，喷浆压力≥0.5MPa。要求水泥土搅拌桩龄期≥28d且无侧限抗压强度≥1MPa后方可施工桩基。

3.2 永久钢护筒

设计桩基位于既有广州地铁3号线两线之间，理论最小净距为2.25m，覆盖层处理漏斗状，属于极不稳定状态。初期钻进时有水泥搅拌桩及浓泥浆防护，但在清孔后下钢筋以及桩基混凝土灌筑期，由于时间较长，且有地铁运行的振动和国道G106上大型货车振动，可能会造成土体松散而坍方，所以设计钢护筒防护。钢护筒施工过程不能强力振动，选用传统自进式或者静压式，自进式成本较高，静压式会地铁盾构造成影响，所以在钻进后安装钢护筒更为便捷。

3.3 泥浆护壁施工参数

应根据现场实际地质情况，随时调整泥浆指标，保证泥浆的各项性能符合规范要求。在实施过程中，应根据工程地质具体情况，对不同土层应合理地控制相应的泥浆指标。泥浆性能参数如表1。

表1 泥浆性能参数表

现场应设置泥浆沉淀池及储浆池，一般为钻孔容积的1.5～2.0倍，泥浆池底部及四周应采取封闭措施，防止泥浆外溢污染环境。

4.主要施工工艺流程及方法

4.1 测量放样

测量人员提前对隧道结构外边线进行勘测，并绘制边界图，标注临近桩基地铁外边线坐标，便于对桩基位置确定后，同时对临近地铁外边线在国道路面上进行放样，确定桩基和地铁外边线平面位置关系。

复核测量控制点并符合要求后，进入隧道内复测隧道的平面位置，再将地铁隧道平面位置放样至路面上。然后测放出各桩桩位，桩机就位。施工前应根据测量控制网定出各桩位中心点。双向控制定位后埋设钢护筒并固定，以双向十字线为中心控制桩基及钢护筒偏位。开钻前必须校核钻头的中心是否与桩位中心重合。

4.2 钻进

为尽量减小施工过程对周围土体及地铁结构的扰动，钢护筒吊装施工选用50t汽车吊，钻孔施工选用旋挖钻机。依托工程主线桥桩径最大2.8m，桩长约为40m，采用300kW、360kW两种型号旋挖机施工。

4.3 终孔及清孔

孔深及沉渣厚度检测：成孔后，对比旋挖钻显示界面的钻孔深度L1及测绳测量孔深L2，若L2＜L1，即可更换清底钻头进行清底，并重新测定孔深。待终孔验收合格后，立即进行清孔。

采用泵吸反循环方法进行清孔，直至孔底泥浆的各项指标及沉渣厚度符合规范要求。孔底50cm以内泥浆比重控制在1.03～1.1、粘度为17～20s、含砂率＜2%。清孔时应时刻注意保持孔内水位，保证孔内泥浆压力。清孔应分两次进行，一次清孔在钻孔深度达到设计深度且验孔合格后进行，二次清孔必须满足设计及规范要求后才可下放钢筋笼。

4.4 钢筋笼加工及安放

吊装施工时每节钢筋笼宜采用多点起吊，减小因吊装导致的变形。吊装角度应严格控制，吊臂与吊绳夹角应采用小角度，减小水平分离。钢筋笼顶端吊点必须采用专用吊具进行吊装，其根部吊点采用两根吊绳进行吊装。起吊时先起吊顶部吊点，再起吊根部吊点，使钢筋笼平卧变为斜吊，待钢筋笼根部完全离开地面时，顶端吊点迅速起吊至90°后，方可拆除根部吊点，垂直将钢筋笼吊放入孔并安装。

由于桩基位置特殊，下方位于地铁盾构结构之间，上方在行车道中间，行车道与地铁线共线，作业面有限，吊装作业需考虑到对地铁结构的影响，吊装位置应尽量避免在地铁上方，减小对地铁结构的压力。位置有限无法进行正常作业必须在结构上方吊装时，采取措施防止吊机支腿对地铁结构的集中压力，采用20mm厚钢板垫汽车吊支腿下，用于分散支腿压力，并且防止损坏沥青路面面层。

4.5 灌注水下砼

钢筋笼安装完成且验收合格后应及时检查孔底沉渣厚度，满足要求后应及时灌注混凝土，防止等待时间过长造成塌孔。

5.结束语

基于上述分析，结合该防护措施在国道高架并临近地铁的桩基施工中成功的运用，可为类似工程提供参考，此外，运用该技术进行施工需注意以下几点：（1）将地铁隧道平面放样至路面上，为施工机械的布置提供指导，可提高桩基施工对地铁和国道的保护。（2）桩基周围增加水泥搅拌桩施工，可保证桩基钻进初期其周围土体稳定，大幅减小对地铁结构的扰动。（3）距离地铁较近桩基周围易埸孔地层采用水泥搅拌桩结合永久钢护筒和浓泥浆护壁三重防护快速成孔技术，40m长φ2.5m桩基初期钻进及下钢护筒至成孔时间约为8h，能起到较好的防护作用，能够确保施工质量与安全。