地铁明挖车站中钻孔灌注桩施工技术运用分析

陈泓予 韩邦栋 王娅梅

1.北京城市快轨建设管理有限公司 北京 100000 2.北京城市副中心工程建设管理办公室 北京 100000 3.中海文慧（北京）建设有限公司 北京 100000

在地铁车站基坑开挖过程中，桩身的竖向度及位置的准确性可直接影响车站主体的质量。如果桩位定位精度不高，或者桩的垂直度没有达到规定的标准，都会对挖掘的结果产生很大的影响，从而导致桩间喷射锚杆的平面性不好。对此，需要加强钻孔灌注桩施工的全过程管理，提高基础施工技术，从而避免地铁明挖车站钻孔并且基坑中的主体结构的侧面的空间也不够大。

1 项目基本情况

某市一座岛式地铁站共设有6个地上出入口，4个应急出口，3个临时通风窗，3个通风窗。从上到下的地层构造以素填土，粉质粘土，强风化花岗岩，中风化花岗岩为主并有微风化的花岗岩，而施工中的车站是在中微风化的花岗岩中，地下水位大约3.5m。总体而言，该工程建设区的工程地质情况良好，水下埋藏深度不大。

2 围护结构

(1)A1至A2段根据其深浅及周围情况来判定其安全级别为1类。根据该区段所处的环境条件、工程地质、水文地质等，经过计算分析、技术经济综合比较，工程围护结构采取拟1000 mm钻井灌注桩+内支撑方案，围护桩间距1200 mm（标准段1300 mm）。标准段支撑采用1道混凝土支撑+2道钢支撑，第一道混凝土支撑断面为600 mm×800 mm，水平间距控制在9 m，第二、三道采用800 mm钢管支撑，水平间距控制在4.5 m。第一、第二、第三和第四道支撑，分别支撑在一个钢筋混凝土的冠梁和一个钢腰梁上，并设置一个连续的和一个临时的支柱进行了减震，以增强支撑的稳定性，并在支撑上预先施加一个钢支撑，以防止墙壁和墙外面的土体产生过大的变形[1]。

(2)载荷的确定。在对该车站的地下建筑进行整体分析时，需要对其进行相应的强度、刚度及稳定性计算。按照每一阶段所产生的载荷大小，对其在极限和正常服役条件下的承载力进行了分析，并采用《建筑结构荷载规范(GB 50009—2012)》中所规定的载荷的分项系数和复合系数进行了分析。

(3)对支挡进行分析。在与水、土压力和支撑构成一个平衡系统中，可以将其视为垂直的弹性基础梁，对其在建设和服役阶段的真实应力状态进行分析和仿真。在施工过程中，支撑桩要承担所有的土壤侧压力和地表过载的影响，按照“先变形，后支撑”的原理，将结构的初始位移量和支撑的变形都考虑进去，并利用一组不能被拉的弹性来描述土壤对结构的影响[2]。

3 常见施工问题

3.1 孔位及钢筋骨架偏位

在某铁路工程中，由于施工过程中存在的孔洞和钢筋骨架偏移等问题，导致了施工过程中的一些问题。①在施工放线过程中，由于施工技术和施工技术的原因，造成施工现场施工中钻孔桩位点的录入出现误差；只有一人进行测量和放样，在进行桩定位的时候，只能进行一个点的定位，而且只能进行一次定位，没有做好桩与桩之间的互相检查和周期性的复测；钻孔桩工人没有责任感，没有仔细地埋好护桩线，在施工过程中护桩线被撞击而被移走，没有定期或不定期地对护桩线与钻孔桩的中心是否一致进行检测，发现钻孔桩的中心有偏差，害怕调节桩机的时候会出现问题，所以就随便移动护桩线，钢筋骨架安装人员只是安装完毕，没有对钢筋骨架进行对中校核等；项目技术负责人没有提前对桩位及钢筋骨架施工要求，与施工员及钻井桩工作人员展开了一次详尽的交底，也没有对钻进及钢筋骨架安装过程中，有可能出现的孔位及钢筋骨架偏位问题，给出了一个合理的解决办法。②护套的真圆度、中心位置和垂直度没有达到设计标准；在吊装过程中，由于没有使用平衡器，造成了框架的变形。③由于在淤泥表面之下很难找到框架的中心，所以在储藏或吊装时容易发生变形，如果没有确保上、下轴线，则会造成框架在进入孔洞时容易发生顶笼的倾斜。④定位筋因其容易刮墙，容易陷进土中，很难确保其框架与桩身的中心线一致，所以定位筋的定位精度较差；采用“浮漂法”很难准确地测定出钢筋骨架的中心位置，而且在需要拆卸的时候也不能及时地测定出钢筋骨架的中心位置；虽然滚压垫块不容易刮墙，但是因为桩身上部被泥浆浸透后变得很柔软，滚压垫块很容易挤压到上面的孔壁而造成钢筋框架的错位；在水下浇筑时，由于钢筋框架的安装不牢固，或者在拆除管道时与框架相撞而产生错位。⑤由于施工人员在夜晚没有足够的光照条件下，不能精确放置钢筋骨架，在严寒或高温条件下测量误差较大，以及工作中懈怠，工作态度不负责等都会造成钻孔灌注桩孔位置和钢筋骨架位置偏差[3]。

3.2 混凝土夹泥及断桩

在某铁路建设中，由于施工过程中产生了大量的泥浆，导致了施工中的断桩。①由于钻井工人水平不够，不负责任，在拆卸管道时不小心撞到了钢筋框架，撞到了孔壁导致孔壁泥石块掉落，工程技术领导没有进行实际而高效的技术培训，没有提前给打桩工们讲解海底混凝土的质量要求，第一次浇筑的体积，管道的安拆，以及在海底浇筑时遇到的各种问题，没有给打桩工们提供一个合理的解决办法。②桩机的机械装置，由于年代久远，在水下浇筑时，会发生震动，碰撞，脱落的泥土，或者造成不能使用的破损，从而产生水泥夹着泥土和断裂的情况；目前采用的沉管是一种密封性能不佳的沉管，沉管中的泥浆会从沉管中渗入到胶结体中。③混凝土原料达不到标准，混凝土供给跟不上，混凝土工作性能不好，混凝土难以浇筑，钢筋骨架上浮，刮墙剥落，造成混凝土夹泥，甚至断桩。④灌注桩成孔后排空过快，混凝土浇筑不够及时，空桩时间过长，泥浆质量达不到标准，造成孔壁坍塌或沉淀物过多；第一次浇筑没有达到标准，没有把基坑的淤泥全部冲洗出来，管道拆除过早，超过了水泥表面，造成了断桩。⑤在夜晚，由于光线不够，拆除管道容易与钢筋骨架发生撞击，高温天气下的混凝土初凝固时间很少，在加砼不够快的情况下，很容易发生断裂[4]。

4 钻孔施工作业优化设计

4.1 测量放线

施工团队要根据设计单位所提供的要求与控制站点等，建立起一套科学而又完整的围护桩施工导线点，并在当前提条件下利用全站仪等现代仪器进行轴线引测。在施测围护桩高程、中心等参数时，可以通过换点施测等手段精确地确定桩身位置及高程。施工团队在一系列施测工作结束后，立即将有关的信息报告给监理处，并交给监理主要负责人对整个项目内容、施工环节和技术方法等进行审核。经最终验收合格后，才能采用所测量出的位置。在进行工程建设的过程中，需要对基坑进行定期监测。采用“隔一打一”法进行施工，将施工过程中产生的扰动降至最低，保证施工过程中的成桩质量。

4.2 护筒加工与埋设

在对基桩位置进行全面深入的复查后，就可以展开护筒埋地工作。有关施工人员需将满足工程规范的钢板材料，加工制造为钢质护筒，其长度约为3米。通常，需要制造出的钢套管没有渗漏和空隙，各部位的焊点要紧密。在进行了钢筋砼灌注工作之后，必须立即将钢护筒拉拔，以便下一次使用。从总体上来说，在埋设过程中，钢护筒的工作方式以手工方式进行，在周围使用泥土等特殊的物质对其进行加固，护筒的顶端应该在距离地面0.3 m的地方。特别要指出的是，钢护筒埋芯位置的平面偏差通常要控制在±50 mm范围以内。在进行护筒埋设作业之前，施工团队要在桩体位置挖凿2 m左右的深坑，并在保证地下结构和管线部署没有任何问题的情况下进行护筒埋设。在护筒埋设完毕后，施工人员必须准确地对桩位进行定位，并接受专业的监督和检验，在确认无误后，才可进行开钻工作[5]。

4.3 泥浆制拌

工程队可以在明掘站的两侧设置一个淤泥槽，并在此基础上增加一个淤泥槽，以满足工程现场的钻探工作需要。在这一阶段，以手工操作为主，采用挖土机挖土方式，采用高强度的施工工艺，对泥浆配制和搅拌工作进行。施工人员可添加适量的水和膨润土，使泥浆比例保持在1.3-1.5，并保持泥浆总体粘度18-25 s。在进行钻进操作的过程中，要对多种外部影响进行全面的分析，主要包括天气条件、空气质量、地质情况等方面，并在此基础上对护壁液的浓度进行合理的优化。在进行泥浆制备过程中，必须做到下列事项：一是根据工程的具体条件，采集了相应的土样，对土样物质的各种性质指标进行了全面的测试和评价。为了保证钻井液的总体质量，必须在钻井液中进行最终检测。二是根据所需的贮存状态，对所需的水泥进行搅拌，并将试验的结果进行详尽的记载。三是配制好的水泥要放置24小时以上，以保证水泥的性能达到标准后才能使用。四是根据工程实际情况，对搅拌池、循环池、沉降池和储浆池进行合理的设计，保证整个浆池的容量和容量，满足工程建设的要求[6]。

4.4 钻孔

在钻机开始钻之前，必须对钻机平台、桩位和钻盘核心点位进行全面的检测，从而保证孔位的偏差能够被控制在标准的范围之内。在施工过程中，必须以较慢的速率进行，当钻到距离护管大约1米的深度时，应以较低的速率进行。在钻井过程中，要利用钻机将井筒取出，向前旋转，将井眼内的原生土壤进行深层切削。可使钻筒转动3-5次，使钻孔中不会有残余的泥土粘在钻筒上，从而使卡钻的机率降到最小。在卸载过程中，首先要把取土筒从钻孔中取出，然后把它放到空地上进行卸载。在成孔过程中，应根据现场条件，加入适量的稳定剂。为了使孔内有足够的稳定液体，能够改善孔壁的平衡性，必须使其水平面高于地下水位1 m。施工人员需要对最后的成孔进行全面的检查，检查的重点是孔形，孔径，倾斜等。在钻井过程中，要根据地层的压载状况来确定地层的地质状况。在钻井进入杂填土构造段，应适时加强对钻头和井内水位的观察。若出现泥浆漏流，则应立即停止钻进，并回填泥土，加强护壁后，再重新启动钻进作业，并在该情况下，提高泥浆的总体浓度。如果发现钻孔范围内的地质条件与设计方案之间有很大的差异，就要立即将有关的信息汇报给监理单位和设计人员，并且在未取得相应的施工许可的情况下，不能私自进行施工。将挖掘出来的泥土，通过专门的机械，迅速运送到相应的地点，并对孔口进行彻底的清洗，以避免由于土壤压力过大，造成的孔壁塌陷、扭曲等问题。

4.5 检孔与清孔

在孔深满足了要求之后，首先要做的就是对孔径和垂直度等有关参数的深层探伤。待最后检验结果满足工程需要后，方可进行井眼清理工作。对钻井作业进行验收的方法是：在孔中安放4-6倍桩径的孔规，若孔规能全部接触到孔底部，则为其各项指标达到了相关要求。对孔深进行测量，可使用钢尺和测绳进行测量。当钢筋笼不能安放于孔内底部时，应在第一时间使用钻具进行钻进调整，直到能够全部触及到底部位置[7]。

4.6 水下混凝土灌注

①在钢筋框架下降完毕后，立即下降通过了水密承压力测试和节点拉伸测试的管道，管道应该有一个数字，并且标明了尺寸，在下降的过程中，应该是一个缓慢而稳定的过程，以防止管道与钢筋框架发生撞击，导致管道下降。②安装好管道后，再次清井，直到钻井液达到规范标准为止；在泥浆指数和沉淀层厚度达到规定的情况下，要及时进行水下浇筑，防止钻孔坍塌。③砼原材料必须达到设计标准，拌合体在浇筑之前，必须对其工作性能及均匀度进行检测；第一次浇筑时，必须保证管道的埋设深度在1m以上，管道的基底完全填充；要对混凝土灌注速度进行严格控制，防止钢筋骨架上浮。在进行浇筑的过程中，应该频繁地对混凝土面高度进行测量，并将其与灌入混凝土量折算值进行对比，以此来确认是否有坍孔、扩孔等现象发生，并确认混凝土方量的充足程度，如果确实需要补方，就应该及时进行补方，确保混凝土的持续灌注。④拆除管道时，要认真检查管道的号码，保证管道的埋藏深度在2-6m之间，并做好浇筑和拆除管道的纪录；取下管道时，要放在中心处，要平稳，要慢速，以免吊笼，损坏或过高。⑤浇注至超出桩顶高度0.5-1.0 m处，浇注时要注意浇注最终浮浆的厚度；在混凝土浇筑完毕后，要将焊接到护筒上的短钢筋焊断，禁止过早地拔出护筒，防止桩顶混凝土夹泥，待混凝土初凝后，将护筒慢慢地竖直拔出，防止与钢筋骨架发生碰撞而产生偏位[8]。

5 结论

综上所述，在进行地铁车站围护结构的钻孔灌注桩的施工时，如果桩位的位置不准确，或者是没有达到一定的高度，或者是主体结构侧墙的尺寸和净空不够，都有可能会造成桩间喷锚的平整度降低。为提升钻孔灌注桩施工的质量，确保桩位的垂直度，本文结合一个具体的项目对钻井灌注桩的施工技术进行分析，重点对钻孔钻孔灌注桩的施工技术进行优化分析，其结果可以提高成孔工效，减少对人工资源的投资，具有良好的经济效益，值得推广和使用。