长螺旋钻孔泵压混凝土后插钢筋笼在北京地铁施工中的应用

孔宏

摘要： 结合北京地铁7号线环球影城站主体围护结构工程实例，探讨长螺旋钻孔泵压混凝土后插钢筋笼施工工艺以及配套装置的工作原理、性能特点、适用范围和施工方法。

Abstract： Based on the example of the main envelope structure of Universal Studios Station in Beijing Metro Line 7， the construction technology of long auger drilling hole pumping concrete rear reinforcement cage and the working principle， performance characteristics， application scope and construction method of supporting device are discussed.

关键词： 长螺旋钻孔；后插钢筋笼；泵压混凝土；配套装置；施工工艺

Key words： long auger drilling hole；rear reinforcement cage；pumped concrete；supporting device；construction technology

中图分类号：U231+.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）21-0119-03

1 工程概况

北京地铁7号线环球影城站是7号线东延与八通线南延的换乘站，也是两条线路的终点站，包括1站4区间（环球影城站、站前明挖区间、站后折返区间），总长约827m。其中车站总长347.8m，为双岛型式站台，有效站台宽度为16m+16m，标准段宽61.7m，基坑深度10.42～13.2m，双层段高度14.1m，三柱四跨结构；单层段高度8.75m，单层段上部设置钢结构屋面，屋面上方分种植区域及采光区域。站后折返区间长373.2m（含区间风井），基坑深度10.42～13.2m，矩形框架断面10.9m×8.75m（宽×高）。站前明挖区间长106.85m，基坑深度10.1～12.57m，标准段矩形框架断面10.9m×8.75m。

车站及两端相接区间施工工法为明挖法，围护结构均采用“桩+锚”的结构形式，围护桩共计1383根，桩径0.6m，桩间距1.3m，桩长11.42～16.5m，车站混凝土强度等级为C35.P8，两端区间为C30。

2 水文和地质情况

2.1 水文

根据本工程所在区域地下水条件以及工程地质特性，本工程地表以下50m深度范围内地下水分为上层滞水、潜水、承压水（一）和承压水（二），详细情况如下：

2.1.1 上层滞水

水位埋深6.55～9.75m，高程10.94～13.32m，水量不大。主要赋存于④层粉质黏土层中。主要接受大气降水和自来水、雨水、污水等地下管线的垂直渗漏补给，不同地段含水层的渗透系数相差很大，补给方式和补给量悬殊较大，形成上层滞水分别不均匀，水位不连续、高低变化很大的特点。上层滞水的动态随季节、大气降水及地表水的补给变化而变化。

2.1.2 潜水

主要赋存于埋深10～18m内的⑤层砂类土层中，稳定水位埋深10.60～11.90m（高程9.27～10.21m），主要接受大气降水入渗及地下水侧向径流补给，以蒸发及地下水侧向径流、人工开采为主要排泄方式，本层水位平均年变幅约为2～3m。

2.1.3 承压水（一）

主要赋存于埋深16m～28m内的⑦层砂类土层中，含水层厚度约1～7m，测压水位高程为-0.09～-1.53m，水头高度约为1.5～1.6m。含水层上方隔水层主要为⑥层粉质黏土，因⑥层粉质黏土个别地段缺失，本层承压水局部地段与上层潜水连通。

2.1.4 承压水（二）

主要赋存于埋深20m以下的⑨层砂类土层中，测压水位高程为-3.937.56～-4.69m，水头高度约为1.6～2.7m。含水层上方隔水层主要为⑧层粉质黏土，因⑧层粉质黏土个别地段缺失，本层承压水局部地段与上层承压水连通。

本站基坑深度10.1～13.2m，主要受上层滞水（一）及潜水（二）影响，底板未进入承压水。

2.2 地质情况

本工程所在场地土层主要由人工填土、新近沉积土和第四纪冲洪积土组成。按其成因、结构特征、土性的不同和物理力学性质上的差异，可分为12大层及分属于各层的亚层，从新至老分述如下：

2.2.1 人工填土（Q4ml）

①素填土：场地内大部分地段分布，褐黄色；以黏质粉土、粉质黏土为主，夹有少量砖渣、白灰，植物根系等。

①1杂填土：局部地段缺失，杂色；稍湿，稍密；以建筑垃圾为主，局部含少量生活垃圾。

2.2.2 新近沉积土（Q4al+pl）

②黏质粉土：主要分布在萧太后河以南地段，黄褐色，稍湿，稍密，含云母，氧化铁等。

②1粉质黏土：局部地段缺失。黄褐色，稍湿，可塑，含云母、氧化铁等。

②2砂质粉土：僅个别钻孔揭露。黄褐色，稍湿，中密，含云母、氧化铁等。

一般第四纪冲洪积层（Q4al+pl），其岩性主要以黏性土、粉土及砂土交互层为主。

3 支护方案设计

本工程基坑采用“桩+锚”组合结构形式支护，桩采用？准600@1300，桩长11.42～16.5m，嵌入底板以下3.5m、4m，锚索采用一桩一锚形式，采用三道锚索（局部2道），锚索直径为150mm，？准s15.2级钢绞线。环球影城站混凝土强度等级为C35.P8、站前和站后区间为C30，灌注桩上部为钢筋混凝土冠梁和挡土墙。桩间土随基坑开挖进行网喷支护，钢筋网为？准6@150×150mm，喷射混凝土强度等级为C25。

4 围护桩后插钢筋笼施工工艺及配套装置的原理

本工程围护桩一开始考虑采用最常规的旋挖钻水下混凝土灌注施工工艺，但综合考虑诸多因素后，包括施工场所的地理位置、常规施工工艺对场区环境的影响、施工成本、施工进度等因素，发现由于施工场区地表以下只有2～4m 深度范围内是人工填土，其余下部范围内都是粘性土、粉土、砂土，并且多是粉质粘土、黏性粉土，在这种情况下，常规施工工艺无法满足施工需求，后经过考察和专家论证，最终采用了长螺旋钻孔泵压混凝土后插钢筋笼施工方法。

后插钢筋笼法是采用长螺旋钻机钻孔施工，钻至设计桩底标高处后在提钻过程中采用泵送混凝土的方式进行桩身混凝土灌注，最后采用振锤振动的方法把钢筋笼插入混凝土并达到预定位置的施工工艺。

当前社会无论是在工业建筑地基基础施工中，还是在民用建筑地基基础施工中，素混凝土桩或 CFG 桩施工都具有广泛的应用空间，其优势是超方量小、施工速度快、机械化作业程度高等，具有其它施工工艺无法企及的特点，其所成桩体为混凝土压灌素混凝土桩，不仅桩体混凝土体均匀，而且大大改善了桩体与土体之间的关系，增加了桩体的承载能力，因此，其被广泛应用在有流砂、卵砾石、地下水等复杂地层的场区中，已经成为了当前最流行的环保型施工装备，具有效率高、无泥浆污染、无噪声的特点。但需要注意的是在钢筋笼插入素混凝土桩体内过程中，由于钢筋笼自身刚度不高，在插入期间很容易导致严重的弯曲变形，影响钢筋笼的正常工作。为保证钢筋笼顺利插入混凝土中，将钢筋笼底部做成尖锥形，且在1/2位置处架设一道D20加劲箍筋。示意图如图1。

5 配套装置的特点

在工作状态下，振动管能够和钢筋笼下部机地结合为一体，钢筋笼下部施以向下的拉力，如此不仅解决了钢筋笼容易出现的弯曲变形等问题，还大大减少了笼端阻力，有益于确保整个施工项目质量。

当初灌成桩混凝土和易性较好时，可利用钢筋笼与振动管、振动桩锤三者的自重及共同振动，让钢筋笼顺利沉入到桩体指定位置，确保施工场区各参数都符合相关规范标准。

配套的吊车起吊下笼装置的使用，不仅将成孔-成桩的间歇时间缩短了，还大大提高了现有技术的成桩效率。

6 适用范围

本工程采用的配套振动装置可在市区施工，因为它不仅解决了钢筋笼无法下到底的问题，还具有噪声低的特点，是一种优越的绿色环保施工装置。其被广泛应用在有局部配筋的基础桩施工、基坑护坡桩、通长配筋的基础桩、抗拔桩等施工中，具有其它常规施工工艺无法企及的优势，未来其应用范围必将更加宽广。

7 施工方法

在长螺旋钻具等配套设施连贯完成并形成素混凝土桩后，先将长螺旋钻具迅速移离孔口，然后快速将孔口杂土清理干净，再利用专门的吊车起吊偏心振动锤，将大刚度振动管连同钢筋笼一起置于初成的素混凝土桩孔内，利用自重下去后，打开偏心振动锤，利用大刚度芯管的下端管口对钢筋笼下部钢筋钩的振动下拉力，将钢筋笼下入素混凝土桩内设计的任何深度，摘掉钢筋笼的钢丝绳，起吊提升振动锤和振动管，在起吊超过桩深度约1/3后，关闭振动锤，缓慢起吊，直到振动装置与钢筋笼完全脱离并从混凝土中抽出。

注意事项：

①定桩位时，用钢钎打入地面以下 1m，用石灰填满夯实，防止邻桩施工时造成桩位偏移；

②本工艺中泵送混凝土宜采用细石混凝土，骨料粒径控制在5～16mm，和易性要好，塌落度控制在220～260mm，以利于钢筋笼的插入。

③钻进速度宜控制在1.0～1.5m/min内，混凝土泵送时拔管速度应控制在2.5m/min内。

④混凝土振捣时桩底与桩身要留振多于10 s。

⑤钢筋笼底部收口要牢固，防止钢筋笼下插振动时变形或散架；钢筋笼振动装置连接组装应在泵送混凝土前完成，既缩短时间又可防止混凝土失水过多；在钢筋笼的插入过程中，要求保持起吊适当，钢丝绳以能使装置保持正直而不紧绷为宜，为使钢筋笼保持竖直，笼顶外加钢丝绳需进行人工调整。

8 结语

通过北京地铁7号线环球影城站围护桩施工实践证明，本工程中采用的长螺旋钻孔泵压混凝土后插钢筋笼施工成桩效率比普通旋挖工艺提升2～3倍（平均每天可成桩25根左右），尤其是在含有地下水、砂层、卵砾石的复杂地层更显优越性，同时实现了现场文明施工、降低了工程造价、加快了施工进度，取得了较好的经济效益，树立了良好的工程形象。

结合北京地铁施工点多、线长、工期紧、任务重、低噪音要求、在高楼林立繁华市区内安全文明施工要求高，因此建议该施工工艺可在地铁明挖法施工的车站和区间隧道围护桩施工中推广应用。

参考文獻：

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