旋挖灌注桩在地铁工程中的应用

陈 亮 马 洁

(1.石家庄铁道大学四方学院，河北 石家庄 050043;2.石家庄铁道大学机械工程学院，河北 石家庄 050043)

0 引言

旋挖灌注桩是采用较为先进的具有自动化操作技术的钻孔设备，快速旋挖成孔，迅速灌注水下混凝土，成桩质量好的一种桩基施工工艺。这种施工工艺具有成孔速度快、成桩质量优良、施工噪声小、环境污染少、施工工期短等特点。随着文明施工、环境保护、城市综合治理等对工程施工要求的不断提高，这种施工工艺在现代化城市建设中，尤其是在大中城市主城区地铁工程建设中，具有很广阔的应用前景。

1 地铁工程实例及旋挖施工方案的确定

1.1 工程实例

正在修建的成都地铁四号线某明挖车站位于成都市西三环内清江西路下方，车站基本呈东西方向布置，车站总长227.8 m，标准段宽18.7 m，基坑深17.0 m～19.7 m，车站东端设计有停车线(长222.8 m，基坑宽9.8 m，基坑深 15.4 m ～16.5 m)，西端盾构吊出，东端盾构始发。车站主体结构采用明挖顺作法施工，围护桩采用φ1200@2400钢筋混凝土灌注桩+钢管内支撑，4个盾构区间洞门处为φ1500@1800玻璃纤维筋桩，桩间采用C20钢筋网喷射混凝土(钢筋网采用横向Φ8，纵向Φ10，间距150 mm，混凝土喷射厚度150 mm)。车站围护桩桩长20.5 m～23.2 m，停车线围护桩桩长18.9 m～20.0 m，桩身为C30水下混凝土，桩端嵌入底板以下密实砂卵石地层3.5 m。设计要求灌注桩施工误差在满足JGJ 94-94建筑桩基技术规范标准的前提下，桩体不得侵入基坑内车站主体结构，桩位中心线应适当外放，桩位中心线偏差不大于50 mm，桩体垂直度小于1%。

该站地质条件:由上自下为人工杂填土层、粉质粘土、粉土、松散砂卵石、稍密砂卵石、中密砂卵石、密实砂卵石地层，底板位于密实砂卵石地层。

1.2 方案确定

该站位于成都市西三环内主城区，周边建筑物较多，车站南面紧邻居民群楼，周边环境对地铁文明施工、施工噪声控制、城市环境保护等均提出了较高要求。为满足盾构始发关键工期的要求，该站主体围护结构于2012年2月29日开工，410条桩基需于2012年4月29日完成，施工工期仅2个月。在研究、制定围护桩施工方案时，综合考虑工程周边环境、建设工期等要求，排除了施工技术相对落后、施工工期较长、施工噪声较大、泥浆排放量较多的冲击成孔施工方案，采用旋挖成孔施工工艺。为加快该站围护结构施工进度，确保围护结构如期完工，在工程实施中配备了4台徐工XR280型旋挖钻机(最大成孔深度73 mm，扭矩280 kN·m)用于该站围护结构施工。

2 工艺流程及施工技术措施

2.1 工艺流程

进行该站围护结构施工时，对清江西路实施全封闭打围(施工场地外南北两侧留有人行通道)，对车站中部横跨基坑的蜀金路实施两期交通疏解。一期打围时在右线东端盾构始发井上方修建交通疏解便道，二期打围时在蜀金路跨停车线位置修建钢便桥，分期对蜀金路交通进行疏解。一、二期打围时均分两个工区进行施工，西工区为车站部分，东工区为停车线部分，每个工区各配备2台旋挖机。车站工区钢筋加工场布置在西侧，场地内施工通道位于围护结构南北两侧;停车线位于车站东端左线，钢筋加工场布置在围护结构南侧，场地内北侧留有施工通道。图1为二期施工场地围蔽情况，交通疏解便桥为单层六四式铁路军用梁钢便桥(桥宽18.0 m，全长12.4 m，双向四车道)，钢便桥的架设是在该处围护桩完成后进行;一期围蔽时疏解便道(钢便桥西侧)的围护桩待钢便桥开通后，由车站工区负责旋挖施工。在旋挖成孔施工过程中，根据成都地区砂卵石地层含泥量较大的特点，采取了清水成孔工艺，主要工艺流程如图2所示。

2.2 施工技术措施[1-4]

在施工过程中，主要采取了如下技术措施:

1)平整场地:征地拆迁完毕，按市政施工要求立即围蔽场地，做好“三通一平”工作，对主体围护结构外边线0.5 m以外的场地及时进行了硬化处理，对钢筋加工、钢筋笼堆放、料场、施工通道等进行了合理布置。在进出施工场地大门口内，修建自动化冲洗设备，进出车辆按要求冲洗干净。

2)施工测量及桩孔定位。

a.业主组织交接桩后，应及时进行复测和施工导线点、水准点的加密测量，设置好加密点，为施工测量以及施工放样做好准备工作。

b.围护结构施工蓝图审定后，按照施工设计图给出的围护结构控制点的坐标，利用施工测量加密点准确测设围护结构控制点(结构阴、阳角桩位控制点)，测设围护结构控制点时桩位外放量按10 cm考虑。

c.控制点测设完毕，用挖掘机对排桩实施开槽(开槽宽度W=桩径 +2×0.3 m，深度H≈0.5 m，长度L≈50 m，开槽用途:灌注桩身混凝土时，对桩孔溢出的泥浆进行处理，以便提高场地内文明施工管理水平)。开槽完毕，随即进行桩孔定位放样。

3)埋设护筒。

a.桩孔定位放样后即进行埋设护筒，本工程地面为杂填土，护筒埋设深度按2.5 m考虑，护筒顶高出槽底30 cm。护筒安放好后，在护筒顶挂十字线，十字线中心与桩中心重合以后固定护筒(用粘土在护筒四周夯填密实)。同时测量护筒顶标高，计算钻孔深度。

b.护筒埋设好后，随即应进行旋挖成孔施工。根据成都地区砂卵石土层粘土含量比较高的特点，旋挖施工采用清水成孔工艺，旋挖成孔时不单独制备泥浆，而是利用筒式旋挖钻斗循环钻进在孔内自造泥浆对孔壁实施必要的防护。通过试桩施工可以发现，此种工艺比较适合粘土含量较高的成都地区砂卵石地质条件。但在循环钻进过程中，操作手必须注意掌握好旋挖操作技巧，钻筒下压钻进、钻斗土满提升钻筒时，操作应匀速、平稳，使钻筒与孔壁始终保持良好、稳定、顺滑的接触，最大限度地保证孔壁的稳定性。钻筒下压和提升时切忌过快、过猛，应匀速旋转下压或提升。

4)循环旋挖成孔基本方法。考虑成孔安全，一般地段采用隔一跳挖的方法进行，在相邻桩身混凝土达到70%强度后旋挖成孔;在距建筑物较近处，为确保建筑物安全，采用隔三跳挖的方法进行。为提高场地内的文明施工水平，旋挖成孔施工时，每台旋挖机配备了1台小型挖掘机对渣土进行集中处理，每日夜间及时将渣土外运。渣土车按成都市有关部门的要求封盖严密，出场时用高压自动冲洗设备冲洗干净，较好地满足了现场文明施工及市政综合治理的要求。

5)旋挖成孔深度满足设计要求时，在施工自检合格的基础上，报经监理工程师检查验收，然后及时安装钢筋笼、下导管、安装混凝土料斗，安装钢筋笼。

6)钢筋笼加工、安装。

a.桩纵向主筋按设计5d搭接长度要求焊接牢固;

b.定位加劲筋采用φ20螺纹钢，间距2000 mm，与纵筋全部焊接;

c.箍筋与纵筋交接处全部焊接牢固，钢筋笼外焊接耳筋以保证保护层的厚度;

d.钢筋笼焊接好以后，及时按设计要求预埋桩基测斜管，测斜管牢固固定在钢筋笼上。安装测斜管时注意解决好了4个方面问题:一是确保了测斜管安装的顺直性，未出现弯曲现象;二是绑扎十分牢固，浇筑混凝土时未出现滑落、松动问题;三是测斜管安装的外露长度高出地面，开挖土方时进行了妥善保护，施作冠梁后进行了必要处理，满足了测斜的需要;四是安装测斜管时，将管的两端封堵严密，避免混凝土或杂物堵塞管道，保证了测斜管的正常使用;

e.灌注混凝土时为有效地防止钢筋笼的上浮，钢筋笼顶部采取了压固限位措施。

7)注意加强商品混凝土进场质量的检查与验收。每车需检查和易性，测试坍落度，制作混凝土试件，供货无异常情况时判定混凝土质量合格，允许浇筑水下混凝土。

8)浇筑水下混凝土之前检查沉渣厚度。从本工程的检查情况看，沉渣厚度控制在80 mm～100 mm之间，较好地满足了设计要求和成桩质量。

9)由于旋挖成孔功效很高，每天需成批浇筑桩基混凝土，混凝土需求量很大，因此供货的及时性与连续性尤为重要。为确保桩基混凝土浇筑施工顺利进行，工地上每天指派专人负责商品混凝土的联系与协调工作，较好地保证了批量浇筑桩基混凝土的需要。

3 应用效果

从本工程的实施情况来看，旋挖灌注桩取得了如下的应用效果:

1)旋挖灌注桩在本工程中的应用，所取得的最显著的效果是极大地提高了施工工效，缓解了征地拆迁、管线迁改滞后情况下的巨大的工期压力。本工程的应用实践证明，在成都砂卵石地层旋挖成孔，最大进尺可达7 m/h，平均进尺可达5 m/h左右，20 m～23 m的桩基单机日成孔数可达5条以上，其工效为普通冲击钻机的20倍～25倍之多。本工程施工过程中，尽管先后两次倒边施工对蜀金路的交通进行了疏解，架设了钢便桥等，但整个围护结构施工于2012年4月20日全部提前完成，从而为土方开挖提供了有利条件。

2)成桩质量优良的特点也得到了充分体现。由于旋挖成孔快、成孔质量好，成孔垂直度控制在1%之内，基本无缩径、扩孔现象，从未发生坍孔问题，从而为成桩质量提供了良好保障。成孔后及时灌注了桩身水下混凝土，并保证了灌注的连续性与稳定性，使得成桩质量非常优良。本站围护结构桩基共410条，按桩基总数10%的比例，用低应变检测了41条桩基，均为Ⅰ类桩，质量评定为优良。

3)旋挖施工噪声小不扰民，采用清水成孔工艺泥浆排放量非常少，极大地提高了文明施工的水平。整个围护结构施工期间，从未发生居民投诉和城管处罚事件，不仅工程进展十分顺利，而且创建了取信于民的安全与文明施工的标准化工地，极大地提升了地铁施工的良好形象。

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