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摘 要：由于液化底层的不稳定性，致使在液化地层进行施工的难度系数大大增加，尤其是进行钻孔灌注桩此类的施工工作时，钻孔极易收缩甚至坍塌，这给整个施工工作带来了极大的隐患。本文主要以某市的城市地铁一号线的广场站的围护结构钻孔灌注桩施工工作为例，结合该地的地层情况以及该项工艺的主要特点，对液化地层中钻孔灌注桩工程的施工要点及技术等做了进一步的探讨，希望能为该方面的工作人员或研究学者提供一定的参考及借鉴。
关键词：地铁车站；围护结构；液化地层；钻孔灌注桩
1工程概况
1.1工程简介
某市的广场地铁站是该市地铁一号线自西向东方向的第12个站，车站主要处于人民路及民生路两条重要路线的交界处，车站的总体结构较为复杂，是一个位于地下的四层叠式车站，共有12个出入口。车站的整体面积约37000平方米，宽度接近20.5米。广场站还承担了一二号线路换乘的工作，因此，其主体基坑的深度高达32米，近乎于十层楼的高度，结构设计极为复杂，工程的整体实施难度极高。且路下方还具有商业街道、地下行人通道以及各种运输管道等，各类建筑交错分布，进一步加大了施工的难度。除此之外，由于站点处于繁华地带，其基坑周围的建筑物多为商业大厦或购物中心等，人流量极多。另外，广场地铁站所处位置的地质结构也较为复杂，不仅有黏土层、原力层等极为脆弱的地质层，且受其附近的朝阳沟的影响，还有部分土地具有淤泥土质，这也给施工的顺利进行带来了极大的挑战。至于施工方法，因广场处于宽阔地带，可直接采用明挖的方法进行施工，至于需更加注意的车站基坑的施工，则只能采用钻孔灌注桩围护结构。
1.2工程所处位置的地质及水文情况
根据勘测资料，车站范围内地质均为第四系(Q)地层覆盖，地表多为第四系人工填土层(Q4ml)，其下为第四系全新统冲、洪积层(Q4al+pl)粉质粘土、粘质粉土、粉细砂、中砂及上更新统(Q3al+pl)粉质粘土、粘质粉土、粉细砂等组成。勘察场地振动峰值加速度为0.2g(地震基本烈度Ⅷ度)，场地内(②-4-1)粉细砂层全部液化，(②-3-1)粘质粉土局部存在液化现象。桩基钻孔施工时，粉土、粉细砂层由于振动极易发生液化，产生流砂而发生缩孔、塌孔事故。本车站范围内，液化层顶面深度约1.50～4.60m、高程766.82～768.84m，液化层底面深度范围113～17.90m、高程范围约753.09～758.01m。地下水位高1.5～3.2m。潜水主要赋存于20m以上的②-4粉细砂和2-5中砂层，粘质粉土亦存在一定的赋水性，但水量较小:弱承压水主要赋存于下部的③-5粉细砂层，因上部隔水层不连续，粘质粉土存在一定透水性，故承压性较弱。
2砂层液化的概念及危害
土体液化主要是指处于饱和状态的沙土以及粉土等由于振动荷载的作用而失去其本身的抗剪强度，从而由固态转化为液态的过程。受周期振动荷载的影响，饱和沙土产生变形，但由于沙土本身处于饱和状态而不能及时排水，从而产生孔隙水压力，当孔隙水压力加大时，砂体间的粒间应力减弱，而当该孔隙水压力与周围岩石所带来的压力相等时，就不存在粒间应力，而沙土颗粒也将完全悬浮于水中。同时，也就失去了其原有的抗剪强度，从而彻底液化，这就是砂土液化的原理。此类沙土液化情况的发生往往会对地下钻孔灌注桩的作业带来较大的麻烦，影响其施工的质量。
2.1塌孔
在沙层液化的情况下进行桩基钻孔的作业，塌孔事故的发生是十分常见的，而塌孔事故一般都是在地下2至8米的范围内发生，桩基塌孔不仅会对其原材料混凝土造成严重的浪费，而且情势严峻时还会直接导致周围地面塌陷，钻机失控等严重事故的发生。
2.2缩孔
在土质较为松散的粉土等中进行钻孔，务必要小心谨慎，否则极易使桩孔坍塌。需要注意的是，在施工过程中，桩孔要始终保持正常状态，既不能出现显著的收缩现象，也不能超过其标准的最大值。
2.3孔底沉渣过厚
孔底沉渣过厚主要是由于桩孔即将或已经成型时，其孔壁发生坍塌，产生较多的泥沙混合物，同时在砂层液化的过程中，也会产生部分泥沙，二者相互混合，在桩孔底部行程较厚的泥沙层，阻碍了清理工具的进入，导致沉渣难以清理。
3液化地层钴孔灌注桩质量控制措施
3.1选择适宜的钻孔机械
对于整个钻孔灌注桩的施工而言，钻孔器械的选取也是十分重要的。由于该工程的实施是要在克服避开土质松散脆弱的饱和沙土以及粉土的前提下进行钻孔灌注桩工作，所以要尽量采用产生的振动幅度较小的选择振动小的旋挖钴机，并使用泥浆护壁技术进行施工。这主要是因为在钻机的运行时产生的震动会对沙土层产生影响，使砂土液化，形成留土，进而导致桩孔收缩或坍塌等事故的发生。
3.2采用加长护筒
加长护筒的采用主要是为了解决桩孔坍塌的问题。尤其是对于液化地层较浅且柱孔的填埋深度在3米以内的情况，采用加长护筒的方法，能够从根本上直接避免塌孔情况的产生。据调查资料显示，广场地铁站进行施工时，曾使用4米及6米的护筒进行防护，但成效甚微，最终选择采用十米长的护筒，使大多数的桩位都能够完全贯穿砂土液化层。对于护筒的选取，宜采用厚度为4至8毫米，筒口直径约为1米的钢制式护筒，在填埋时，所埋深度为4至10米，顶部略高于地面而是指30厘米为宜。在实际施工时，可进行人为开挖，所挖深坑的直径应比护筒略大，深度则与护筒相同即可。除此之外，护筒上应设置两个小孔，便于排水，在深埋式，应确保护筒与桩孔的中心完全重合，且筒身应完全垂直于地面，即使出现偏差，两者中心的偏差不得超过20毫米。将护筒放置并固定好之后，向护筒与所挖深坑间的缝隙内填充适宜的黏土，并夯实，进一步确保其稳定性，提高成孔质量。
在提高泥浆护壁质量的同时，使用10米长的护筒也带来了一些问题：第一，护筒过长，在使用钻机的情况下会极大地降低其效果；第二，将护筒取出后，易导致周围地面发生塌陷；第三，护筒过长且体积过大，难以确保其是否垂直于地面。
围护桩的作用主要是承受来自四周的压力，因此，围护桩的安置要务必垂直于底层地面。在拔除护筒时，一般选择使用振动插拔机，而为了防止拔插及损坏护筒外壁，应在护筒表面焊接一个定制套箍，便于震动拔插机顺利取出钢制护筒。在拔出护筒后，向原来放置长护筒的位置灌注一定量的混凝土，以防止护筒取出后周边地块下沉。为确保护筒垂直拔出，在拔出过程中应实时进行监控及测量，确保其误差在2厘米以内，并实时进行动态调整。
3.3控制泥浆质量
由于桩孔位于土质松散且极易液化的粉土、饱和沙土层，地层极不稳定，因此，在进行桩基施工时，要采用泥浆和泥皮增强其稳定性及抗压性，所以对泥浆的选取也是十分重要的。在实际施工时，尽量选取密度较大、粘着性较高的泥浆，而泥浆的原材料也要使用质量较好的膨润土，并加入一定量的添加剂，如火碱等，使泥浆变得更加粘稠。除此之外，在施工前还要进一步检测泥浆的粘度、用量、质量等。对于砂土液化产生过量的孔底沉渣的问题，应及时加入新的泥浆体改护壁效果。
3.4优化钻进操作方式
在液化地层下进行钻孔灌注安装施工时，钻孔速度过快极易造成桩孔坍塌，所以应严格控制钻机的速度。与此同时，还要保持速度的稳定性，切忌钻速忽快忽慢，产生大量的钻渣，发发顺利排出造成堵塞。除此之外，还要制定完善的管理制度，对施工现场的组织及施工过程进行严格的管理，提高施工效率，降低其余施工事故发生的可能性。
结 语
在地层液化的环境下进行钻孔灌注桩施工，施工难度较大，极易出现沉渣过厚、塌孔等问题。所以在液化地层中进行桩基的施工时，还要进一步注意钻机、护筒的选取及使用、成孔的具体操作以及泥浆的调配等。而本文主要研究的某市的广场的工程主要是采用振动幅度较小的旋挖钻机，10米长的钢制护筒、优质的泥浆等，一定程度上解决了缩孔、塌孔以及孔底沉渣过厚等问题，极大的提高了施工的效率及质量。
参考文献
[1]桂常林.填海淤泥地层近接大型地铁车站深基坑施工稳定性研究[D].中国矿业大学,2014.
[2]庞升阳.上跨既有线地铁车站深基坑工程施工关键技术研究[D].石家庄铁道大学,2017.
论文作者:包祥东
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第03期
论文发表时间:2019/5/27
标签：钻孔论文; 沙土论文; 泥浆论文; 地层论文; 细砂论文; 沉渣论文; 车站论文; 《工程管理前沿》2019年第03期论文;