中铁九局集团第六工程有限公司 沈阳市沈河区 110013
摘要：为评价新建线车站场地地基加固成桩过程对邻近土体的扰动影响，开展全套管全回转钻孔灌注桩成桩过程对邻近区域土体影响的现场试桩监测试验，探讨钻孔灌注桩成桩工艺对邻近区域土体的扰动影响程度，通过埋设监测元件获得加固区邻近区域土体的变形分布与发展规律，分析了全套管全回转钻孔灌注桩挤土效应的效果，进一步为新建线路场地地基加固的方案设计与施工提供指导。
关键词：钻孔灌注桩；施工；挤土；现场监测；位移
1 引言
新建鲁南高铁曲阜东站场地地基加固过程中，不同桩型、成桩工艺、施工组织方案等都会对邻近京沪高铁地基位移场与应力场带来不同程度影响，如果桩型、施工工艺、施工组织与防范措施不当，将引起既有运营线路基的不均匀沉降与水平位移超限，影响京沪高铁的运营品质甚至运营安全[1-3]。因此有必要开展地基加固施工过程中对周围土体的影响规律进行深入探讨，为类似工程的施工提供参考。
2 现场监测方案
2.1 试验区规划
曲阜东站试桩试验区场地位置如图1所示。
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图1 曲阜东站试桩试验区平面位置示意图
2.2 施工设备
采用全套管全回转钻机（XRT2000）配合神钢7080GS履带吊等器械进行钻孔灌注桩的施工。全套管全回转钻机（XRT2000）现场工作如下图2所示：
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（a）下套管及套管连接 （b）抓斗取土 （c）套管拔出
图2 全套管全回转钻机（XRT2000）现场工作
全套管全回转钻机（XRT2000）工作主要计算参数如表1所示：
表1 全套管全回转钻机（XRT2000）主要技术参数
全套管全回转钻孔灌注桩的施工，套管拉拔、抓斗取土、钢筋笼吊装等施工步骤主要依靠神钢7080GS履带吊机实现。
全套管全回转钻机基本施工步骤主要有四个[4]：第一步，安放全套管全回转钻机（XRT2000），插入全套管；第二步，通过液压装置，使套管边旋转边下压，达到钻孔目的；第三步，利用吊机吊起抓斗对套管内部土体进行冲抓取土；第四步，利用吊机安放钢筋笼，然后边浇筑边拔套管。
2.3 监测方案
1、监测内容与方法
通过现场试桩试验，针对位移、孔隙水压力、水位分别采用不同的监测元件与仪器设备，建立自动化监测数据采集系统进行实时监测，获得钻孔灌注桩地基加固措施施工工艺及施工过程对邻近土体的位移的影响规律[5-6]。
各监测项目所用监测仪器详述如下：
（1）地表水平及竖向位移监测：采用超高精度全自动测量机器人配合地表固定棱镜，测量地表的水平及竖向位移，获取成桩过程中邻近区域地表水平及竖向位移发展规律；
（2）深层水平位移监测：采用全向水平位移传感器和阵列式柔性测斜仪，测量地表和深层土体水平位移，获取成桩过程中邻近土体水平位移沿土体深度的分布及变化规律；
（3）孔隙水压力监测：通过孔隙水压力计监测获取成桩过程引起的孔压变化及消散时间；
（4）为获得试验区地下水位的变化，采用水位计测量成桩过程地下水位的变化。
（5）观测频率：依照现场实际情况，实际布设6个基准点，基准点标石埋深1.5m。各测试项目均采用自动化监测系统，元件布设完成后位移、水压力及水位自动采集、传输设备进行实时量测。本次试验设定仪器监测频率为：地表位移监测频率15min/次。
2、全套管钻孔灌注桩桩位布置
在试验I区进行3根全套管全回转液压抓斗取土钻孔灌注桩试桩试验，全套管钻孔灌注桩桩径1.2m，桩间距4.0m，布置于5排微型桩之后，与微型桩间距2m，具体桩位布置如图3所示：
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图3 全套管钻孔灌注桩桩位布置图
3 监测结果分析
3.1 地表水平及竖向位移分析
（1）地表横向水平位移
I区全套管全回转钻孔灌注桩成桩施工，自2018年6月24日开始，7月7日完成，共成桩3根，往线路的小里程方向对三根桩进行编号：1#、2#及3#，桩长30m。本区测试断面八个测点累计横向水平位移随成桩进度的发展如图4所示：
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图4 试验I区地表横向水平位移随成桩进度的变化
由测试数据可见，试验I区由全套管全回转钻孔灌注桩成桩引起的地表横向位移在各测点都很小，横向水平位移最大值为-0.7mm（负号代表指向试验区方向，下同），整个钻孔灌注桩成桩过程，地表水平位移出现微小波动。在距离试验区11.3m、16.3m模拟高铁场帮填京沪Ⅱ、I股道测点S-1-4、S-1-5引起最大横向水平位移为-0.7mm、-0.6mm，在距离试验区20m、35.5m模拟鲁南场填筑京沪5、I股道测点S-1-6、S-1-7引起最大横向水平位移为-0.2mm、0.2mm，以上4模拟测点位移都在测量精度范围内[7-8]。
（2）地表纵向水平位移
本区测试断面八个测点累计纵向水平位移随成桩进度的发展如图5所示：
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图5 试验I区地表纵向水平位移随成桩进度的变化
由测试数据可见，试验I区在钻孔灌注桩成桩过程引起地表纵向位移很小，最大值约为-0.4mm。在距离试验区11.3m、16.3m模拟高铁场帮填京沪Ⅱ、I股道测点S-1-4、S-1-5引起最大纵向水平位移为-0.3mm、-0.3mm，在距离试验区20m、35.5m模拟鲁南场填筑京沪5、I股道测点S-1-6、S-1-7引起最大纵向水平位移为-0.2mm、-0.2mm。以上4模拟测点测得位移值基本在仪器测量精度以内。
（3）地表竖向位移
本区测试断面八个测点地表竖向位移随成桩进度的发展如图6所示：
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图6 试验I区地表竖向位移随成桩进度的变化
由测试数据可见，试验I区3根钻孔灌注桩施工引起地表隆起位移较小，且随着成桩数量的增加，地表累积隆起位移有一定增加。最大隆起位移为距离试验区边界1m测点S-1-1处的0.9mm。距离试验区11.3m、16.3m模拟高铁场帮填京沪Ⅱ、I股道测点S-1-4、S-1-5测得地表最大隆起位移分别为0.4mm、0.4mm；距离试验区20m、35.5m模拟鲁南场填筑京沪5、I股道测点S-1-6、S-1-7地表隆起最大值约为0.3mm、0.2mm。以上4模拟测点地表隆起位移都在仪器测量精度以内。
3.2 深层土体位移分析
下面给出距离试验I区边界1m处深层水平位移测点D-1-1，地表以下0m~30m范围内水平位移随钻孔灌注桩成桩进度发展如图7所示：
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图7 试验I区1m处深层水平位移发展
由测试数据可见，试验I区边界1m处测点D-1-1由3根钻孔灌注桩压桩产生的横向和纵向水平位移都很小，进行第二根成桩施工引起的位移增量明显大于第一根和第三根，其可能原因是第二根离监测断面最近。地表横向水平位移为-1.3mm（负号代表指向试验区方向，下同），在仪器测量精度1.5mm以内，深层横向水平位移随深度递减。深层纵向水平位移整体上随着成桩数量增加而增大，地表纵向位移最大值为0.2mm。
距离试验I区边界5m处深层水平位移测点D-1-2，地表以下0m~30m范围内水平位移随成桩进度的发展如图8所示：
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图8 试验I区5m处深层水平位移发展
由测试数据可见，距试验I区边界5m处测点D-1-2深层横向和纵向水平位移都很小。由上可知：3根钻孔灌注桩引起试验I区边界5m处测点D-1-2深层横向和纵向水平位移都很小，都在仪器测量精度1.5mm以内。
3.3 孔隙水压力变化分析
试验I区钻孔灌注桩施工自2018年6月24日开始，7月7日施工完毕，其孔隙水压力测点及编号与试验Ⅳ区类似，孔隙水压力随时间变化如图9所示。孔隙水压力变化最大情况如表2所示。
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图9 试验I区（钻孔灌注桩）孔隙水压力随时间变化
表2 试验I区（钻孔灌注桩）孔隙水压力变化最大值
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由孔隙水压力监测数据可以看出，试验I区在钻孔灌注桩施工期间，孔隙水压力变化最大值为4kPa，出现在距离试验I区5m、深度20.1 m处。由数据可知，I区10个孔压测点未观测到明显的超孔隙水压力，孔隙水压力在成桩期间有所下降。
4 结论
2018年3月9日至7月7日，在鲁南站场进行了钻孔灌注桩成桩过程对邻近区域土体的影响现场试验。通过对位移、水压力及地下水位的分阶段连续监测，获得主要成果如下：
（1）3根全套管钻孔灌注桩成桩过程中在距离试验区边界1m、5m、8m处测点S-1-1~S-1-3引起的地表最大横向水平位移依次为0.2mm、0.1mm、-0.3mm（负号代表指向试验区方向，下同），地表最大纵向水平位移依次为-0.1mm、-0.3mm、-0.2mm，地表隆起位移为0.8mm、0.7mm、0.6mm；在距试验区边界11.3m、16.3m、20.0m、35.5m测点S-1-4~S-1-7处引起的地表横向水平位移依次约为-0.4mm、-0.4mm、-0.1mm、0.1mm，地表纵向水平位移及地表竖向位移无明显变化。压桩对60m测点S-1-8未造成明显影响。
（2）试验I区3根全套管钻孔灌注桩成桩引起的深层土体水平位移都较小。距试验Ⅱ区边界1m处测点D-1-1地表横向水平位移最大值约为-1.3mm，深层最大横向水平位移约-1.7mm，出现在地表以下深度2m左右；地表纵向水平位移最大值为0.2mm。距试验I区边界5m处测点D-1-2地表横向水平位移最大值约为0.4mm，地表纵向水平位移最大值为0.4mm。
（3）成桩过程中，各测试断面的孔隙水压力随地下水位的下降而略有降低，且未测量到明显的超孔隙水压力。经分析，未测到超孔压的可能原因有：第一，钻孔灌注桩为取土桩，其成桩过程引起超孔隙水压力的可能性不大；第二，试桩区地下水位较低，且水位线以下为粗砂层，成桩过程引起的超孔压消散很快；第三，引孔对可能产生的超孔压有一定的释放作用。
参考文献：
[1]王基全. 群桩施工引起邻近场地扰动变形的试验研究[J]. 铁道建筑，2019，59（8）：96-102.
[2]徐建平，张春雨. 沉桩挤土效应的模型试验研究[J]. 岩土力学，2000，21（3）：235-238.
[3]黄院雄，许清侠. 饱和土中打桩引起桩周围土体的位移[J]. 工业建筑，2000，30（7）：15-19.
[4]罗战友，龚晓南，王建良，等．静压桩挤土效应数值模拟及影响因素分析[J]. 浙江大学学报（工学版），2005，39（7）：992-996．
[5]李国维，边圣川，陆晓岑，等．软基路堤拓宽静压PHC管桩挤土效应现场试验[J]．岩土力学，2013，34（4）：1089-1096．
[6]李富荣，张艳梅，王照宇. 软土中静压桩挤土效应的模型试验研究[J]. 建筑科学，2013，29（1）：52-54.
[7]左珅，徐林荣. 高速铁路建设对紧临既有线路基服役状态影响的动力测试分析与对策[J].铁道学报，2013，35（6）：82-90.
[8]王嘉勇，肖成志，何晨曦. 静压桩对邻近埋地管道性能影响的数值分析[J].西南交通大学学报，2018，53（2）：322-329.