地铁车站围护结构半圆形横截面钻孔灌注桩一次成桩施工技术

陈桐民

（中铁十五局集团城市轨道交通工程有限公司，广东 广州 510410）

近年来随着我国大中型城市的不断发展，以地铁为代表的城市轨道交通线网规模不断扩大，目前地铁车站大多数位于市区繁华区域或者交通繁忙的主干道地段，在一定程度上受到既有市政道路、管线和建（构）筑物等复杂周边环境的影响[1]。在复杂环境的影响下，由于传统钻孔灌注桩在施工空间和结构上的特殊需求无法满足地铁车站围护结构施工条件[2-3]，因此，可结合现场施工特点采用半圆形横截面钻孔灌注桩（以下简称半桩）。本文结合沈阳地铁3 号线富民街站围护结构实际施工情况，重点论述半桩的施工流程及施工方法[6]，对半桩施工技术进行了总结与分析，为类似工况条件下其他地铁车站半桩施工提供借鉴及参考。

1 工程概况

本工程所在位置为沈阳市老城区，车站两侧为老旧5～7 层居民楼及办公楼，桩基形式为独立基础或条形基础。车站围护结构外边线与周边房屋最小净间距仅2.6 m。车站主体结构上方市政管线种类齐全，给水、排水、燃气、电力、通讯、热力管线在车站施工前需迁改，具体规格型号详见表1。

表1 富民街站需迁改市政管线统计表

因周边建筑物复杂且距离车站基坑较近，基坑开挖过程中风险较高，为了避免车站施工对周边居民日常生活及道路交通产生影响，同时根据交通管理部门“占一还一”的要求，车站采用明挖半盖法施工。因车站施工范围内市政管线较多，管线需迁改至车站两侧，但车站距离周边房屋间距仅为2～5 m，远远无法满足管线迁改所需的空间要求，因此利用车站主体结构半幅顶板作为半盖法施工盖板并提供管线迁改空间，半幅顶板（盖板）施工完成后将部分管线迁改至顶板上。

根据上述实际情况，车站全部364 根围护桩的横截面均采用上部半圆形、下部圆形的结构形式。其中车站一侧围护桩为部分顶板兼做盖板提供支撑条件，即地面至顶板处为半圆形横截面的半桩，顶板以下部位为圆形截面的全桩；另一侧围护桩为首道混凝土支撑提供连接条件，即地面至混凝土支撑处为半圆形横截面的半桩，混凝土支撑以下部位为圆形截面的全桩。富民街站围护结构剖面图详见图1。

图1 富民街站围护结构剖面图

2 施工方法及工艺流程

2.1 施工方法

根据现场地质条件和周边环境，使用反循环钻机进行围护桩施工[4]。采用“跳一钻二”方法的方式进行钻孔，防止在钻进过程中，影响相邻孔位的稳定性。

2.2 施工流程

主要施工流程；地面修整硬化→桩位放样→沉埋护筒→钻机就位→钻进→清孔→检查沉渣厚度→钢筋笼、半桩钢模具、导管就位→清孔验收→灌注混凝土→拔起钢模具、护筒→移位。

2.3 技术要点

2.3.1 钻孔作业

（1）为成孔作业创造安全可靠的施工环境，施工人员需要对施工场地进行平整、压实。

（2）钻孔作业前必须埋设钢护筒，以确保钻机作业时垂直度满足要求，内径大于钻头直径100 mm，埋设深度不宜小于1.5 m。

（3）为避免护筒埋设与孔壁之间出现漏水情况，在护筒周围均匀对称的回填黏土，并分层夯实，以确保护筒垂直度满足要求，防止泥浆流失、护筒底部渗透塌方、护筒位移、掉落等情况。

（4）安设钻机时地面应平整，确保钻机成孔作业过程中钻杆垂直。

钻进刚开始时慢速钻进，以保证桩位准确性，并通过钻压、转速、泥浆指标等参数的调节来控制钻进成孔速度，保证成孔质量[5]。

当反循环钻机下放的钻杆长度达到设计孔深后，施工人员需及时检查相关施工参数是否符合要求，检测合格后进行清孔，将钻头稍微提起并进行空转，维持反循环5～15 min左右。钢筋笼及导管就位后，通过重锤测量桩底沉渣的厚度，根据设计要求富民街站围护桩桩底沉渣厚度应小于100 mm，若不满足要求需再次清理孔底沉渣。

清孔可清除孔底残余的沉渣，确保桩的承载力符合要求。减小孔内泥浆密度，保证混凝土浇筑时孔内混凝土流动性。清理部分孔壁上的泥皮，从而增加桩身与孔壁之间摩擦阻力。

2.3.2 钢筋笼加工

（1）钢筋笼设计概况

图2 钻孔灌注桩全桩部位配筋图

图3 钻孔灌注桩半桩部位配筋图

本工程钻孔灌注桩钢筋笼结构较复杂，单根桩即包含全桩及半桩，钢筋笼的加工工艺也因此相对复杂，在钢筋笼的加工过程中，需满足设计及规范要求的尺寸偏差，参数详见表2。

表2 钢筋笼加工尺寸允许偏差表

（2）钢筋笼制作重、难点。

①半桩钢筋笼横截面为半圆形，螺旋箍筋、加强箍筋加工难度大，成型后尺寸控制困难，较难达到设计及规范的尺寸偏差要求，故半桩钢筋笼的加工是难点。

②车站南侧围护桩的全桩为南侧顶板提供支撑条件，因顶板标高沿东西走向存在2‰的坡度，故全桩主筋长度随桩位进行变化，保证每根桩的钢筋笼长度及孔深准确是半桩施工的重点。

（3）钢筋笼加工

钢筋笼在施工现场进行加工制作，制作前项目部技术人员通过桩底、顶板、桩顶标高计算出每根围护桩中各类钢筋的长度参数，并下发给工区技术人员和现场钢筋加工人员。因周边环境复杂，钢筋笼不具备一次加工成型条件，根据实际情况将钢筋笼进行分段加工，共分为两段。加强箍筋采用专用的圆形箍筋加工设备加工，螺旋箍筋采用滚笼机缠绕在钢筋骨架上。加强箍筋通过焊接方式与主筋连接，螺旋箍筋通过梅花形绑扎方式与主筋连接，主筋之间通过直螺纹套筒连接，同一截面内的连接数量不应超过50%。

半桩钢筋笼加工：半桩钢筋笼因截面形状为半圆，加强箍筋需加工成半圆形，为确保尺寸满足设计规范要求，需采取以下措施：①在钢筋原材上标记出平直段与弯曲段长度。②加工前需将圆形箍筋加工设备加以改造，在操作台上增加限位装置，箍筋加工成半圆形时设备自动停止工作，保证半圆的尺寸。③制作半圆加强箍筋尺寸纠偏工作台，用铁锤将半圆加强箍筋敲入纠偏短柱中完成纠偏后再投入施工。详见图4、图5、图6。④利用滚笼机缠绕半桩的螺旋箍筋时，应减慢缠绕速度，控制好螺旋箍筋间距，平直段与弯曲段过度时，利用自制的撬棍弯曲螺旋箍筋，保证平直段与弯曲段的夹角符合要求。

图4 钢筋原材尺寸标记

图5 未纠偏前的半桩加强箍筋

图6 纠偏工作台示意图

2.3.3 半桩一次性成桩钢模具加工

常规半桩施工为混凝土一次性浇筑至半桩顶，开挖过程中通过人工破除素桩部分形成半桩，此方法工效低、材料人工成本高。为了提高工效，节约成本，采用钢板焊接制作半桩钢模具，使半桩在混凝土浇筑过程中可一次性成桩。

2.3.4 钢筋笼及钢模具安装

清孔换浆达到设计要求后，将钢筋笼分段转运，通过汽车吊缓慢的将钢筋笼吊运至护筒上方，开始缓慢下降钢筋笼。在下部钢筋笼顶部到达孔顶时，将型钢从顶部加强箍筋下方穿过，使下部钢筋笼临时固定在孔口，随后起吊上部钢筋笼，使上下两节钢筋笼位于同一直线上，使用钢套筒机械连接，全部接头连接完成后，继续下放钢筋笼，下降至半桩处时及时调整钢筋笼角度，确定半桩钢筋笼位置准确再继续下放直至钢筋笼安装完毕。由于本工程对半桩的桩顶标高精度要求较高，通过上部钢筋笼主筋焊接的吊筋控制桩顶标高，吊筋长度由技术人员提前计算并提供给现场管理及施工人员，施工过程中要严格把控并及时量测。钢筋笼安装到位后，通过吊车将半桩钢模具吊放至孔内半桩位置，在钢筋笼上焊接吊耳，下放到设计位置。当钢筋笼下放到主钩吊点时，暂停放下，并且插入槽钢，把钢筋笼固定在护筒顶，然后拆下主钩吊点的钢丝绳、卸扣，吊装完成。

2.3.5 混凝土浇筑及钢模具拆除

混凝土浇筑采用导管法浇筑，由于顶部半桩钢筋笼主筋位于围护桩中间，占用的导管位置，无法使用常规导管，根据实际施工情况，选用了直径为260 mm 的小直径导管。导管使用前必须进行水密、气密性试验并检查其规格及外观质量，下放过程中要保证平稳和导管的垂直度，避免导管与钢筋笼碰撞或钢筋笼卡住导管的情况发生。在钢筋笼和导管下放完成后，因为处于悬浮状态的沉渣再次沉到孔底，需进行二次清理，沉渣厚度小于100 mm 后开始混凝土浇筑。因导管直径较小易产生堵管等问题，浇筑前需严格检查混凝土塌落度，浇筑过程中加强商混站沟通，确保浇筑连续，待混凝土初凝并具备一定强度具备拆除钢模具的条件后，及时利用汽车吊将钢模具拆除吊出，孔内回填沙土，至此半桩一次性成桩完成，基坑开挖后无需人工二次破除混凝土成桩。

3 结语

沈阳地铁3 号线富民街站围护结构施工过程中，通过半桩的运用，使得车站半幅顶板兼做盖板的做法得以顺利实施，解决了因地铁车站周边环境复杂、场地狭小造成的管线迁改空间不足问题。在实际施工的过程中，针对半桩施工的各工序，在传统钻孔灌注桩的施工工艺的基础上进行了改进，提高了半桩的施工效率，优化了半桩的成桩质量，达到了半桩一次性成桩的目的。可为类似工况的半圆形横截面钻孔灌注桩施工提供借鉴。