地铁PBA工法的洞内围护桩优化施工技术

崔 鼎

（中铁隧道集团二处有限公司，河北 三河 065201）

1 工程概况

砂阳路站车站位于砂阳路与南京南街街交叉路口东侧，车站主体位于砂阳路下方呈东西向布置。周边居民居多，车流量较大。

砂阳路站为岛式站台车站，有效站台宽度14m，车站主体结构总长156m。车站为三层三跨的拱顶直墙结构，标准段宽22.9m，结构顶板覆土厚度约6.4m，底板埋深约30m。车站主体采用PBA工法施工，围护桩共计252根。

砂阳路站为三层暗挖车站，主体结构围护桩均在车站上层边导洞内施工，施工难度大，效率低工期长，根据最新工筹计划，不满足节点工期要求。经调查，车站北侧边桩位于业乔权属范围内，南侧位于路沿石下，局部管线横穿围护结构，影响较小，具备地面成桩的条件。现将洞内车站主体结构围护桩优化为地面成桩，如图1所示。

图1 围护桩优化对比图

2 施工方法

砂阳路站主体标准段采用φ1000@1400mm钻孔灌注桩支护，小里程端头段采用φ1000@1200mm钻孔灌注桩支护。根据业主提供的工程地质、水文地质勘探报告以及施工场地，现场决定采用正、反循环钻机成孔，汽车吊吊装钢筋笼及导管进行水下混凝土灌注。钻孔灌注桩采取隔桩跳打，每间隔两孔施作。

2.1 施工准备

施工场地施工围挡，平整场地，清除桩基位置上的杂物。根据图纸在围护桩位置挖设探槽。挖至原状土后对下部采用洛阳铲进行探孔测试，周边用钢钎扎入测试，自检合格后上报监理验收。确认地下管线处理完毕以及地基承载力满足施工要求钻机才能顺利进场施工。

临时用电：暂定为发电机供给钻孔灌注桩施工。临时用水：施工用水采主要由临近主体结构降水井提供，不另增加自来水接驳口。确保地基承载力满足施工要求，钻机才能进场施工。

2.2 测量放线

使用校验合格的全站仪，根据建设单位提供的控制点坐标及桩位平面布置图计算出各个桩位的坐标，使用全站仪测放桩位，随打随放，防止车辆碾压或碰撞造成桩位偏差。

在测量组放样后，在纵横向的每侧引2个控制桩，2个控制桩间距2m，钻孔时用于控制轴线偏位。控制好护桩以后，拉好十字线，用线锤将钻机钻头调整到十字线中心的位置。

2.3 埋设护筒

埋设护筒时采用汽车吊车吊运，人工辅助完成，护筒埋设深度暂定为1.5m（根据地质条件可调整为2m或2.5m）。护筒要采用4mm~8mm厚钢板卷制而成，内径比设计桩径大0.2m，护桶的顶部分别焊接2个圆形吊环，为浇筑完成后方便拔护筒时使用。护筒埋设前先根据桩中心位置引出4个方位角控制桩，控制桩采用木楔制作，打入土中至少30cm。4个方位角控制桩必须经过现场技术人员复核无误方可进行护筒埋设。护筒由人工埋设，具体步骤如下：首先人工挖土1m左右，再用吊车将护筒吊放对位，位置放正后，周围填黏土捣实，避免漏浆。护筒埋设偏差不大于50mm，保证护筒垂直且顶面水平。

2.4 泥浆制备

现场布设泥浆池，沉淀池，并用循环胶管连接。入孔泥浆性能指标，应按钻孔方法和地质情况确定应符合下列规定见表1。

表1 制备泥浆性能指标表

2.5 钻进成孔

开孔时，现场技术员要跟进钻机对准桩位，确保桩位无偏差后进行施工。钻机的钻头首先要提高至孔底20cm~30cm的高度，待泥浆循环通畅之后，开始进行钻进。刚开始时宜低挡慢速钻进，待钻头全部进入地层后方可正常速度钻进。钻进速度要和泥浆的排放量相对应。在钻进过程中为防止塌孔要时刻保持护桶内的应有水头，对不同的地质分别控制好钻压、钻速、泥浆的比重和泥浆量，控制好钻杆的提升速度，不宜过快。同时保证文明施工，也要关注泥浆不会外溢。

2.6 清孔

钻孔至设计标高时，经技术员、监理检查确认钻孔合格后，就应即开始进行清孔。清孔采用清水置换法，在泥浆池内加灌清水，一边加水一边循环。如果泥浆过多，就应排至现场沉淀池内。清孔后标准：排出的泥浆没有颗粒，泥浆比重：1.03g/cm~1.10g/cm，黏度：17s~20s；含砂率：＜2%；胶体率：＞98%。清孔后孔底的沉渣厚度应控制在10cm以内，如果清孔后4h因其他原因，还没有开始浇筑混凝土，就需要对孔底重新进行一次清理。清孔过程中孔内原有的水头高度始终保持，以防塌孔。

完成第1次清孔作业后，在吊装钢筋笼及安装过程中会有一些杂物掉入孔内，另外孔内泥浆停止循环，泥浆中的悬浮颗粒因重力因素再次下沉至孔底，当钢筋笼和导管都安装完成后，立即进行第2次清孔作业。通过导管进行循环将泥浆压入导管内，从而置换出孔底的沉渣。

2.7 钢筋笼制作、安装

钢筋笼制作实行首件制，在钻孔灌注桩施工前加工首个钢筋笼，自检合格后报检监理工程师。经监理工程师验收合格后，须进行首件封存管理，首件封存后须建立封存管理标签。

钢筋笼加工前，对钢筋原材进行检验，检验合格后进行钢筋笼加工。钢筋采用HPB300级钢、HRB400级钢。钢筋笼主筋连接均采用机械直螺纹套筒连接。钢筋笼吊筋采用Φ16mm圆钢加工，每幅钢筋笼共设2根吊筋对称焊接于主筋上，因桩顶距地面高度为11.15m，这11.15m为空桩部分（不含主筋），后期小导洞开挖时，还需要破桩，所以吊筋长度设置为11.15m。

钢筋笼的原材料以及质量必须满足以下要求：①钢筋笼所用钢筋规格、材质、尺寸应符合设计要求和有关规程要求。现场每批进场使用的钢筋，应有出场证明或检验报告单，按规范要求作机械性能试抽检。②对焊接用的钢材，应做可焊性和焊接质量试验。对生锈的钢筋，在使用前应认真除锈。③钢筋在制作前，必须调直。调直后的主筋弯曲度应不大于长度的1%，并不得有局部弯折。④箍筋采用点焊方式与主筋连接，接触点隔一焊一或隔一扎一，梅花形布置焊条须采用E50系列焊条。焊缝宽度0.4d，高度8mm，焊缝等级为三级。钢筋笼主筋保护层为70mm，钢筋笼下部收口角度为15°。⑤钢筋切断必须采用无齿锯切割，钢筋切口端面必须与钢筋轴线垂直，不得有马蹄形或翘曲，严禁使用切断机并且采用打磨机对钢筋端头进行打磨平整。

待清孔合格后，开始钢筋笼吊放作业。起吊点设在钢筋笼箍筋与主筋连接处且吊点对称并一次性吊起。现场采用的是25t汽车吊车下放钢筋笼，由人工辅助对准孔位吊出吊放。钢筋笼吊放过程要保持垂直、轻放、慢放入孔，不得左右旋转，若遇阻碍应停止下放，查明原因进行处理，严禁强制下入。为防止浇灌混凝土过程中钢筋笼因浮力而上浮，现场在钢筋笼的最上端设横向的定位筋并焊接牢固。由于整体钢筋笼过长，现场分节吊装钢筋笼，吊车无法一次性起吊，钢筋笼采用分节预制，分节吊装。先将底部第一节钢筋笼入孔，然后采用Φ40mm的钢管从钢筋笼主筋间穿过，将钢筋笼固定在孔口，吊车在吊装第二节钢筋笼，与第一节钢筋笼接头对齐后，主筋采用直螺纹钢套筒进行连接。主筋连接完毕将箍筋按设计焊接，然后再将钢筋笼入孔。钢筋顶部端头采用预留接驳器，待破除桩头后进行冠梁内钢筋连接如图2所示。

图2 钢筋笼主筋接驳器安装示意图

2.8 水下砼灌注

当清完孔并钢筋笼安装完成后，立即灌注C30P10混凝土。混凝土灌注时的坍落度为18cm~22cm，混凝土浇灌尽量缩短时间，连续作业。

在进行混凝土灌注的过程中，需要对首灌量进行计算，满足导管首次埋深和填充导管底部需要。首灌量如公式（1）所示。

式中：为首批混凝土灌注量，m；为桩孔直径，m；为桩孔底到导管底的距离，0.4m；为导管初次埋深，m；为导管内径，m；表示当桩孔内部混凝土高度达到时，导管内混凝土柱平衡导管外或泥浆压力所需的高度，m。

导管安装：导管应采用直径为25cm~30cm的钢管，最底节的长度应不小于4m，中间节可用2m~3m。再配2~3节0.5m~1.5m的短管，作为灌注时的调整。导管的内壁必须光滑、圆顺，没有明显的参差不齐，内径必须一致、其偏差不大于+2mm，接口处要用密封胶圈封密实。

第一批次混凝土的初凝时间不得早于灌注整体混凝土完成的时间。待围护桩混凝土浇筑至小导洞底板（30.108m）标高时，在利用导管继续灌注C15回填混凝土（空桩部分的混凝），直至地面标高。

3 施工质量要求及控制重点

3.1 钻进成孔的质量要求

钻进成孔的质量要求有以下3点：1）钻进过程中，利用水平靠尺抽查钻机是否发生了位移，如果有了偏差及时调整钻机位置。2）当发生地层变化时，及时放慢钻机速度，并及时反馈给技术员，分析排查原因，严禁野蛮施工。3）成孔达到设计深度时，技术人员及时对孔位、孔径、孔深、孔形及垂直度进行检验，孔深控制以测绳测出的周边四点平均值为准。垂直度用验孔器检测为准，并及时上报监理工程师验收，合格后方可进行下道工序施工。

3.2 钢筋笼制作质量控制方法

钢筋笼的制作过程中必须严格控制以下几点：1）钢筋笼主筋控制采用已加工好的卡扣件进行控制。2）钢筋保护层采用定位筋控制钢筋保护层，每5m一环，每环3个，梅花型布置。Ⅲ钢筋原材采用无齿锯进行切割，确保切割面垂直度便于后期钢筋笼连接。考虑钢筋笼为一级接头，接头处于同一断面，现场钢筋笼按奇偶桩号进行分别吊装，长短钢筋笼在奇偶桩号上位置要错开。3）对已检验合格的端头螺纹加以保护。钢筋端头螺纹戴上保护帽，并按规格分类堆放整齐待用。

3.3 钢筋笼机械连接注意事项

钢筋笼采用的是机械连接方法，要遵循以下要求：1）首先必须采用合格的套丝机进行钢筋端头的螺纹加工。螺纹的螺距、牙形等必须与连接套螺距、牙形一致且经配套的量规检测合格，根据《钢筋机械连接技术规程》（JGJ107—2010）要求螺纹量规精度应符合6f要求。2）在钢筋端头加工螺纹时，必须采用专业的车丝机润滑液。3）操作人员必须逐个认真地对钢筋切头使用打磨机进行打磨并检查钢筋端头螺纹的外观质量。4）现场所有钢筋笼均采用I级正丝接头连接，在同一截面进行连接。5）钢筋笼主筋采用直螺纹套筒连接，相邻主筋的接头应间隔错开且间距大于35（为钢筋直径），在同一截面上的接头不得多于总根数的1/21。

3.4 水下灌注砼的技术要求

该工序采用水下灌注砼，必须满足以下要求：1）在水下灌注混凝土时，严格控制导管的最小埋深，以保证桩身混凝土连续均匀，不使其裹入混凝土上面的浮浆皮和土块等，防止出现断桩。确保混凝土浇灌顺利进行，混凝土浇灌过程中混凝土面应高于导管底部下口2.0m为宜，为保证每次拆除导管顺利进行，混凝土埋深导管的深度不能大于6m。2）在浇灌混凝土过程中，当下料导内混凝土含有空气时，后批次的混凝土应缓慢灌入漏斗和导管内，不允许将混凝土满斗一下倒入管内，避免因管内的高压气体，将导管的密封胶圈挤出。3）考虑桩顶混凝土凿除后需施做冠梁，灌注混凝土的浇注面要高出桩顶设计标高0.5m，桩顶标高为29.608m，灌注实际标高为30.108m处，浇筑标高如图3所示，以保证桩顶混凝土的强度质量。4）灌注过程要保护安设在钢筋笼上的监测元件。5）在灌注首批混凝土之前在漏斗中放上砂袋或球胆充当隔水塞，然后再放入混凝土，砂袋（球胆）直径大小能自由通过导管即可。

图3 桩顶混凝土灌注标高示意图

4 结语

综上所述，将洞内成桩技术优化为地面成桩施工技术，进一步提高了车站围护结构的整体稳定性，同时缩短了原来在洞内成桩的工期，提高了施工效率，节约了成本以及降低了在洞内成桩的安全风险系数。该施工技术明显改善了其施工环境，可为今后同类型PBA工法的暗挖车站工程提供参考。