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摘要：桩基础是目前工程中应用范围非常广泛的基础形式，在施工过程中对地质条件比较敏感，在一些地质条件比较复杂的情况下，往往需要采取不同的应对措施，本文依托工程实际，对比两种不同的桩基形式在需穿越废弃隧道时的处理方法，为类似地质情况的桩基施工提供借鉴和参考。

关键词：桩基 废弃隧道 穿越 窜孔施工。

1  引言

桩基础是一种承载能力高、适用范围广、历史悠久的基础形式。在实际施工过程中往往会遇到各种各样的地质情况，本文以超高层住宅桩基穿越废弃隧道为背景，通过对比人工挖孔桩和旋挖钻孔灌注桩两种不同的施工工艺，阐述了施工过程中遇到的桩位密集、窜孔、塌孔等一系列问题及应对方法。

2  工程背景

某小区由8栋高层住宅、2栋超高层住宅及配套地下车库和附属商业组成，其中超高层住宅为1#楼、2#楼。两栋超高层均为地下2层，地上49层，建筑高度149.8m，建筑面积38381.23㎡;1#楼设计为人工挖孔桩基础，共计91根;2#楼设计为旋挖钻孔灌注桩基础，共计99根。此项目紧邻城市轨道交通线，场地下有四条为修建轻轨隧道而建的临时施工通道，现已废弃封闭。对地勘资料及收集到的原隧道施工遗留数据进行分析，1#楼有27根桩基与原废弃隧道平面位置重合，2#楼有28根桩基与原废弃隧道平面位置重合，根据设计验算，超高层住宅与原废弃隧道平面位置重合桩基需穿越废弃隧道进行嵌岩才能满足结构安全需要。

3  废弃隧道情况

因隧道入口已封闭，废弃隧道外壁边线及通道内填充情况不明，为保证施工安全与优化施工方案。建设单位于场平完成基础施工之前，委托地勘单位针对废弃隧道进行了超前钻以探明废弃隧道情况。

根据超前钻结果显示隧道平面位置与地勘资料显示的位置基本吻合，其中1#施工通道宽8m，隧道顶距场平标高18.6m～19.3m，隧道高约9m; 2#施工通道宽8m，隧道顶距场平标高17.2m～18.4m，隧道高约7m; 场地1#、2#施工通道均已处于封填状态，回填料为建筑弃渣及砂岩、泥岩、粘性土等组成的杂填土，处于松散状态，呈杂色，碎石含量约30～55%，填土内部存在空隙，但2#施工通道顶部1.5m高范围存在回填空洞，施工前应进行回填处理;施工通道顶混凝土支护措施为钢筋格栅拱架。

4  工程重难点

根据地勘报告及超前钻资料推算，1#楼废弃隧道平面内桩基施工桩长在31.6m～31.8m之间，2#楼废弃隧道平面内桩基施工桩长在27.7m～30.5m之间。分析此工程桩基穿越废弃隧道施工的的重难点在以下几个方面：

1）1#楼为人工挖孔桩基础，桩身最长超过30m，安全风险较大;特别是1#楼场地下废弃隧道内为满填不密实杂填土，施工隧道内部分人工挖孔桩护壁容易下坠从而发生垮塌造成作业人员伤亡。

2）2#楼为旋挖灌注桩基础，隧道内部存在回填空洞与喀斯特地貌中出现的溶洞极为相似，但相比于喀斯特地貌，由于隧道结构的特点，在钻进过程中会遇到混凝土及钢筋，且隧道下方砂岩层强度极高，钻进难度大，易发生偏钻，很大程度上影响了成孔效率和质量。空洞下回填土填充不密实，在钻进过程中易出现塌孔，甚至二次塌孔现象，需反复回填处理，钻进难度大。

3）桩成孔后由于施工扰动，隧道内回填土发生沉降，会导致桩身在隧道内存在缝隙，混凝土浇筑时若发生穿孔现象，影响桩成型质量。

4）废弃隧道穿越1#楼、2#楼中部，为超高层核心筒区域，桩位密集，桩中心距最近的仅为1.7m，施工时应采取跳挖的方式，如何以最短的工期施工完这些桩，对于现场的施工组织也是一大难点。

5  穿越隧道的施工处理方法

根据本工程特点，结合喀斯特地貌地区桩基础穿越溶洞的类似施工经验，针对施工的桩基需要穿越废弃隧道这一难题，我方施工过程中主要采取了以下施工技术措施：

5.1安全管理

1#楼人工挖孔桩施工过程中，配备足够的专职安全管理人员进行旁站，对操作工人“安全三宝”和防坠器的佩戴情况进行监督;逐一检查整改提升架体搭设，直至满足相关要求;孔深超过5m后，孔内及时通风，作业前进行毒气检测;结合地勘资料及安全专项方案对工人和管理人员进行详细的安全技术交底。

5.2施工组织

桩基采用跳挖施工，相邻两根桩开挖间距不得小于2倍桩径且不得小于2.5m，提前规划好开挖顺序及土方堆运场地，根据每次可同时开挖桩数统筹安排足够人员和机械提前到场。人工挖孔桩每次提升土石方时，人员不得在井下;塔吊或吊车装运土方时，需由专人调度;土方堆场要及时外运。

5.3护壁加强

针对1#楼场地下废弃隧道内为满填不密实杂填土，隧道内部分人工挖孔桩护壁易下坠发生垮塌的问题，对护壁采取加强措施：一是增大此段护壁厚度加密护壁钢筋，将原设计为100mm厚Φ8@200护壁改为150mm厚Φ8@150;二是施工隧道顶部护壁时采用植筋方式，将最上面一段护壁与隧道结构相连;三是减少每一循环开挖进尺深度，由正常1m/模缩短为0.5m/模，减少挖层孔壁暴露时间。

5.4空洞回填

2#楼下废弃隧道存在1.5m高空洞未回填密实，对于隧道内空洞采用C20混凝土分段填充，既每根桩打穿隧道后，采用塌落度80mm～100mm的混凝土从桩口自卸回填，直至混凝土回填至隧道拱顶以上0.3m～0.5m（预留下部回填土沉降量），待回填砼终凝后再进行钻孔，钻孔过程中密切关注回填区域孔桩的垂直度，若发生孔位偏移及时调整修正。

5.5塌孔处理

在2#楼桩基穿越废弃隧道的施工过程中，有个别桩在隧道内杂填土段钻进时发生塌方无法成孔的问题。此时需用旋挖机将塌孔周围的填充材料全部清出，直至到隧道底。然后用C20混凝土将隧道深度范围内重新回填，待混凝土终凝后再继续钻进，回填时混凝土应高于隧道上口，避免回填不到位，浇筑混凝土时发生漏浆穿孔现象。所有回填处理后再进行后续钻进时，一定要特别注意再次钻进时间，如果过早，混凝土还没有初凝，随着钻进混凝土会跟随流动，很大可能会再次塌孔;如果过晚，混凝土强度太高，影响钻进效率，耽误工期。

5.6窜孔处理

在1#楼67#桩浇筑过程中，发生混凝土窜孔至79#桩，我方立刻停止浇筑67#桩，转而对79#桩进行浇筑，但在79#桩浇筑过程中，混凝土又流窜至77#桩，根据现场混凝土供应能力，无法满足同时浇筑3根桩，我方选择了交替浇筑77#楼和67#桩，两根桩浇筑完毕后再浇筑79#桩。几天后对此三根桩进行完整性检测，79#楼桩在隧道范围内存在混凝土离析断层现象，判定此桩为IV类桩，与设计沟通后在北侧进行了补桩、增设承台梁处理。

6  窜孔原因分析

6.1人工挖孔桩浇筑过程中护壁的受力分析

在灌注混凝土过程中，护壁外侧受到静止土压力的作用，内侧受到混凝土压力作用，忽略混凝土浇筑过程中的冲击力，取地面线深度z处的水平面进行分析，其力学模型可简化为外壁四周都承受均匀压力的圆环。

对本例中窜孔的1-67号人工挖孔桩护壁采用ansysworkbanch进行计算分析，孔径为1.2m，护壁厚度取最小厚度0.15m，护壁高9m。因本工程护壁设置与废弃隧道内，混凝土压力的计算深度从地面开始计算，静止土压力计算深度从隧道顶开始计算。

从等效应力分析云图看出，护壁所受最大应力出现在护壁中上部，最大值为3.7Mpa小于C30混凝土的轴心抗压强度（14.3N/mm²），护壁的设置是合理的。

从总变形分析云图可以看出，人工挖孔桩浇筑过程中隧道内护壁变形呈现“中间小，两头大”的形式，其中总变形最大处位于护壁顶部，这与1-67号桩在浇筑过程中穿孔的位置一致。说明了计算结果是可信的。

6.2人工挖孔桩浇筑过程中窜孔分析

人工挖孔桩灌注期间，桩之间发生窜孔主要经历灌注桩护壁破坏、桩间土压缩变形，邻近空桩混凝土护壁脱节等3个阶段。

灌注桩破坏是发生窜孔现象的前提。混凝土护壁一般较薄，浇筑质量较难保证。受随深度线性增大的流动混凝土压力作用时，护壁较容易受拉破坏。护壁破坏后，桩间土会产生较大的压缩变形，同时，邻桩护壁所受压力也随桩间土压缩变形量增大而增大。邻桩护壁在桩间土一侧的压力大于另外一侧压力，所受压力不均匀。此时，混凝土护壁将向桩间土另一侧同时发生位移，导致护壁脱节，桩间土很快滑入孔内，窜孔通道形成并扩大，窜孔现象由此发生。

具体在本例中，隧道内为回填土，下部较密实但上部较松散。在隧道底部混凝土对护壁的压力更大，但护壁周围较密实土体可起到保护作用。而窜孔的部位发生在隧道顶部，分析原因主要是以下几方面造成：一是护壁施工质量不佳;二是隧道顶部回填不密实，土体中存在较大贯通空隙;三是桩身较长但跳挖间距不足。

在后期的施工中，我方将人工挖孔桩跳挖间距调整为5倍桩径且不小于6m，顺利完成了剩余1#楼穿废弃隧道桩基施工。

7  施工效果评价

由于场地限制以及跳挖施工等影响，1#楼人工挖孔桩基础施工周期约8个月;2#楼旋挖灌注桩基础施工周期约4个月，整个基础施工周期内均未出现安全事故。1#楼穿越废弃隧道27根桩（不包含79#废桩）经过桩身完整性检测，均为Ⅰ类桩;2#楼穿越废弃隧道28根桩经过桩身完整性检测，两根为Ⅱ类桩，其余均为Ⅰ类桩。经过对穿越废弃隧道桩基施工经济分析，1#楼27根人工挖孔桩造价约为133万元，其中包含废桩损失约4万元;2#楼28根旋挖灌注桩造价约为118万元，其中包括隧道空洞及塌孔回填处理及二次成孔费用16万元。

通过对1#楼、2#楼相似的工况不用的桩基施工方法的效果对比分析，在处理类似情况时，人工挖孔桩质量较旋挖灌注桩更好控制，桩成型效果更好。但从安全、进度、经济方面来看，旋挖灌注桩较人工挖孔桩更具优势。旋挖桩在处理隧道内杂填土时，除了本工程中使用的回填法，亦可以使用钢护筒法。埋设钢护筒相比于混凝土回填，在质量控制以及加快施工进度更具有优势，但钢护筒无法拔出，在造价上不如回填处理经济。

8  结束语

本文针对桩基础施工穿越废弃隧道这一特殊工况，借鉴喀斯特地貌地区处理溶洞问题经验，结合工程实例以及现场实际施工出现的问题，提出了桩基础施工穿越废弃隧道的处理办法。通过对比分析人工挖孔桩和旋挖钻孔灌注桩两种工法在处理类似问题的施工效果，得出如下经验：

1）分析人工挖孔桩在浇筑过程中窜孔原因，在施工时应根据施工桩长及地质情况适当调整跳挖间距，不可根据规范规定一概而论;

2）人工挖孔桩在施工质量控制及成型效果要优于旋挖钻孔灌注桩，但综合考虑，旋挖钻孔灌注桩是更理想的施工方法;

3）人工挖孔桩在处理类似问题时安全问题为重中之重，应采取相应措施来确保施工安全;旋挖钻孔灌注桩在处理类似问题时塌孔处理最为关键，施工前应针对可能出现的情况制定详细的应对措施。

4）由于不同地区地质条件不同，有时在得到详细的地勘报告后，也无法准确的判断地下的地质情况，因此，在桩基础施工过程中，根据现场实际情况所面临的的不同问题，采取相应合适的处理措施，才能更好的保证工程效益。

参考文献

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