地铁车站围护结构建设中的钻孔灌注桩施工技术

张 鑫

（中铁十六局集团地铁工程有限公司，北京 100124）

0 引言

地铁车站深基坑工程围护桩的定位精度及垂直度是施工质量控制的要点, 桩位定位精度不足及垂直度不符合要求的桩位在深基坑开挖过程中往往会影响基坑开挖,且处理非常困难,导致基坑内主体结构侧墙尺寸净空不够或桩间喷锚平整度较难控制等问题。车站围护结构应用钻孔灌注桩，可有效改善地铁车站施工环境，同时可兼顾安全、质量、效率多重要求。结合目前的建设环境，钻孔灌注桩技术已经取得了较大的成绩，得到了广泛的应用，但是在实际施工过程中仍然存在较多的难点。为了进一步改善钻孔灌注桩技术，应当结合其施工过程进行研究，从而总结技术要点。

1 工程概况

呼和浩特市城市轨道交通2 号线的呼和浩特体育场站位于赛马场北路与气象局西巷交叉口，沿气象局西巷布置。该车站为地下2 层11 m 岛式站台结构形式，地下1 层为站厅层，地下2 层为站台层。车站尺寸长229.049 m，标准段宽19.7 m。

基坑开挖环境复杂，围护结构的设置与应用是顺利施工的必要前提。结合该项目的设计方案，最终确定为混凝土灌注桩的结构。在主体围护结构组成中，共设置420 根灌注桩，且根据现场情况分为A，B，C，D 4 种型号，通过 C30 水下混凝土原料加工制成，主筋保护层厚度以70 mm 的标准进行设置。

2 地铁车站的钻孔灌桩群施工顺序和施工方法

2.1 施工顺序

该车站结构建设规模较大，共分为3 期围挡，依次建成：1 期围挡施工面积较大，其优势在于能够给钻孔灌注桩的施工提供充足的空间，以现场情况为准，配置2 台钻机，从小里程盾构井开始向大里程推进，完成左右线的施工作业；2 期围挡以2 台钻机为主，从盖挖段开始施工，设备从左右线同步向小里程方向推进；3 期围挡依然采用2 台钻机，从小里程开始向大里程盾构井推进。

根据施工现场的固有条件，在采用钻孔灌注桩技术施工的过程中选取分序的方式进行。具体而言，首先施工一序孔，检测该处的混凝土强度，实测值达到设计值的70%后即可进入二序孔施工环节，按照此方式有序推进。钻孔灌注桩施工顺序示意图见图1。

图1 钻孔灌注桩施工顺序示意图

2.2 施工方法

以机械化作业方式为主，将旋挖钻机作为关键施工设备，引入湿式泥浆护壁工艺和泥浆正循环回转法。将施工所需材料运抵现场，绑扎钢筋笼，装制成型后由汽车吊转至指定位置，施工人员辅助作业，将其安装到位。根据生产现场的实际需求生产混凝土，并及时运送至施工场所，然后利用导管法将混凝土灌注至桩孔内，使桩体成型[1]。图2 为钻孔灌注桩的施工流程。

2.3 钻孔灌注桩施工方案

结合前期的勘察结果及现场试桩情况可以确认：本站的地下水位相对较高，钻孔灌注桩采用泥浆护壁成孔，且围护结构的钻孔桩在一定范围内均是原状土；为进一步提升钻孔灌注桩的成孔质量及施工效率，确保围护桩位与设计一致，该处施工结合连续墙导墙的施工，在此基础上进一步创新，采用混凝土导墙定位技术优化工艺。

图2 钻孔灌注桩施工程序图

2.3.1 围护桩导墙施工

1）根据车站的平面布置图及设计方案，对便道进行硬化，硬化时需要注意便道与基坑围护桩外侧应当预留出一定的放坡距离。

2）根据设计及施工图纸，严格地制作围护桩导墙的模板，为了便于钻孔的顺利进行，模板的直径应当略大于设计桩，通过现场试验，最终确定模板的直径为850 mm。

3）围护桩的各桩位应当逐一放样，并且对安装的模板进行加固，然后浇筑C20 混凝土进一步硬化，混凝土的浇筑厚度为20 cm；混凝土浇筑完成后及时养护。

4）定位导墙混凝土强度满足设计要求后可以将模板拆除，然后逐一测量各个桩位的标高，最后在导墙外侧对各桩位进行分别编号。

5）技术员根据导墙顶面标高及施工图纸确认无误后进行技术交底，相关技术人员复核通过后组织人员施工。该技术避免了钻孔灌注桩施工时的重复测量放样工作，简化了施工过程提升了桩位的精度，有效提升了导墙施工的效率。

2.3.2 高性能泥浆配合比试验

1）针对该站从地面至基坑底部的土层依次是杂填土层、细沙、圆砾、粉土和砾砂地质特点，钻进过程成孔难度大，颗粒间缺乏粘结，钻进时孔壁容易坍塌。经过现场试验配制松散地层泥浆，通过使用高分散性泥浆，增加泥浆中粘土含量，加入无机增粘剂等措施，加大孔壁颗粒间的粘结力，使粘性较大的泥浆适当渗透孔壁地层中，以此增强孔壁稳定性。

2）Na-CMC 提粘型泥浆试验配比：优质造浆粘土 150 g～200 g，水 1 000 ml，Na2CO35 kg～10 kg，Na-CMC 6 kg。泥浆性能指标：密度1.07 g/cm3～1.1 g/cm3,粘度 25 s～35 s，失水量＜12 ml/30 min，pH 值约9.5。经实地验证，改良后的泥浆提高了桩孔钻进的效率，减少了孔壁坍塌，保证了施工过程中成孔的垂直度以及基坑净空尺寸和基坑壁的平整度，效果良好[2]。

2.3.3 钻孔施工

1）旋挖钻机在成孔过程中通常停放在导墙的内侧，该侧为原状土，如此可以保证钻机在作业时不会出现下沉、倾斜等现象，如果是在雨季施工，可以将钻机停放在混凝土便道上，防止钻机下陷。

2）桩孔开钻前应使用全站仪监测钻杆是否处于垂直状态，满足施工条件后方能进行钻孔作业。在钻进过程中还应当利用吊绳对钻杆的状态进行复核，若出现较大的位移偏差，则需要停止钻进，调整校核后继续实施钻进作业，确保钻杆一直处于垂直状态。

3）本站大部分设计孔深为20 m，成孔时间为1 h 左右；围护桩达到设计孔深后及时覆盖孔口，防止安全事故。

4）成孔质量检测。①孔深及孔底沉渣检测：利用测量绳测量孔深，确保其深度满足设计要求，根据测绳底部确定沉渣的厚度。按照设计要求，沉渣厚度应＜20 cm，当过厚时可以通过钻头清除部分沉渣。②孔径及孔形测量：该环节可以利用长6 m，桩径0.8 m 的检孔器进行测量，通过吊车将其垂直吊起，然后缓慢放入孔内并适当地上下移动，确保检孔器在孔内畅通，如果出现阻碍则说明该部位可能存在缩径或倾斜的情况，应该采取相应的处理措施；③桩位及竖直度测量：由于本次施工采用的是定位导墙技术，因此可以保证桩位的准确性，在测量桩体垂直度时可以利用测绳，在孔口直径上设置标尺，并保证标尺的中点与桩孔的中心保持一致，然后将测绳沿着半径逐渐移动到孔壁，从而观测其垂直度，同时反映出桩孔的垂直状态。

2.4 第1 次清孔

钻进施工期间产生的残渣易堆积在孔内，若在此条件下直接施工，将对泥浆浓度、成桩质量带来不良影响，因此需组织清孔作业。清孔作业应分次进行，第1 次清孔时应当将钻渣尽可能地清除出去。施工现场地质条件欠佳，以砂砾和砂子居多，可采取泥浆循环换浆法，随钻进作业的持续推进，当钻进到设计深度后适当提升钻头，保持原有的泥浆比重，然后开始循环浮渣，此过程中泥浆比重将逐步下降，需注入足量的清水以便循环置换。

清孔效果将直接对后续施工效果带来影响，需加强对清孔质量的检查。个别孔的沉底沉渣清理难度较大，可在泥浆泵的作用下将其清理干净。清孔结果应满足如下要求：距孔底0.2 m～1.0 m 的范围内，泥浆相对密度需控制在1.15 kg/m3～1.25 kg/m3，含砂率≤10%，粘度≤28 s。若某项或多项指标不满足要求，均视为不合格。需注意的是，清孔施工期间应持续补充泥浆，确保孔内浆液面可维持稳定。

2.5 第2 次清孔

在完成第1 次清孔作业后，期间易在钢筋笼安装等环节发生杂物混入孔内的情况，因此孔底将再次出现沉渣。当钢筋笼和导管分别准确、稳定地安装后，需进行第2 次清孔作业。在实际作业时，应当在导管顶部设置弯头，并在辅助装置的作用下将泥浆顺利压入导管内，从而置换出孔底的沉渣。经过清孔作业后，检测孔底泥浆密度，若该值未超过1.15 kg/m3×10 kg/m3且沉渣厚度＜150 mm，则表明清孔效果达标，可灌注混凝土[3]。

2.6 钢筋笼安装及混凝土浇筑

1）在钢筋笼的吊装和安装过程中应避免出现变形。钢筋笼采用吊筋穿进工字钢及枕木，然后悬吊于混凝土定位导墙上，安装完成后检查垂直度。在钢筋笼骨架下放时应保证足够的垫块，严禁吊车在作业过程中随意摆动。

2）安装导管同时确保各连接处紧密、不透水。导管的安装长度是根据孔深确定的，导管下口与孔底宜保持300 mm～500 mm 的距离。

3）选取C30 高性能水下混凝土进行灌注，混凝土坍落度控制在200 mm±20 mm。首批封底混凝土的厚度应当结合桩径、导管离孔底的长度进行确定，同时符合导管底部初次埋置深度至少有1 m 的设计要求。

3 结语

结合以上分析可知，地铁车站的深基坑施工是一项复杂的工作，通过设置围护桩能够明显改善其施工环境，提升安全性。工程实践中，施工人员等参与主体需合理优化施工技术，将各项工作有序落实到位，切实保证围护结构的施工质量。本文所探讨的工程最终取得了良好的施工效果，可为今后同类型项目提供参考。