黃土地區(qū)PBA暗挖車站洞內(nèi)邊樁施工技術(shù)研究

王東星 （誠合瑞正風(fēng)險(xiǎn)管理咨詢有限公司，北京 100855）

PBA工法的基本原理[1～2]，是在暗挖和明挖方法的基礎(chǔ)上結(jié)合起來，主要應(yīng)用于交通條件較為繁忙、城市地下管線類型較多、無法采用明挖法施工的城市中心區(qū)域的地鐵車站。PBA暗挖車站的基本指導(dǎo)思想是“化大為小、化整為零”，施工完小導(dǎo)洞后，在小導(dǎo)洞施工洞內(nèi)圍護(hù)邊樁、冠梁、底縱梁、中樁（柱）、頂縱梁等結(jié)構(gòu)部位。PBA暗挖車站最初的受力體系由樁（邊樁和中樁）、梁（頂部和底部的梁）、拱（二襯扣拱）這三個(gè)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行支撐，并承受上部巖土體傳來的荷載。車站主體結(jié)構(gòu)在拱頂、圍護(hù)邊樁的保護(hù)下，逐步向下開挖，逐步施工主體結(jié)構(gòu)并完成施工。暗挖車站主體結(jié)構(gòu)施工之前，邊樁的質(zhì)量是保證主體結(jié)構(gòu)后期施工安全質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵因素。本文以西安黃土地區(qū)第一個(gè)暗挖車站作為工程背景，對洞內(nèi)樁施工進(jìn)行研究。

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

廣濟(jì)街站屬于西安六號線二期工程項(xiàng)目中的一個(gè)標(biāo)段，該工程項(xiàng)目位于西安市碑林區(qū)西大街處，車站主體結(jié)構(gòu)位于西大街正下方，車站平面走向?yàn)闁|西方向。車站的主體結(jié)構(gòu)為地下兩層，總長度為208m，車站標(biāo)準(zhǔn)段的寬度為19.9m，標(biāo)準(zhǔn)段的高度為16.73m，車站主體結(jié)構(gòu)埋深約從地表往下10.4m。4個(gè)出入口分別位于車站主體的東北、東南、西南、西北4個(gè)角部位置。車站設(shè)有2組風(fēng)道，其中2號出入口和Ⅱ號風(fēng)道共用。廣濟(jì)街車站的兩頭均為區(qū)間盾構(gòu)隧道，車站提供盾構(gòu)空推過站場地。廣濟(jì)街站總平面圖見圖1，廣濟(jì)街站標(biāo)準(zhǔn)段橫剖面圖見圖2。

圖1 廣濟(jì)街PBA暗挖車站總平面圖

圖2 廣濟(jì)街PBA暗挖車站標(biāo)準(zhǔn)段橫剖面圖

廣濟(jì)街站位于西安市繁華地帶，距離鐘樓西僅約500m，車流量較大，地下管線較多且不具備導(dǎo)改條件，場地條件嚴(yán)重被限制，無法明挖施工，只能采用暗挖工法。廣濟(jì)街暗挖車站主體結(jié)構(gòu)采用單柱雙跨直墻雙聯(lián)拱的結(jié)構(gòu)形式，采用PBA（樁～梁～拱）工法進(jìn)行施工，車站從東往西共設(shè)置3座施工豎井及橫通道，1、3號井位于西大街南側(cè)，2號井位于西大街北側(cè)。廣濟(jì)街暗挖車站洞內(nèi)邊樁采用洞內(nèi)機(jī)械成樁施工。廣濟(jì)街暗挖車站洞內(nèi)邊樁設(shè)計(jì)有310根，其樁身直徑1.0m，樁身長度位于29.43m～33.95m之間，相鄰樁中心之間的距離為1.5m，樁身成孔作業(yè)時(shí)采用“隔三施一”的方法跳打鉆孔作業(yè)。

1.2 水文地質(zhì)

廣濟(jì)街PBA暗挖車站所處地層分部情況為1-1雜填土（土質(zhì)不均，欠壓實(shí)～壓實(shí)）、1-2素填土（土質(zhì)不均，粘性土為主）、3-1-2新黃土（土質(zhì)欠均勻，可塑）、3-2古土壤、3-3粉質(zhì)黏土（土質(zhì)均勻，可塑）、3-6中砂（級配不良，中密）、4-3粉質(zhì)黏土（土質(zhì)均勻，可塑）、4-6中砂（級配不良，密實(shí)）。車站小導(dǎo)洞洞內(nèi)樁身穿越的各個(gè)地層厚度情況分別為3-2古土壤1.6m～4.2m、3-3粉質(zhì)黏土14.20m～24.80m、3-6中 砂 1.10m～4.40m、4-3粉質(zhì)黏土2.90m～13.20m、4-6中砂1.10m～6.00m。

廣濟(jì)街暗挖車站的地下水賦存較淺，從地表往下約為10.00m～10.40m，主要以孔隙潛水的形式賦存于地層中，旱季、雨季時(shí)水位變化不大。

2 暗挖車站洞內(nèi)邊樁施工工藝流程

廣濟(jì)街暗挖車站洞內(nèi)邊樁施工工藝流程圖，見圖3。

圖3 暗挖車站洞內(nèi)邊樁施工工藝流程圖

3 主要施工工藝分析

3.1 泥漿池、回漿管和排渣管管路

采用豎井作為泥漿池，需對豎井底部鋪設(shè)?8@150mm*150mm雙層鋼筋網(wǎng)后，澆筑200mm厚C20混凝土進(jìn)行臨時(shí)封底。封底前用挖掘機(jī)+人工對井底進(jìn)行平整、碾壓、夯實(shí)，同時(shí)在豎井內(nèi)緊貼豎井壁焊接3mm厚鋼箱作為臨時(shí)泥漿池，以達(dá)到隔水作用。施工前對豎井壁的四周布設(shè)變形監(jiān)測點(diǎn)，加強(qiáng)監(jiān)測。采用豎井作為泥漿池進(jìn)行使用，采用回漿管和排渣管進(jìn)行泥漿循環(huán)。施工期間泥漿循環(huán)與碴土外排管路，見圖4。

圖4 泥漿循環(huán)與碴土外排管路圖

3.2 鉆孔設(shè)備的選型

為保證洞內(nèi)邊樁施工的安全性、經(jīng)濟(jì)性，鉆機(jī)的選型需要考慮地層、導(dǎo)洞凈空、成孔效率、機(jī)械穩(wěn)定性、人員熟練程度、經(jīng)濟(jì)性等因素。綜合考慮，本工程采用洞內(nèi)低凈空反循環(huán)鉆機(jī)，該鉆機(jī)的特點(diǎn)[3]是鉆孔施工采用泥漿泵抽送至工作面，泥漿進(jìn)入樁孔后，在反循環(huán)鉆機(jī)的鉆頭切削攪拌下，樁孔內(nèi)的渣土一起被中空的鉆桿內(nèi)吸走回流至泥漿池，鉆孔需要泥漿時(shí)從泥漿池用泥漿泵反復(fù)抽取即可使用。對于洞內(nèi)低凈空反循環(huán)鉆機(jī)成孔具有施工效率較高、空間和地層適應(yīng)性強(qiáng)、清孔工作用時(shí)短、不易產(chǎn)生塌孔等優(yōu)點(diǎn)，主要用于粉土、砂土、黏土和砂卵石等地層。洞內(nèi)低凈空反循環(huán)鉆機(jī)在低凈空作業(yè)的影響下，成孔效率較高，約3.5小時(shí)即可成孔一根直徑1m、樁長29.43m的鉆孔灌注樁。

廣濟(jì)街站洞內(nèi)圍護(hù)邊樁采用KYZ-180反循環(huán)鉆機(jī)，使用功率達(dá)到140kW，排渣泵功率為90kW，供漿泵型號為WQ-500-12，功率為37kW。車站樁基施工屬于黃土地區(qū)首次采用洞內(nèi)樁工藝進(jìn)行施工，車站標(biāo)準(zhǔn)段小導(dǎo)洞內(nèi)底板以下樁長29.43m，樁身鉆孔地層主要穿越古土壤、粉質(zhì)黏土、中砂、粉質(zhì)黏土。在該地層中，局部含有砂層，厚度從0.3m～3m分布不均勻，存在塌孔風(fēng)險(xiǎn)，鉆孔施工作業(yè)過程中采用泥漿護(hù)壁，從而保證鉆孔作業(yè)過程中的可靠性。泥漿護(hù)壁成孔時(shí)，孔口采用鋼筋混凝土護(hù)筒，深0.8m，壁厚100mm～180mm，確保鉆進(jìn)作業(yè)正常進(jìn)行，作業(yè)過程中及時(shí)控制鉆孔作業(yè)垂直度，根據(jù)施工情況隨時(shí)調(diào)整。

車站小導(dǎo)洞寬4m、高4.5m，為適應(yīng)實(shí)際的空間要求，反循環(huán)鉆機(jī)尺寸長寬高為5996mm×1500mm×3100mm，能夠很好地適應(yīng)洞內(nèi)反循環(huán)鉆孔低凈空作業(yè)，且樁位施工時(shí)距離導(dǎo)洞邊墻僅202mm，也能夠很好地進(jìn)行鉆孔。鉆孔作業(yè)施工現(xiàn)場，見圖5，洞內(nèi)圍護(hù)邊樁距導(dǎo)洞邊墻最近距離僅為202mm，具體見圖6。

圖5 洞內(nèi)低凈空反循環(huán)鉆機(jī)鉆孔圖

圖6 洞內(nèi)樁身距導(dǎo)洞邊墻最近距離202mm

3.3 鋼筋籠的加工、制作和安裝

因鋼筋籠的安裝只能在小導(dǎo)洞內(nèi)進(jìn)行，且小導(dǎo)洞的寬4m、高4.5m，車站標(biāo)準(zhǔn)段鋼筋籠長29.43m，按照原材9m鋼筋長度進(jìn)行考慮，每節(jié)鋼筋籠長度按照2.5m、2.25m和2m進(jìn)行尺寸加工，標(biāo)準(zhǔn)段1根樁身鋼筋籠分13節(jié)進(jìn)行制作、加工、安裝。樁身主筋加密區(qū)采用2428mm，主筋非加密區(qū)采用1228mm，箍筋加密區(qū)采用?12@100mm，主筋非加密區(qū)采用?12@150mm，加強(qiáng)筋采用20@2000mm，鋼筋籠外側(cè)采用定位鋼筋采用16@2000mm，確保鋼筋保護(hù)層厚度70mm。對現(xiàn)場加工的鋼筋籠進(jìn)行抽檢，用通規(guī)、止規(guī)、鋼卷尺等抽檢鋼筋籠的加工質(zhì)量。

鋼筋籠分段制作、分節(jié)吊裝，縱向受力鋼筋接頭百分率為100%，采用接頭一級機(jī)械連接。洞內(nèi)邊樁樁身鋼筋籠加工、運(yùn)輸、安裝嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)圖紙和規(guī)范要求，確保樁身質(zhì)量。鋼筋接駁器連接完成的鋼筋籠采用扭矩扳手進(jìn)行抽檢。為保證后期洞內(nèi)樁身頂鋼筋頂部絲頭，保證后期鋼筋向上接長至冠梁的錨固長度，澆筑混凝土前，鋼筋絲頭采用“鋼筋接駁器+保護(hù)蓋”的方式進(jìn)行保護(hù)，以防水泥漿與絲頭接觸或在樁頭混凝土浮漿鑿除過程中破壞鋼筋籠絲頭，影響后期鋼筋籠的錨固接長。洞內(nèi)圍護(hù)邊樁鋼筋籠的吊裝、樁身混凝土的澆筑采用多功能灌注機(jī)進(jìn)行配合。

3.4 施工過程中泥漿的制備

通過對本黃土地區(qū)廣濟(jì)街暗挖車站洞內(nèi)樁身鉆孔地層進(jìn)行分析可知，樁身鉆孔地層主要為可以自行造漿的黏性土層，部分樁身位于中砂層的平均厚度約2m～3m，中砂層位于樁孔孔底上方2m～8m不等。

雖然在泥漿護(hù)壁作業(yè)的情況下，但依然存在塌孔的風(fēng)險(xiǎn)[4～6]。因樁身鉆孔地層主要位黏性土中，且塑性指數(shù)不小于17，樁身孔內(nèi)注人清水后，通過洞內(nèi)低凈空鉆機(jī)鉆頭攪拌切削下造漿，制備的泥漿其自身的相對密度應(yīng)位于1.1～1.2。洞內(nèi)樁成孔的過程中，定期安排專業(yè)技術(shù)人員測定泥漿相對密度、黏度、含砂率和膠體率等相關(guān)參數(shù)，保證各項(xiàng)指標(biāo)處于正常范圍，其中樁孔內(nèi)的泥漿黏度應(yīng)保持在18s～22s，泥漿含砂率應(yīng)為4%～8%，泥漿的膠體率應(yīng)大于90%。在樁身使用洞內(nèi)低凈空反循環(huán)鉆機(jī)鉆孔的過程中，必須使泥漿的液面始終高出地下水位1m以上。

3.5 樁身混凝土的澆筑

洞內(nèi)圍護(hù)邊樁成孔后，按照要求先測量孔深，達(dá)到設(shè)計(jì)深度后然后清孔，孔底的泥渣通過低凈空反循環(huán)鉆機(jī)中空的鉆桿內(nèi)部排走，樁身清孔合格的標(biāo)準(zhǔn)主要包括以下幾點(diǎn)：泥漿稠度為1.05、粘度為19s、含砂率小于4%、孔底的沉渣厚度小于100mm。清孔完成后，樁孔內(nèi)下導(dǎo)管、澆注水下混凝土?xí)r，各節(jié)導(dǎo)管的連接應(yīng)牢固、緊密，各節(jié)導(dǎo)管之間采用圓形橡膠密封圈進(jìn)行密封，澆筑樁身混凝土之前并對其密封效果進(jìn)行試驗(yàn)。

洞內(nèi)圍護(hù)邊樁樁身混凝土澆筑時(shí)在豎井邊采用車載地泵，配合輸送管將混凝土送入料斗和導(dǎo)管中。暗挖車站洞內(nèi)樁身混凝土澆筑前，混凝土澆筑導(dǎo)管底部與樁孔底部之間的合理應(yīng)距離控制在300mm～500mm，洞內(nèi)樁身混凝土灌注過程中導(dǎo)管應(yīng)埋入混凝土2m～6m。

4 結(jié)論

PBA暗挖地鐵車站圍護(hù)樁的質(zhì)量，關(guān)系著后續(xù)車站主體施工的安全。在高度、寬度有限的小導(dǎo)洞內(nèi)施工鉆孔灌注樁，需要根據(jù)施工現(xiàn)場實(shí)際情況提前預(yù)判，把控好人員素質(zhì)、材料質(zhì)量、設(shè)備穩(wěn)定性、安全、成本、質(zhì)量、進(jìn)度等每一環(huán)節(jié)的全過程管理，是保證樁身質(zhì)量的必要條件。也只有這樣，后續(xù)主體結(jié)構(gòu)施工過程中才能達(dá)到安全高效率施工、達(dá)到降本增效的效果和目標(biāo)。廣濟(jì)街站PBA暗挖車站洞內(nèi)邊樁的成功實(shí)施，為后續(xù)西安黃土地區(qū)地鐵建設(shè)提供了極大的參考價(jià)值和借鑒意義。