地铁车辆段软土地基静压预制管桩施工工艺

2022-07-13孙利功

交通世界 2022年14期

孙利功

（中铁二十局集团第一工程有限公司，江苏苏州 215000）

1 工程概况

长春市轨道交通7号线一期工程靠山屯车辆段，长975～1050m，宽约300m，占地面积约为27.3hm2，呈南北走向，功能属性突出，用于承担配属车辆的编组、清洗、检维修、后勤保障等多项工作，是保证地铁7号线稳定运行的关键。但车辆段施工现场存在软土地基，不利于正常施工和车辆段的高效使用，针对此情况，项目采用静压预制管桩施工工艺予以处理。

2 方案的确定与优化

2.1 特殊岩土和典型地质

（1）填土

填土包含两部分：①杂填土：由建筑垃圾和生活垃圾构成，黏性土和粉性土的均一性较差，有固结现象，填料类型多样且分布缺乏规律性，局部厚度突变，各部分的固结程度存在差异，在此条件下开挖时，易由于施工的扰动作用而坍塌；②素填土：以圆砾和黏性土为主，局部夹杂少量的瓦砾和碎砖，路基填土未经压实处理，因此缺乏足够的密实性，加大了基坑开挖、桩基成孔的施工难度。

（2）软土

初勘结果显示，软土以淤泥质土层居多，有机质含量为3%～18%，压缩性和灵敏度均较高；详勘结果显示，软土具有较高的塑性指数（最大达到38）。总体来看，受有机质含量、塑性指标偏高的影响，难以顺利开展地基处理工作。除此之外，软土的压缩性较高，因此可能会诱发场地内沉降现象，成桩后期还伴有较强烈的负摩阻力，均会影响实际成桩效果以及管桩的正常使用。

2.2 桩型及沉桩方案的确定与优化

立足于地铁车辆段的现场软基特性，初步决定采用旋喷桩加固的方法，桩长按30～40m控制。但经项目部商讨后认为，车辆段的主要功能在于供列车停放和检维修，而现场地基缺乏足够的承载力，即便是40m长的桩体也难以完全达到工程所提出的深度要求。若采用预制管桩结构，可有效处理杂填土和粉质黏土层，下层地层的稳定性可得到保证，无论是地基处理还是沉降控制均能取得较好的效果，具有保质量、增效益的优势。因此，更为适宜的是采用预制管桩加固的方案。

经研究后，确定采用AB型预应力高强混凝土管桩，基本参数为：桩径400mm、长8～25m、桩间距2.5m、单桩承载力特征值900kN。从区位的角度来看，车辆段规划在城郊居民区，施工规模较大，可能会产生噪声污染，为实现文明施工的目标，采用静压桩机沉桩，该设备可提供的加载量达2 640kN。为给大面积施工提供指导，提前试桩，确定具体的压桩施工参数，包含但不限于终压力、贯入度。

2.3 总体规划

车辆段预制管桩共5 622根，地基处理面积为24 896m2，施工采用2台800t压桩机联合作业。正常施工条件下，单台桩机沉桩效率为16根/d，按此进度推算，在不考虑降雨等特殊条件时，预制管桩处理软基所需的施工时间为176d。

3 静压预制管桩施工工艺流程

按照流程有序推进施工进程，主要施工内容如下。

3.1 桩机就位

以设计要求为准，将桩机安放至指定位置，再进一步采取固定措施，确保桩机在运行过程中无偏位、倾斜现象[1]。

3.2 喂桩

吊索一点绑扎起吊，在管桩上端吊环周边设吊点，吊装后使管桩呈顺直状态，准确对准放样位置，以便插桩[2]。

3.3 稳桩

首先用较小落距冷锤1～2次，用经纬仪检测管桩的垂直度，要求实测值偏差不超过0.5%，否则不允许进入后续施工环节。压桩前，在桩侧面设长度标尺，以便在后续的施工中可快速且准确地检测。

3.4 压桩

（1）以特定的流程完成压桩机的安装作业，或依据说明书规范操作。

（2）压桩机就位时，检测其姿态并予以调整，需对准桩位，校正平台直至其保持水平状态。

（3）起吊预制桩时，先准备稳定可靠的钢丝绳及索具，将各自配套到位，经过有效的捆绑处理后，起吊预制桩，在控制室内采取相应的控制措施，以保证垂直度达到要求，待桩对准桩位中心后，夹紧液压夹具。

（4）根据基础的设计标高，按照先深后浅的顺序有序完成压桩作业。桩的布设密度存在差异，可首先从中间开始压桩，再逐步向四周延伸，此外也可从一侧开始逐步向另一侧推进。

（5）压桩作业遵循连续性原则，同一根桩尽可能一次完成，若中途须设置间歇，不超过0.5h。

（6）压桩过程中灵活应用油缸，具体根据压桩力而定，该值未达到施工荷载的2/3时用主缸发力，此后用副缸发力。

（7）稳桩。随着压桩作业的持续开展，待压桩力达到2倍设计荷载时，进入稳压环节。需注意的是，在结束加压前，需按照“满载—卸载—满载”的流程反复操作3次，其间及时检测贯入度，将实测结果与设计要求进行对比分析。

（8）压桩时，由专员做好施工记录，以便根据记录的数据展开分析，更为准确地掌握压桩施工情况。

（9）每根管桩的第一节桩压下后，安排混凝土封底。

3.5 接桩

边打入边焊接接长，在距离地面约1m的位置接桩。焊前做好准备工作，即修整下节管桩顶部的变形部位，并全面清理残留在上节桩管端部的杂物（包含泥沙、水、油污等），再进一步抹光、设置焊接坡口[3]。施焊遵循对称的基本原则，根据管壁的厚度控制焊接的层数：若壁厚在9mm内焊2层，超过9mm增加至3层。每完成一层焊接后，检查并清理焊渣。焊接结束后冷却1～5min，此后再锤击打桩。

3.6 送桩

经调整使送桩器中心线与桩体共处相同直线上，以保证送桩精度。桩顶平整度不足时，用麻袋、纸板垫平。送桩施工后，及时对遗留下的桩孔进行回填处理。

3.7 终压

桩体入土深度在8m内时，复压3～5次；超过8m时，适当减少复压次数，以2～3次为宜。稳压5～10s，要求稳压压桩力不小于终压力。终压力根据施工现场的试桩结果而定，保证其具有合理性。

3.8 检查验收

经检测，桩的贯入度达标、桩尖深入持力层时安排验收。重点关注最后3次10锤的平均贯入度，该值不应超过规定值，实测结果满足要求后，填写施工信息并妥善保存。针对桩位与要求相差过大的情况，有必要进行深入研究探寻具体的应对措施，再将桩机移动至新的桩位，以便继续施工。各项压桩工作均完成后，开挖至设计标高，严格依据工程规范加强检验，汇总施工期间产生的各项信息，整理成技术资料。

4 静压预制管桩施工质量控制措施

4.1 检测并调整桩身的垂直度

地铁车辆段现场存在较多的软土地基，考虑到其压缩性大、易沉陷的特点，压桩前先对场地进行平整压实处理，使桩架维持稳定，以免在施工中因桩架沉降而使桩机导杆倾斜。精准控制第一节桩的垂直度，以此为基准有效接长。施压时存在扰动作用，可能会导致桩身垂直度出现偏差，因此用2台正交经纬仪检测，根据实测结果采取控制措施，具体如图1所示。

图1 桩身垂直控制

4.2 防水措施

水沿桩身落至桩尖后，将使桩端泥岩遇水软化，管桩具备的承载力随之下降。因此，采取如下桩端防水措施：

（1）桩尖焊接施工时，设置为全焊缝，同时确保证厚度与强度合理。

（2）在桩内底端灌注约1.0m的C20混凝土柱，通过此结构隔绝水沿桩发生渗透。

4.3 接长焊接

安排2名焊工同时施焊，焊接采用2层3道，待清理内层焊渣后方可组织外层的焊接作业，成型焊缝必须饱满、连续，根部焊透。焊接施工后，不允许出现咬边、夹渣等缺陷。焊后冷却10min或根据焊接区域的温度适当延长冷却时间，焊缝达到常温后，按照施工规划继续沉桩。需注意的是，冷却不宜采用水冷法，因为温度相对较高的焊缝忽然遇水后有可能变脆，在外部作用下易被压坏。

4.4 连续压桩

桩周土体在压桩过程中受到挤压，迫使原本赋存在土体内的孔隙水分布状态发生改变，孔隙水压力升高，抗剪强度不足，压桩时易下沉。若因某些原因而中途停压，此时桩周土体的孔隙水压力将持续降低，土体转为固结状态。待抗剪强度达到正常值后，可继续压桩，但此时所遇阻力会明显偏大，影响压桩的效果和效率。若存在厚度较大的黏土和粉质黏土层，还有可能出现无法下沉的情况，因此需尽可能做到连续压桩。

4.5 削弱挤土效应

地铁车辆段周边分布有较多的建（构）筑物，而施工过程中伴有较强烈的挤土效应，会给此类设施带来一定的破坏，因此如何降低挤土效应至关重要。在本项目中，主要采取如下几项措施。

（1）设置防挤沟。根据道路或管线的分布情况，在周边修筑宽度为1～2m的防挤沟，沟内回填松散材料，以达到缓解甚至完全消除浅层挤压的效果，实现对既有设施的有效防护。

（2）设置应力释放孔。在施工范围内设置填充中粗砂的应力释放孔，借助此类材料的透水性减小压柱过程中的超孔隙水压力，降低应力的不良影响。

（3）预钻孔辅助沉桩。在桩位处钻进φ250mm孔取土，深度通常取管桩长度的0.6倍，然后再压桩。此方法有利于缓解挤土效应。

（4）合理设置压桩顺序。若施工中采取的压桩顺序缺乏合理性，易诱发桩位偏移、桩身上浮等问题，同时周边建筑物也将受到影响。对此，根据管桩的施工条件采取合适的压桩方法，标高不一的应遵循“先深后浅”原则；不同规格的桩应按照“先大后小、先长后短”的原则有序施工，从而保证土层的挤密均匀性，以免出现明显的偏位及偏斜问题。压桩顺序如图2所示。

图2 压桩顺序

4.6 施工注意事项

（1）只有在复核桩位并针对偏差采取校正措施后，才可进入压桩环节，否则易出现误差[4]。

（2）压桩前详细检查预制桩，判断其质量是否满足要求，任何不达标的桩体均不可投入使用。以设计桩位平面图为准，绘制一套信息全面且准确的桩位编号图，报甲方和监理方各一份，以便在后续的施工中及时监督检查。压桩期间加强对桩体轴线受压状态的检查，并及时调整偏位的桩体。详细记录压桩信息，对于结束压桩的部分，将其在预先绘制的桩位编号图上做好标记。

（3）应加强对桩体垂直度的检测与控制，要求压桩时倾斜度偏差不超过0.5%。此外，应密切关注压力值，判断其是否具有平稳性，若有短时间内急剧上升或下降的情况，随即暂停压桩，分析原因并处理，确认无误后方可继续压桩。

（4）预制桩的强度须完全达到设计值，同时预制成型后安排1个月的养护期，以保证桩体的质量。

（5）若桩身强度不足、弯曲过大、起吊过程中防护不到位，均有可能出现桩身断裂现象，为此需深入分析具体原因，妥善处理。

（6）桩顶强度不足、主筋距桩顶面距离过小、施工所用的机械设备性能不可靠时，均容易引发桩顶碎裂问题，为此施工中应加强检查，有效防控。

（7）施工现场的场地不平整、桩尖遇坚硬障碍物、压桩机底盘水平度不足时，均易导致桩身倾斜。为此施工前需要做好现场清理、机械设备规范化配套等准备工作，然后严格依据规定要求操作。

（8）接桩过程中，若连接部位未得到有效的清理、焊接质量不达标时，均容易导致接桩部位拉脱开裂，为此施工人员需高度重视细部处理，规范作业。