砂卵石砾岩地层土建工程综合技术探析

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【摘要】砂卵石砾岩地层具有一定的复杂性，在土建工程施工中容易遭遇地面坍塌等情况，导致桩基施工难度较大。基于此，论文结合工程实例，在加强地表沉降分析的基础上，提出采用旋挖钻孔技术进行成孔施工，对原本施工方案进行改进。从施工效果来看，能够顺利成孔，保证成桩质量。

【关键词】砂卵石砾岩地层；土建工程；地表沉降；旋挖钻孔

1引言

在土建工程施工过程中，可能遭遇各种复杂地层。其中，砂卵石砾岩地层在桩基施工期间面临较大成孔难度，容易导致周围建筑物受到扰动，甚至面临安全威胁。因此，还应加强砂卵石砾岩地层土建工程综合技术研究，以便通过科学施工保证工程得到安全建设。

2工程概况

某土建工程为地铁车站地下施工项目，开挖深度在5.7~24.6m。周围分布有市政道路、砖混建筑物，距离最近的建筑物基础埋深3m。工程采用PBA法施工，桩基采用冲击成孔方式。从工程地质勘察结果来看，最上部为堆积层，包含杂填土、圆砾填土等，其下方为新近沉积层，包含圆砾卵石、砂土、粉土等，地层稳定性较差，施工过程中容易造成地表扰动，引发坍塌问题。因此，要加强地表沉降分析，为施工方案改进提供依据。

3工程地表沉降分析

从工程地质情况（见表1）来看，上部为黏性土、粉土层，下部为碎石土层，由较小圆砾和卵石构成，与岩层交接位置分布卵漂石层，粒径在30~80cm。根据地质勘察结果可知，漂石粒径超出20cm的占砾岩20%~30%，砾石风化程度有较大差异，强度测试结果显示点荷载强度在0.63~10.15MPa，单周抗压强度在15~139MPa范围。砾岩风化较弱，胶结状况良好，但钻进难度较大。针对砂卵石砾岩地层，需要利用Peck沉降预测模型对工程施工可行性进行验证。采用Peck修正公式，需要假设横向地表沉降槽曲线符合高斯分布，不排水时沉降槽体积为地层损失体积，得到公式（1）。S（x）=0.313V1D2iexp（-x22i2）（1）式中，S为地表沉降值；x为距离中心轴的距离；i为开挖对地表影响范围；V1为地层体积损失率；D为隧道直径，与施工技术、地质条件等相关，通常在0.5%~2.0%范围内取值。根据地域土性和工程埋深，可以对i进行取值。结合施工经验和地层情况，可以得到Peck经验公式（2）。S（x）=144.1×exp（-x22×9.892）（2）式中，S为地表沉降值，x为距离中心轴的距离；9.89为i的取值；在V1取值为0.93%，D取值为22.13m的情况下，能够得到最大沉降值为144.1mm。利用公式展开回归分析，能够得到沉降数值（见表2）。按照原本施工方案施工，工程最大地表沉降能够达到33.5mm，容易造成周围地段受到较大扰动，因此，还要对施工技术进行改进，以保证工程施工安全。

4工程施工技术改进

4.1方案比较。结合现有条件，施工主要可以采用的桩基成孔技术包含冲击钻成孔、旋挖钻孔和人工挖孔。采用冲击钻成孔工艺，地层将频繁受到冲击振动，容易出现坍塌、跌落等问题。局部漂石较多，容易导致卡钻、埋钻问题的发生，导致工期受到延误。从工艺技术原理上来看，需要依靠重力进行钻孔，遭遇大卵石或漂石将发生偏钻。成孔期间，频繁进行掏渣作业，将导致成孔较慢。一旦发生塌孔问题，又将导致混凝土灌注量增加，出现充盈系数变大问题，导致施工经济性受到影响。采用旋挖成孔工艺，使用的机械设备配备螺旋钻、旋挖斗等多种钻头。采用旋挖斗，可以在旋转时切入土斗，装满后停止旋转，提出后弃土，然后重新旋挖切土，直至成孔【1】。遭遇漂石和卵石，可以对钻头进行更换，避免卡钻问题发生，保证施工高效开展。采用全液压方式进行系统控制，能够使沉渣厚、孔位、孔深等得到严格控制，配合采用小导管支护技术，可以减轻孔壁受到的扰动。采用人工挖孔技术，护壁和成孔难度均较大。因为工程距离建筑物较近，降水过程中容易引发沉降问题，造成周围建筑物下降，甚至出现结构破坏问题，给施工带来安全威胁【2】。4.2施工工艺。通过综合分析比较认为，应采用旋挖钻孔技术进行工程施工。该技术不仅具有较高自动化程度，能够加快施工进度，也能结合地层变化进行钻头更换，保证工程施工安全的同时，减少地表扰动的发生。在实际施工阶段，需要提前做好工程准备，将地下障碍物清理干净，对场地进行平整，直至达到桩顶标高以上位置。对旋挖钻孔相关设备进行检查，确保设备状态良好。通过桩位放线，利用全站仪和钢尺进行测量，做好控制点和水准点精度检查，可以确定桩顶和桩底比高。期间，放线误差在20mm以内。配合超前小导管施工，需要利用清水和膨润土完成泥浆配制，提供护壁保护。利用机械方式进行泥浆搅拌，掺入一定量黏土和纯碱等外加剂，将泥浆相对密度控制为1.25~1.35g/cm3，能够使泥浆性能得到改善【3】。由于得到的泥浆具有较强稳定性，因而护壁能力较好。在钻孔施工期间，需要在桩位处挖掘120mm圆坑，用于进行护筒埋设。护筒直径比桩径大100~200mm，厚度为8mm，利用钢板加工得到。完成护筒放置后，在四周撒优质黏土，并进行分层夯实，保证周围密实。达到指定位置后，上部设置溢浆孔，与地面保持0.3m距离。期间，应加强护筒位置调节，保证中心与孔桩中心重合，偏差不超过50mm，垂直度偏差不超过1%。钻机到位后，可以进行水平调整，利用钢尺复核。在钻杆中心对正后，钻机位置偏差在20mm以内。根据地层状况交替施工筒式钻头和捞渣钻头，能够使岩体被破碎，利用提升装置将渣及时排出，直至达到设计深度。完成钻机调平后，应使设备保持垂直稳固。按照先轻压方式进行钻进，使钻机缓慢旋转，逐步增加转速。根据排渣情况对钻进速度进行调整，并在出渣时注入泥浆，使泥浆液面始终比地下水位高1~2m，能够使孔壁保持稳定。成孔后需要做好清孔作业，沉渣厚不超过50mm，并使水位始终比外部高1m，以免发生塌孔问题。完成钢筋笼吊放后，可以进行导管布置，并完成混凝土灌注。4.3改进效果。从试桩情况来看，在成孔深度达到31m，桩径为1m的情况下，利用TR220D旋挖钻机直至钻进到12.3m位置才出现强烈振动，提升后发现得到大砂砾，直径最大达到19cm。更换钻头，可以顺利钻进。配合采用超前小导管加强护壁保护，期间未发生塌孔偏移问题，周围地层受到的扰动较少。而成孔垂直度能够达到要求，成桩质量较高。从沉降监测情况来看，日沉降量最大为2mm，沉降趋于稳定状态后，累计沉降量平均达到8~9mm，最大为12mm，能够满足工程施工要求。

5结语

在土建施工过程中，针对砂卵石砾岩地层还应加强地表扰动分析，确定桩基施工期间是否会发生坍塌等情况。采用Peck公式加强预测，能够确定地表沉降情况，为施工技术选择提供依据。结合工程实际情况，制定科学施工方案，加强工艺过程管理，最终能够使工程施工效果得到保证。

【参考文献】

【1】杨小强,欧尔峰.兰州砂卵石地层盾构施工的peck公式参数优化[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2020,39(3):231-235.

【2】张浩.砂卵石地层盾构填仓始发沉降控制施工技术[J].城市住宅,2020,27(4):218-219.

【3】董信乐.砂卵石地层中土压平衡盾构的渣良技术分析[J].智能城市,2019,5(22):142-143.

作者:隋守东 单位:中交（天津）轨道交通工程建设有限公司