地鐵明挖車站中鉆孔灌注樁施工技術(shù)運(yùn)用分析

陳泓予 韓邦棟 王婭梅

1.北京城市快軌建設(shè)管理有限公司 北京 100000 2.北京城市副中心工程建設(shè)管理辦公室 北京 100000 3.中海文慧（北京）建設(shè)有限公司 北京 100000

在地鐵車站基坑開挖過程中，樁身的豎向度及位置的準(zhǔn)確性可直接影響車站主體的質(zhì)量。如果樁位定位精度不高，或者樁的垂直度沒有達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，都會(huì)對挖掘的結(jié)果產(chǎn)生很大的影響，從而導(dǎo)致樁間噴射錨桿的平面性不好。對此，需要加強(qiáng)鉆孔灌注樁施工的全過程管理，提高基礎(chǔ)施工技術(shù)，從而避免地鐵明挖車站鉆孔并且基坑中的主體結(jié)構(gòu)的側(cè)面的空間也不夠大。

1 項(xiàng)目基本情況

某市一座島式地鐵站共設(shè)有6個(gè)地上出入口，4個(gè)應(yīng)急出口，3個(gè)臨時(shí)通風(fēng)窗，3個(gè)通風(fēng)窗。從上到下的地層構(gòu)造以素填土，粉質(zhì)粘土，強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，中風(fēng)化花崗巖為主并有微風(fēng)化的花崗巖，而施工中的車站是在中微風(fēng)化的花崗巖中，地下水位大約3.5m?？傮w而言，該工程建設(shè)區(qū)的工程地質(zhì)情況良好，水下埋藏深度不大。

2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)

(1)A1至A2段根據(jù)其深淺及周圍情況來判定其安全級別為1類。根據(jù)該區(qū)段所處的環(huán)境條件、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等，經(jīng)過計(jì)算分析、技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較，工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)采取擬1000 mm鉆井灌注樁+內(nèi)支撐方案，圍護(hù)樁間距1200 mm（標(biāo)準(zhǔn)段1300 mm）。標(biāo)準(zhǔn)段支撐采用1道混凝土支撐+2道鋼支撐，第一道混凝土支撐斷面為600 mm×800 mm，水平間距控制在9 m，第二、三道采用800 mm鋼管支撐，水平間距控制在4.5 m。第一、第二、第三和第四道支撐，分別支撐在一個(gè)鋼筋混凝土的冠梁和一個(gè)鋼腰梁上，并設(shè)置一個(gè)連續(xù)的和一個(gè)臨時(shí)的支柱進(jìn)行了減震，以增強(qiáng)支撐的穩(wěn)定性，并在支撐上預(yù)先施加一個(gè)鋼支撐，以防止墻壁和墻外面的土體產(chǎn)生過大的變形[1]。

(2)載荷的確定。在對該車站的地下建筑進(jìn)行整體分析時(shí)，需要對其進(jìn)行相應(yīng)的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性計(jì)算。按照每一階段所產(chǎn)生的載荷大小，對其在極限和正常服役條件下的承載力進(jìn)行了分析，并采用《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB 50009—2012)》中所規(guī)定的載荷的分項(xiàng)系數(shù)和復(fù)合系數(shù)進(jìn)行了分析。

(3)對支擋進(jìn)行分析。在與水、土壓力和支撐構(gòu)成一個(gè)平衡系統(tǒng)中，可以將其視為垂直的彈性基礎(chǔ)梁，對其在建設(shè)和服役階段的真實(shí)應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行分析和仿真。在施工過程中，支撐樁要承擔(dān)所有的土壤側(cè)壓力和地表過載的影響，按照“先變形，后支撐”的原理，將結(jié)構(gòu)的初始位移量和支撐的變形都考慮進(jìn)去，并利用一組不能被拉的彈性來描述土壤對結(jié)構(gòu)的影響[2]。

3 常見施工問題

3.1 孔位及鋼筋骨架偏位

在某鐵路工程中，由于施工過程中存在的孔洞和鋼筋骨架偏移等問題，導(dǎo)致了施工過程中的一些問題。①在施工放線過程中，由于施工技術(shù)和施工技術(shù)的原因，造成施工現(xiàn)場施工中鉆孔樁位點(diǎn)的錄入出現(xiàn)誤差；只有一人進(jìn)行測量和放樣，在進(jìn)行樁定位的時(shí)候，只能進(jìn)行一個(gè)點(diǎn)的定位，而且只能進(jìn)行一次定位，沒有做好樁與樁之間的互相檢查和周期性的復(fù)測；鉆孔樁工人沒有責(zé)任感，沒有仔細(xì)地埋好護(hù)樁線，在施工過程中護(hù)樁線被撞擊而被移走，沒有定期或不定期地對護(hù)樁線與鉆孔樁的中心是否一致進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)鉆孔樁的中心有偏差，害怕調(diào)節(jié)樁機(jī)的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)問題，所以就隨便移動(dòng)護(hù)樁線，鋼筋骨架安裝人員只是安裝完畢，沒有對鋼筋骨架進(jìn)行對中校核等；項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人沒有提前對樁位及鋼筋骨架施工要求，與施工員及鉆井樁工作人員展開了一次詳盡的交底，也沒有對鉆進(jìn)及鋼筋骨架安裝過程中，有可能出現(xiàn)的孔位及鋼筋骨架偏位問題，給出了一個(gè)合理的解決辦法。②護(hù)套的真圓度、中心位置和垂直度沒有達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；在吊裝過程中，由于沒有使用平衡器，造成了框架的變形。③由于在淤泥表面之下很難找到框架的中心，所以在儲(chǔ)藏或吊裝時(shí)容易發(fā)生變形，如果沒有確保上、下軸線，則會(huì)造成框架在進(jìn)入孔洞時(shí)容易發(fā)生頂籠的傾斜。④定位筋因其容易刮墻，容易陷進(jìn)土中，很難確保其框架與樁身的中心線一致，所以定位筋的定位精度較差；采用“浮漂法”很難準(zhǔn)確地測定出鋼筋骨架的中心位置，而且在需要拆卸的時(shí)候也不能及時(shí)地測定出鋼筋骨架的中心位置；雖然滾壓墊塊不容易刮墻，但是因?yàn)闃渡砩喜勘荒酀{浸透后變得很柔軟，滾壓墊塊很容易擠壓到上面的孔壁而造成鋼筋框架的錯(cuò)位；在水下澆筑時(shí)，由于鋼筋框架的安裝不牢固，或者在拆除管道時(shí)與框架相撞而產(chǎn)生錯(cuò)位。⑤由于施工人員在夜晚沒有足夠的光照條件下，不能精確放置鋼筋骨架，在嚴(yán)寒或高溫條件下測量誤差較大，以及工作中懈怠，工作態(tài)度不負(fù)責(zé)等都會(huì)造成鉆孔灌注樁孔位置和鋼筋骨架位置偏差[3]。

3.2 混凝土夾泥及斷樁

在某鐵路建設(shè)中，由于施工過程中產(chǎn)生了大量的泥漿，導(dǎo)致了施工中的斷樁。①由于鉆井工人水平不夠，不負(fù)責(zé)任，在拆卸管道時(shí)不小心撞到了鋼筋框架，撞到了孔壁導(dǎo)致孔壁泥石塊掉落，工程技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)沒有進(jìn)行實(shí)際而高效的技術(shù)培訓(xùn)，沒有提前給打樁工們講解海底混凝土的質(zhì)量要求，第一次澆筑的體積，管道的安拆，以及在海底澆筑時(shí)遇到的各種問題，沒有給打樁工們提供一個(gè)合理的解決辦法。②樁機(jī)的機(jī)械裝置，由于年代久遠(yuǎn)，在水下澆筑時(shí)，會(huì)發(fā)生震動(dòng)，碰撞，脫落的泥土，或者造成不能使用的破損，從而產(chǎn)生水泥夾著泥土和斷裂的情況；目前采用的沉管是一種密封性能不佳的沉管，沉管中的泥漿會(huì)從沉管中滲入到膠結(jié)體中。③混凝土原料達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，混凝土供給跟不上，混凝土工作性能不好，混凝土難以澆筑，鋼筋骨架上浮，刮墻剝落，造成混凝土夾泥，甚至斷樁。④灌注樁成孔后排空過快，混凝土澆筑不夠及時(shí)，空樁時(shí)間過長，泥漿質(zhì)量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，造成孔壁坍塌或沉淀物過多；第一次澆筑沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，沒有把基坑的淤泥全部沖洗出來，管道拆除過早，超過了水泥表面，造成了斷樁。⑤在夜晚，由于光線不夠，拆除管道容易與鋼筋骨架發(fā)生撞擊，高溫天氣下的混凝土初凝固時(shí)間很少，在加砼不夠快的情況下，很容易發(fā)生斷裂[4]。

4 鉆孔施工作業(yè)優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1 測量放線

施工團(tuán)隊(duì)要根據(jù)設(shè)計(jì)單位所提供的要求與控制站點(diǎn)等，建立起一套科學(xué)而又完整的圍護(hù)樁施工導(dǎo)線點(diǎn)，并在當(dāng)前提條件下利用全站儀等現(xiàn)代儀器進(jìn)行軸線引測。在施測圍護(hù)樁高程、中心等參數(shù)時(shí)，可以通過換點(diǎn)施測等手段精確地確定樁身位置及高程。施工團(tuán)隊(duì)在一系列施測工作結(jié)束后，立即將有關(guān)的信息報(bào)告給監(jiān)理處，并交給監(jiān)理主要負(fù)責(zé)人對整個(gè)項(xiàng)目內(nèi)容、施工環(huán)節(jié)和技術(shù)方法等進(jìn)行審核。經(jīng)最終驗(yàn)收合格后，才能采用所測量出的位置。在進(jìn)行工程建設(shè)的過程中，需要對基坑進(jìn)行定期監(jiān)測。采用“隔一打一”法進(jìn)行施工，將施工過程中產(chǎn)生的擾動(dòng)降至最低，保證施工過程中的成樁質(zhì)量。

4.2 護(hù)筒加工與埋設(shè)

在對基樁位置進(jìn)行全面深入的復(fù)查后，就可以展開護(hù)筒埋地工作。有關(guān)施工人員需將滿足工程規(guī)范的鋼板材料，加工制造為鋼質(zhì)護(hù)筒，其長度約為3米。通常，需要制造出的鋼套管沒有滲漏和空隙，各部位的焊點(diǎn)要緊密。在進(jìn)行了鋼筋砼灌注工作之后，必須立即將鋼護(hù)筒拉拔，以便下一次使用。從總體上來說，在埋設(shè)過程中，鋼護(hù)筒的工作方式以手工方式進(jìn)行，在周圍使用泥土等特殊的物質(zhì)對其進(jìn)行加固，護(hù)筒的頂端應(yīng)該在距離地面0.3 m的地方。特別要指出的是，鋼護(hù)筒埋芯位置的平面偏差通常要控制在±50 mm范圍以內(nèi)。在進(jìn)行護(hù)筒埋設(shè)作業(yè)之前，施工團(tuán)隊(duì)要在樁體位置挖鑿2 m左右的深坑，并在保證地下結(jié)構(gòu)和管線部署沒有任何問題的情況下進(jìn)行護(hù)筒埋設(shè)。在護(hù)筒埋設(shè)完畢后，施工人員必須準(zhǔn)確地對樁位進(jìn)行定位，并接受專業(yè)的監(jiān)督和檢驗(yàn)，在確認(rèn)無誤后，才可進(jìn)行開鉆工作[5]。

4.3 泥漿制拌

工程隊(duì)可以在明掘站的兩側(cè)設(shè)置一個(gè)淤泥槽，并在此基礎(chǔ)上增加一個(gè)淤泥槽，以滿足工程現(xiàn)場的鉆探工作需要。在這一階段，以手工操作為主，采用挖土機(jī)挖土方式，采用高強(qiáng)度的施工工藝，對泥漿配制和攪拌工作進(jìn)行。施工人員可添加適量的水和膨潤土，使泥漿比例保持在1.3-1.5，并保持泥漿總體粘度18-25 s。在進(jìn)行鉆進(jìn)操作的過程中，要對多種外部影響進(jìn)行全面的分析，主要包括天氣條件、空氣質(zhì)量、地質(zhì)情況等方面，并在此基礎(chǔ)上對護(hù)壁液的濃度進(jìn)行合理的優(yōu)化。在進(jìn)行泥漿制備過程中，必須做到下列事項(xiàng)：一是根據(jù)工程的具體條件，采集了相應(yīng)的土樣，對土樣物質(zhì)的各種性質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了全面的測試和評價(jià)。為了保證鉆井液的總體質(zhì)量，必須在鉆井液中進(jìn)行最終檢測。二是根據(jù)所需的貯存狀態(tài)，對所需的水泥進(jìn)行攪拌，并將試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行詳盡的記載。三是配制好的水泥要放置24小時(shí)以上，以保證水泥的性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后才能使用。四是根據(jù)工程實(shí)際情況，對攪拌池、循環(huán)池、沉降池和儲(chǔ)漿池進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，保證整個(gè)漿池的容量和容量，滿足工程建設(shè)的要求[6]。

4.4 鉆孔

在鉆機(jī)開始鉆之前，必須對鉆機(jī)平臺(tái)、樁位和鉆盤核心點(diǎn)位進(jìn)行全面的檢測，從而保證孔位的偏差能夠被控制在標(biāo)準(zhǔn)的范圍之內(nèi)。在施工過程中，必須以較慢的速率進(jìn)行，當(dāng)鉆到距離護(hù)管大約1米的深度時(shí)，應(yīng)以較低的速率進(jìn)行。在鉆井過程中，要利用鉆機(jī)將井筒取出，向前旋轉(zhuǎn)，將井眼內(nèi)的原生土壤進(jìn)行深層切削?？墒广@筒轉(zhuǎn)動(dòng)3-5次，使鉆孔中不會(huì)有殘余的泥土粘在鉆筒上，從而使卡鉆的機(jī)率降到最小。在卸載過程中，首先要把取土筒從鉆孔中取出，然后把它放到空地上進(jìn)行卸載。在成孔過程中，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場條件，加入適量的穩(wěn)定劑。為了使孔內(nèi)有足夠的穩(wěn)定液體，能夠改善孔壁的平衡性，必須使其水平面高于地下水位1 m。施工人員需要對最后的成孔進(jìn)行全面的檢查，檢查的重點(diǎn)是孔形，孔徑，傾斜等。在鉆井過程中，要根據(jù)地層的壓載狀況來確定地層的地質(zhì)狀況。在鉆井進(jìn)入雜填土構(gòu)造段，應(yīng)適時(shí)加強(qiáng)對鉆頭和井內(nèi)水位的觀察。若出現(xiàn)泥漿漏流，則應(yīng)立即停止鉆進(jìn)，并回填泥土，加強(qiáng)護(hù)壁后，再重新啟動(dòng)鉆進(jìn)作業(yè)，并在該情況下，提高泥漿的總體濃度。如果發(fā)現(xiàn)鉆孔范圍內(nèi)的地質(zhì)條件與設(shè)計(jì)方案之間有很大的差異，就要立即將有關(guān)的信息匯報(bào)給監(jiān)理單位和設(shè)計(jì)人員，并且在未取得相應(yīng)的施工許可的情況下，不能私自進(jìn)行施工。將挖掘出來的泥土，通過專門的機(jī)械，迅速運(yùn)送到相應(yīng)的地點(diǎn)，并對孔口進(jìn)行徹底的清洗，以避免由于土壤壓力過大，造成的孔壁塌陷、扭曲等問題。

4.5 檢孔與清孔

在孔深滿足了要求之后，首先要做的就是對孔徑和垂直度等有關(guān)參數(shù)的深層探傷。待最后檢驗(yàn)結(jié)果滿足工程需要后，方可進(jìn)行井眼清理工作。對鉆井作業(yè)進(jìn)行驗(yàn)收的方法是：在孔中安放4-6倍樁徑的孔規(guī)，若孔規(guī)能全部接觸到孔底部，則為其各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了相關(guān)要求。對孔深進(jìn)行測量，可使用鋼尺和測繩進(jìn)行測量。當(dāng)鋼筋籠不能安放于孔內(nèi)底部時(shí)，應(yīng)在第一時(shí)間使用鉆具進(jìn)行鉆進(jìn)調(diào)整，直到能夠全部觸及到底部位置[7]。

4.6 水下混凝土灌注

①在鋼筋框架下降完畢后，立即下降通過了水密承壓力測試和節(jié)點(diǎn)拉伸測試的管道，管道應(yīng)該有一個(gè)數(shù)字，并且標(biāo)明了尺寸，在下降的過程中，應(yīng)該是一個(gè)緩慢而穩(wěn)定的過程，以防止管道與鋼筋框架發(fā)生撞擊，導(dǎo)致管道下降。②安裝好管道后，再次清井，直到鉆井液達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為止；在泥漿指數(shù)和沉淀層厚度達(dá)到規(guī)定的情況下，要及時(shí)進(jìn)行水下澆筑，防止鉆孔坍塌。③砼原材料必須達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，拌合體在澆筑之前，必須對其工作性能及均勻度進(jìn)行檢測；第一次澆筑時(shí)，必須保證管道的埋設(shè)深度在1m以上，管道的基底完全填充；要對混凝土灌注速度進(jìn)行嚴(yán)格控制，防止鋼筋骨架上浮。在進(jìn)行澆筑的過程中，應(yīng)該頻繁地對混凝土面高度進(jìn)行測量，并將其與灌入混凝土量折算值進(jìn)行對比，以此來確認(rèn)是否有坍孔、擴(kuò)孔等現(xiàn)象發(fā)生，并確認(rèn)混凝土方量的充足程度，如果確實(shí)需要補(bǔ)方，就應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)方，確?；炷恋某掷m(xù)灌注。④拆除管道時(shí)，要認(rèn)真檢查管道的號碼，保證管道的埋藏深度在2-6m之間，并做好澆筑和拆除管道的紀(jì)錄；取下管道時(shí)，要放在中心處，要平穩(wěn)，要慢速，以免吊籠，損壞或過高。⑤澆注至超出樁頂高度0.5-1.0 m處，澆注時(shí)要注意澆注最終浮漿的厚度；在混凝土澆筑完畢后，要將焊接到護(hù)筒上的短鋼筋焊斷，禁止過早地拔出護(hù)筒，防止樁頂混凝土夾泥，待混凝土初凝后，將護(hù)筒慢慢地豎直拔出，防止與鋼筋骨架發(fā)生碰撞而產(chǎn)生偏位[8]。

5 結(jié)論

綜上所述，在進(jìn)行地鐵車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)的鉆孔灌注樁的施工時(shí)，如果樁位的位置不準(zhǔn)確，或者是沒有達(dá)到一定的高度，或者是主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻的尺寸和凈空不夠，都有可能會(huì)造成樁間噴錨的平整度降低。為提升鉆孔灌注樁施工的質(zhì)量，確保樁位的垂直度，本文結(jié)合一個(gè)具體的項(xiàng)目對鉆井灌注樁的施工技術(shù)進(jìn)行分析，重點(diǎn)對鉆孔鉆孔灌注樁的施工技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析，其結(jié)果可以提高成孔工效，減少對人工資源的投資，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，值得推廣和使用。