板凳桩一筏式基础+预注浆联合加固技术

板凳桩一筏式基础+预注浆联合加固技术
摘要：结合北京西站至北京站直径线盾构法下穿在建北京地铁四号线宣武门站的预加固方案，阐述了板凳桩一筏式基础+预注浆联合加强技术住地下空间开发领域的应用。

关键词：板凳桩筏式基础
1 工程概况
宣武门车站起讫里程为K7+736.7～K7+924.6，令长187.9m，为两侧双层中间单层全暗挖车站，采用“PBA”逆作法施工单层断面和其南侧双层断面两沉降缝之问距离共计44．65m。

相应车站顶板之上共有市政管线26条。

北京铁路地下直径线连接北京西站与北京站，采用Φ11.6m的泥水盾构进行施工，在直径线里程
DK4+540～DK4十567段下穿在建地铁四号线宣武门站单程K7+809.72～K7+821.32段。

商径线顶部距宣武门车站底板净距为4.98～6.12m。

(1)工程地质条件：宣武¨车站所处地层自上而下呈韵律变化，依次为：上覆地层：杂(粉)填土①层、①，层厚4．5m。

穿越地层：粉细砂④、层、中粗砂④。

层厚3.0m；卵石圆砾⑤层、中粗砂⑤．层厚2.8m；粉质粘土⑥层、细石中砂⑥，厚4.8m；卵石圆砾⑦层、细中砂⑦：层厚5.2m。

下伏地层：卵石圆砾彭层厚6.9m；粘土⑧、⑧：层厚1.9m；中料砂⑨．层厚1.4m、卵石圆砾⑨层厚2.1m、粘土⑩，层；盾构穿越地层包括卯石网砾⑦、⑧、⑧2、⑨、⑨、⑩，层，其巾中线以下为粘上层。

(2)水文地质条件：根据勘测资料艟示，地下水属潜水，含水层为卵石圆砾⑦层，中粗砂充填，渗透系数大，为强透水层，水位标高为+24.19～26.38m，(水位
埋深为20.50～24.30m)，地下潜水进入车站4m左右，对车站施工影响很大。

宣武门车站自开工以来持续进行降水，日前水位标高位于底板底以下0.8m，标高为20.5m。

2 加固方案
地铁四号线宣武门站南侧双层断面站厅层结构及站台层底纵梁和部分底板已
经施工完成，加之盾构直径线与既有地铁2号线宣武门站净距仅为11．18m,为防止盾构施工在建地铁四号线和既有地铁2号线宣武门站的产生不均匀沉降，确保车站结构和地下市政管线的安全，需对四号线宣武门站块憾进行加固。

采取型钢支托与板凳桩一筏式基础+预注浆联合加固方案(图1)。

(1)板凳桩一筏式基础：在四号线宜武门站结构底板下沿：直径线隧道轮廓两侧外2.2m各设一道纵梁，两纵梁之间每跨结构内各设l道横梁(处3道)，纵梁尺寸为2.2m×2.0m(边桩下为1.1m×2.0m)，横梁尺寸为1.5×1.8m，形成筏式基础。

每道纵梁下设6根曲800钻孔灌注桩作为板凳桩，桩K 20.0m。

(2)预注浆：考虑地层特性，采用钢插管注浆：置合理；试配最佳配比，全程测试指标。

(3)成孔：采用改装的冲击钻钻机进行施工。

立好钻架，安设起吊系统，将钻头吊起放进护筒内，启动卷扬机把转盘吊起，下垫方木，要求转盘中心同起吊滑轮在同一铅垂线上，钻杆位置偏差不得大于2cm。

在钻进过程中经常检查转盘，如有倾斜或位移，及时纠正。

注意事项：开钻前，在护筒内多加一些粘土，必要时混合加入一定数量的小片石，然后注入泥浆和清水，借助钻头的冲击把泥膏、石块挤向孔壁，以加固护筒脚；冲击钻孔时宜用小冲程，当孔底在护筒脚下3～4m后，可根据实际情况适当加大冲程；钻孔时，随时察看钢丝绳的回弹情况，耳听钻锥的冲击声，以判别孔底情况，掌握勤松动，少量松绳的原则；冲击过程中勤抽碴，勤检查钢丝绳和钻头的磨损情况，预防事故的发生；根据孔内土层地质柱状图和捞取钻渣样判别土类，每进尺2m，检查泥浆指标及时调整泥浆浓度(比重)，防止坍孔事故。

(4)清孔：孔深接近设计标高，四方会签确定终孔标高和停钻时间。

孔深采用测锤检测，孔径采用笼式井径器测定，垂直度采用钻杆测斜法测定，经过监理工程师签订后进行清孔，采用冲击钻旋转利用泥石泵持续吸渣5～15分钟，保持孔内水头高度，直至孔底钻渣清除干净，保证沉渣厚度小于0．3m。

(5)钢筋笼加工及吊装：钢筋笼现场加工制作，根据洞内条件分六节，其接头采用焊接，主筋与箍筋采用点焊，采用钢筋“耳朵”的方法保证保护层厚度，为确保钢筋笼刚度，起吊不变形，每隔2m设加强筋；采用手动葫芦下放钢筋笼，两点起吊，保持骨架居中，不得碰撞井壁，就位后使骨架轴线与桩轴线吻合，并保证桩顶标高符合设计要求；孔口设两根平行的槽钢，将整个骨架支吊于护筒顶端并焊于护筒上，防止砼灌注时骨架浮起或位移；砼开始初凝时，割断骨架竖向筋，避免粘
结力受损失。

(6)灌注砼成桩：采用导管灌注水下砼；灌注前，对孔底沉碴厚度再进行一次测定，如厚度超过要求的，用喷射法向孔底喷射3～5min，使沉渣悬浮；首灌时导管下口离孔底0．3～0．5m，灌注中导管在砼内埋深控制在2m～6m范围之内；砼必须连续灌注，并设专人测量砼面深度，计算导管埋深，然后确定卸管长度，使砼经常处于流动状态；砼灌注过程中不得出现断桩、夹泥、密实性差的现象。

4.2 预注浆
考虑地层为沙卵层，预注浆施工采用钢插管。

置合理；试配最佳配比，全程测试指标。

(4)成孔：采用改装的冲击钻钻机进行施工。

立好钻架，安设起吊系统，将钻头吊起放进护筒内，启动卷扬机把转盘吊起，下垫方木，要求转盘中心同起吊滑轮在同一铅垂线上，钻杆位置偏差不得大于2cm。

在钻进过程中经常检查转盘，如有倾斜或位移，及时纠正。

注意事项：开钻前，在护筒内多加一些粘土，必要时混合加入一定数量的小片石，然后注入泥浆和清水，借助钻头的冲击把泥膏、石块挤向孔壁，以加固护筒脚；冲击钻孔时宜用小冲程，当孔底在护筒脚下3～4m后，可根据实际情况适当加大冲程；钻孔时，随时察看钢丝绳的回弹情况，耳听钻锥的冲击声，以判别孔底情况，掌握勤松动，少量松绳的原则；冲击过程中勤抽碴，勤检查钢丝绳和钻头的磨损情况，预防事故的发生；根据孔内土层地质柱状图和捞取钻渣样判别土类，每进尺2m，检查泥浆指标及时调整泥浆浓度(比重)，防止坍孔事故。

(5)清孔：孔深接近设计标高，四方会签确定终孔标高和停钻时间。

孔深采用测锤检测，孔径采用笼式井径器测定，垂直度采用钻杆测斜法测定，经过监理工程师签订后进行清孔，采用冲击钻旋转利用泥石泵持续吸渣5～15分钟，保持孔内水
头高度，直至孔底钻渣清除干净，保证沉渣厚度小于0．3m。

(6)钢筋笼加工及吊装：钢筋笼现场加工制作，根据洞内条件分六节，其接头采用焊接，主筋与箍筋采用点焊，采用钢筋“耳朵”的方法保证保护层厚度，为确保钢筋笼刚度，起吊不变形，每隔2m设加强筋；采用手动葫芦下放钢筋笼，两点起吊，保持骨架居中，不得碰撞井壁，就位后使骨架轴线与桩轴线吻合，并保证桩顶标高符合设计要求；孔口设两根平行的槽钢，将整个骨架支吊于护筒顶端并焊于护筒上，防止砼灌注时骨架浮起或位移；砼开始初凝时，割断骨架竖向筋，避免粘结力受损失。

(7)灌注砼成桩：采用导管灌注水下砼；灌注前，对孔底沉碴厚度再进行一次测定，如厚度超过要求的，用喷射法向孔底喷射3～5min，使沉渣悬浮；首灌时导管下口离孔底0.3～0.5m，灌注中导管在砼内埋深控制在2m～6m范围之内；砼必须连续灌注，并设专人测量砼面深度，计算导管埋深，然后确定卸管长度，使砼经常处于流动状态；砼灌注过程中不得出现断桩、夹泥、密实性差的现象。

4.2 预注浆
考虑地层为沙卵层，预注浆施工采用钢插管。

由于宣武门车站底纵梁以及部分横向联系梁已经施工完成，受其影响，注浆施工分为成型结构以外部分的钢插管采用婵2热轧钢管，一端做成尖形，另一端焊上铁箍。

在距离铁箍0.5～1.0m处开始钻孔，钻孔沿管壁间隔0.2mm，呈梅花型布设，孔位互成900，孔径6～8mm。

一般情况下钢插管按照梅花型布置，孔中心间距1.0m，钢插管深度不小于3.3m。

在纵梁两侧布置斜孔，斜孔的下倾角为650～750；待中问部位注浆完毕后，在底板下拉槽或成洞，侧壁布置3排注浆斜孔并注浆，纵向间距为1.0m，梅花型布置。

注浆采用普通水泥单液浆，原材料为普通硅酸盐水泥和少量减水剂。

水泥浆水
灰比为0.45，内掺5％xPM微膨胀剂和3.5％减水剂。

垂直注浆孔均采取梅花型布置，先施工最外侧两排孔，形成止浆帷幕，再进行中问注浆，跳孔施作。

为保证所有成型结构底部的注浆效果，在垂直注浆孔施工完成浆液固结后，再进行分块中的土方开挖，深度至边桩下纵梁底部标高。

一方面满足注浆后的土体在开挖时具有垂直自稳能力；另一方面为打斜孔注浆提供了作业空问(钻孔角度可在90。

范围内进行调整，满足斜向加固要求)。

注浆前按照每个注浆孔1.0m的间距预先计算好小导管的角度和水平位置，然后再进行注浆。

为了保证后续基槽和梁底导洞土方开挖时的安全，在基槽和导洞初支外轮廓线以外0.3 m处纵向打设两排间距0．5m、梅花型布置的加密钢插管(基槽处为竖向布置，导洞处斜向布置)。

其作用除对基槽和导洞两侧土体加强注浆加固外，还起到了管棚支护土体的作用。

采用一次低压注浆，定量、定压控制。

注浆压力0.5～0.8MPa。

按式Q=NK扎计算确定。

其中Q为注浆量(m。

)；N为注浆管总根数；V为单根管加固土体体积(m3)；N为地层孔隙垂直注浆和成型结构底部的倾斜注浆两种(图2)。

率，一般取0.6；a为地层填充系数，一般取0.8，6为浆液消耗系数，一般取1.1。

在注浆前，需对所需的人工、机械和材料进行筹备，并对相关人员进行专业培训；测放施工控制点；预留现场材料运输和作业人员便道。

根据现场情况调查，结合加固范围及注浆扩散半径布置注浆孔位。

采用高压风管进行吹孔。

按照设计标注的孔位，采用Φ32的高压风管，吹孔位置偏差控制在10cm内；孔深达到设计深度后，立即插入小导管，即可开始注浆。

制浆材料称量误差应小于5％。

水泥等固相材料宜采用重量称量法，浆液必须搅拌均匀并测定浆液密度。

拌制水泥浆液加入减水剂和采用高速搅拌机。

水泥浆液自制备至用完的时问宜小于2h。

注浆之前，清理注浆孔，安装好注浆管，保证其畅通；
注浆连续作业，不得任意停泵，以防浆液沉淀，堵塞管路，影响注浆效果；注浆时，严格控制注浆压力，以防大量跑浆。

如发现冒浆、漏浆，根据具体情况采用嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、间歇灌浆等进行处理；当注浆压力稳定上升，达到设计压力并持续稳定3分钟，不进浆或当注入率不大于0.4L·min一时，即可停止注浆，进行封孔作业；停浆后，立即关闭孔口阀门，然后拆除和清洗管路，待浆液初凝后，再拆卸注浆管；为了确实地获取注入浆液质量和数量，必须保管好测量数据等，可据注浆情况，及时跟踪、变更参数。

泵性能与浆液类型、浓度相适应，容许工作压力大于最大灌浆压力的1.5倍，并有足够的排浆量和稳定的工作性能。

4.3 筏式基础
筏式基础座在板凳桩上承受盾构影响范围内车站结构重量，需提前进行拉槽和导洞施工，为保证无水开挖，采取地面管井降水+洞内大口集水井明排降水与止水帷幕相配合的方案确保地下水位在结构底板以下3.0m。

在车站底板以下开挖沟槽，并且在梁底施工矩形导洞完毕，在内施工筏式基础，为了其与既有车站结构的连接，在边桩底纵梁上采用植筋连接。

(1)降止水：沟槽开挖前，拟在需开挖沟槽以外两侧打设双排密布注浆管(Φ,42、t=5mm、L=5m@500mm)、沟槽内打设梅花型疏布注浆管(Φ42、f=5mm、
L=4m@500mm)预先对沟槽周围及其底部土体进行水泥一水玻璃双液浆加固，以形成止水帷幕；沟槽开挖时，首先在沟槽内部开挖集水井进行抽水降水，待疏干槽内地
下水后再大面积开挖沟槽。

密布注浆管全长范围内钻孔，疏布注浆管只在底部1 m 范围内钻孔。

孔距0.2m，孔径5mm。

水泥一水玻璃浆液配比l：1(体积比)，水泥浆水灰比为1：1(质量比)，水玻璃稀释后为20Be。

(2)开挖沟槽、导洞：首先对已经成型的底板初支采用风镐破除，导洞按照浅埋暗挖法施工，采用人工开挖土方，4542锚管+格栅、挂网喷射c25砼；施工完成后及时处理找平；导洞格栅与既有结构初支焊接成整体，同时注意保护已经完成的底板防水板。

为保证安全，基槽土方分层开挖。

(3)筏式基础钢筋砼：钢筋用切断机切断，所有弯钩用弯曲机成型，钢筋的弯制和末端弯钩均严格按设计和规范加工；绑扎完毕，调整主筋、架立筋间距，使间距符合设计要求；受力筋应按照1.0×1.0m问距梅花型布置垫块(或塑料卡)，主筋间距可通过架设马镫控制。

为了保证筏式基础和车站结构形成整体，在筏式基础和车站边桩底纵梁间添加了d525锚固钢筋，问距110×110mm植筋。

采用电钻钻孔，用软毛刷清孔，植筋胶植筋。

采用泵送商品砼进行浇注，输送泵设置在地面，通过管道输送到浇注作业面。

实验人员随时对砼进行抽查，发现质量问题采取补救措施及时处理，严禁不合格砼进入施工现场；采用插入振捣器捣实砼，振捣延续时问，将砼捣实至表面呈现浮浆不再沉落为止；且移动间距不大于作用半径1．5倍；插入振捣器尽量避免碰撞钢筋，更不得放在钢筋上，振捣棒头开始转动后方可插入，完后徐徐提出，不能过快或停转后再拔出来；振捣时应均匀，避免因漏捣形成蜂窝、麻面和骨料分布不均等情况，影响砼强度；在灌注后12h内，及时采用洒水或蓄水对砼进行养护，不少于14d。

4.4 型钢支托
在车站的中板以下边墙纵向施工缝和边桩下底纵梁之间安装工钢支托。

采用两根。

122a工钢并焊在一起，工钢长6.9m，纵向间距2.5m，在结构变化断面或拐角处适当加密。

在盾构施工前，在K7+809～K7+822段增加支撑，形成双排122a@1．25m。

在工钢下端设置10inm厚A3钢板脚板，并且与型钢焊接牢固；上端设置A3钢板楔子，保证与砼面的密贴。

安装时用碗扣脚手架搭设作业平台，采用手动葫芦吊起型钢，而后进行固定安装。

同时采用钢筋把型钢和预留钢筋连接成整体，防止出现倾倒危险。

5 结束语
考虑单液水泥浆结石率低，难以达到预期注浆效果，采用单液水泥浆内掺5％xPM微膨胀剂+3.5％F1)N减水剂，确保注浆效果；注浆使用挤压式注浆泵以回避压力过大波动对拟加固介质的潜在不利影响。

筏式基础底槽及两侧钢插管注浆孔加密，使其不但作为注浆管使用，同时也起到了小管棚支护土体、防止土体坍塌的作用。

板凳桩、筏式基础、预注浆技术分别作为地基加固及基础处理的常见形式之一，本文涉及工点分别考虑其优点，综合运用于地铁的地基处理，从理论可行、安全，现正进行加固的施工，2007年9月直径线盾构通过时可揭露加固效果，为今后地下空间开发拓宽了一些手段，为以后类似工程提供参考及延伸视角。