地鐵PBA工法的洞內(nèi)圍護(hù)樁優(yōu)化施工技術(shù)

崔 鼎

（中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司，河北 三河 065201）

1 工程概況

砂陽(yáng)路站車(chē)站位于砂陽(yáng)路與南京南街街交叉路口東側(cè)，車(chē)站主體位于砂陽(yáng)路下方呈東西向布置。周邊居民居多，車(chē)流量較大。

砂陽(yáng)路站為島式站臺(tái)車(chē)站，有效站臺(tái)寬度14m，車(chē)站主體結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)156m。車(chē)站為三層三跨的拱頂直墻結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)段寬22.9m，結(jié)構(gòu)頂板覆土厚度約6.4m，底板埋深約30m。車(chē)站主體采用PBA工法施工，圍護(hù)樁共計(jì)252根。

砂陽(yáng)路站為三層暗挖車(chē)站，主體結(jié)構(gòu)圍護(hù)樁均在車(chē)站上層邊導(dǎo)洞內(nèi)施工，施工難度大，效率低工期長(zhǎng)，根據(jù)最新工籌計(jì)劃，不滿足節(jié)點(diǎn)工期要求。經(jīng)調(diào)查，車(chē)站北側(cè)邊樁位于業(yè)喬權(quán)屬范圍內(nèi)，南側(cè)位于路沿石下，局部管線橫穿圍護(hù)結(jié)構(gòu)，影響較小，具備地面成樁的條件。現(xiàn)將洞內(nèi)車(chē)站主體結(jié)構(gòu)圍護(hù)樁優(yōu)化為地面成樁，如圖1所示。

圖1 圍護(hù)樁優(yōu)化對(duì)比圖

2 施工方法

砂陽(yáng)路站主體標(biāo)準(zhǔn)段采用φ1000@1400mm鉆孔灌注樁支護(hù)，小里程端頭段采用φ1000@1200mm鉆孔灌注樁支護(hù)。根據(jù)業(yè)主提供的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)勘探報(bào)告以及施工場(chǎng)地，現(xiàn)場(chǎng)決定采用正、反循環(huán)鉆機(jī)成孔，汽車(chē)吊吊裝鋼筋籠及導(dǎo)管進(jìn)行水下混凝土灌注。鉆孔灌注樁采取隔樁跳打，每間隔兩孔施作。

2.1 施工準(zhǔn)備

施工場(chǎng)地施工圍擋，平整場(chǎng)地，清除樁基位置上的雜物。根據(jù)圖紙?jiān)趪o(hù)樁位置挖設(shè)探槽。挖至原狀土后對(duì)下部采用洛陽(yáng)鏟進(jìn)行探孔測(cè)試，周邊用鋼釬扎入測(cè)試，自檢合格后上報(bào)監(jiān)理驗(yàn)收。確認(rèn)地下管線處理完畢以及地基承載力滿足施工要求鉆機(jī)才能順利進(jìn)場(chǎng)施工。

臨時(shí)用電：暫定為發(fā)電機(jī)供給鉆孔灌注樁施工。臨時(shí)用水：施工用水采主要由臨近主體結(jié)構(gòu)降水井提供，不另增加自來(lái)水接駁口。確保地基承載力滿足施工要求，鉆機(jī)才能進(jìn)場(chǎng)施工。

2.2 測(cè)量放線

使用校驗(yàn)合格的全站儀，根據(jù)建設(shè)單位提供的控制點(diǎn)坐標(biāo)及樁位平面布置圖計(jì)算出各個(gè)樁位的坐標(biāo)，使用全站儀測(cè)放樁位，隨打隨放，防止車(chē)輛碾壓或碰撞造成樁位偏差。

在測(cè)量組放樣后，在縱橫向的每側(cè)引2個(gè)控制樁，2個(gè)控制樁間距2m，鉆孔時(shí)用于控制軸線偏位。控制好護(hù)樁以后，拉好十字線，用線錘將鉆機(jī)鉆頭調(diào)整到十字線中心的位置。

2.3 埋設(shè)護(hù)筒

埋設(shè)護(hù)筒時(shí)采用汽車(chē)吊車(chē)吊運(yùn)，人工輔助完成，護(hù)筒埋設(shè)深度暫定為1.5m（根據(jù)地質(zhì)條件可調(diào)整為2m或2.5m）。護(hù)筒要采用4mm~8mm厚鋼板卷制而成，內(nèi)徑比設(shè)計(jì)樁徑大0.2m，護(hù)桶的頂部分別焊接2個(gè)圓形吊環(huán)，為澆筑完成后方便拔護(hù)筒時(shí)使用。護(hù)筒埋設(shè)前先根據(jù)樁中心位置引出4個(gè)方位角控制樁，控制樁采用木楔制作，打入土中至少30cm。4個(gè)方位角控制樁必須經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員復(fù)核無(wú)誤方可進(jìn)行護(hù)筒埋設(shè)。護(hù)筒由人工埋設(shè)，具體步驟如下：首先人工挖土1m左右，再用吊車(chē)將護(hù)筒吊放對(duì)位，位置放正后，周?chē)铕ね翐v實(shí)，避免漏漿。護(hù)筒埋設(shè)偏差不大于50mm，保證護(hù)筒垂直且頂面水平。

2.4 泥漿制備

現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)泥漿池，沉淀池，并用循環(huán)膠管連接。入孔泥漿性能指標(biāo)，應(yīng)按鉆孔方法和地質(zhì)情況確定應(yīng)符合下列規(guī)定見(jiàn)表1。

表1 制備泥漿性能指標(biāo)表

2.5 鉆進(jìn)成孔

開(kāi)孔時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員要跟進(jìn)鉆機(jī)對(duì)準(zhǔn)樁位，確保樁位無(wú)偏差后進(jìn)行施工。鉆機(jī)的鉆頭首先要提高至孔底20cm~30cm的高度，待泥漿循環(huán)通暢之后，開(kāi)始進(jìn)行鉆進(jìn)。剛開(kāi)始時(shí)宜低擋慢速鉆進(jìn)，待鉆頭全部進(jìn)入地層后方可正常速度鉆進(jìn)。鉆進(jìn)速度要和泥漿的排放量相對(duì)應(yīng)。在鉆進(jìn)過(guò)程中為防止塌孔要時(shí)刻保持護(hù)桶內(nèi)的應(yīng)有水頭，對(duì)不同的地質(zhì)分別控制好鉆壓、鉆速、泥漿的比重和泥漿量，控制好鉆桿的提升速度，不宜過(guò)快。同時(shí)保證文明施工，也要關(guān)注泥漿不會(huì)外溢。

2.6 清孔

鉆孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，經(jīng)技術(shù)員、監(jiān)理檢查確認(rèn)鉆孔合格后，就應(yīng)即開(kāi)始進(jìn)行清孔。清孔采用清水置換法，在泥漿池內(nèi)加灌清水，一邊加水一邊循環(huán)。如果泥漿過(guò)多，就應(yīng)排至現(xiàn)場(chǎng)沉淀池內(nèi)。清孔后標(biāo)準(zhǔn)：排出的泥漿沒(méi)有顆粒，泥漿比重：1.03g/cm~1.10g/cm，黏度：17s~20s；含砂率：＜2%；膠體率：＞98%。清孔后孔底的沉渣厚度應(yīng)控制在10cm以內(nèi)，如果清孔后4h因其他原因，還沒(méi)有開(kāi)始澆筑混凝土，就需要對(duì)孔底重新進(jìn)行一次清理。清孔過(guò)程中孔內(nèi)原有的水頭高度始終保持，以防塌孔。

完成第1次清孔作業(yè)后，在吊裝鋼筋籠及安裝過(guò)程中會(huì)有一些雜物掉入孔內(nèi)，另外孔內(nèi)泥漿停止循環(huán)，泥漿中的懸浮顆粒因重力因素再次下沉至孔底，當(dāng)鋼筋籠和導(dǎo)管都安裝完成后，立即進(jìn)行第2次清孔作業(yè)。通過(guò)導(dǎo)管進(jìn)行循環(huán)將泥漿壓入導(dǎo)管內(nèi)，從而置換出孔底的沉渣。

2.7 鋼筋籠制作、安裝

鋼筋籠制作實(shí)行首件制，在鉆孔灌注樁施工前加工首個(gè)鋼筋籠，自檢合格后報(bào)檢監(jiān)理工程師。經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后，須進(jìn)行首件封存管理，首件封存后須建立封存管理標(biāo)簽。

鋼筋籠加工前，對(duì)鋼筋原材進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后進(jìn)行鋼筋籠加工。鋼筋采用HPB300級(jí)鋼、HRB400級(jí)鋼。鋼筋籠主筋連接均采用機(jī)械直螺紋套筒連接。鋼筋籠吊筋采用Φ16mm圓鋼加工，每幅鋼筋籠共設(shè)2根吊筋對(duì)稱焊接于主筋上，因樁頂距地面高度為11.15m，這11.15m為空樁部分（不含主筋），后期小導(dǎo)洞開(kāi)挖時(shí)，還需要破樁，所以吊筋長(zhǎng)度設(shè)置為11.15m。

鋼筋籠的原材料以及質(zhì)量必須滿足以下要求：①鋼筋籠所用鋼筋規(guī)格、材質(zhì)、尺寸應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求和有關(guān)規(guī)程要求。現(xiàn)場(chǎng)每批進(jìn)場(chǎng)使用的鋼筋，應(yīng)有出場(chǎng)證明或檢驗(yàn)報(bào)告單，按規(guī)范要求作機(jī)械性能試抽檢。②對(duì)焊接用的鋼材，應(yīng)做可焊性和焊接質(zhì)量試驗(yàn)。對(duì)生銹的鋼筋，在使用前應(yīng)認(rèn)真除銹。③鋼筋在制作前，必須調(diào)直。調(diào)直后的主筋彎曲度應(yīng)不大于長(zhǎng)度的1%，并不得有局部彎折。④箍筋采用點(diǎn)焊方式與主筋連接，接觸點(diǎn)隔一焊一或隔一扎一，梅花形布置焊條須采用E50系列焊條。焊縫寬度0.4d，高度8mm，焊縫等級(jí)為三級(jí)。鋼筋籠主筋保護(hù)層為70mm，鋼筋籠下部收口角度為15°。⑤鋼筋切斷必須采用無(wú)齒鋸切割，鋼筋切口端面必須與鋼筋軸線垂直，不得有馬蹄形或翹曲，嚴(yán)禁使用切斷機(jī)并且采用打磨機(jī)對(duì)鋼筋端頭進(jìn)行打磨平整。

待清孔合格后，開(kāi)始鋼筋籠吊放作業(yè)。起吊點(diǎn)設(shè)在鋼筋籠箍筋與主筋連接處且吊點(diǎn)對(duì)稱并一次性吊起。現(xiàn)場(chǎng)采用的是25t汽車(chē)吊車(chē)下放鋼筋籠，由人工輔助對(duì)準(zhǔn)孔位吊出吊放。鋼筋籠吊放過(guò)程要保持垂直、輕放、慢放入孔，不得左右旋轉(zhuǎn)，若遇阻礙應(yīng)停止下放，查明原因進(jìn)行處理，嚴(yán)禁強(qiáng)制下入。為防止?jié)补嗷炷吝^(guò)程中鋼筋籠因浮力而上浮，現(xiàn)場(chǎng)在鋼筋籠的最上端設(shè)橫向的定位筋并焊接牢固。由于整體鋼筋籠過(guò)長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)分節(jié)吊裝鋼筋籠，吊車(chē)無(wú)法一次性起吊，鋼筋籠采用分節(jié)預(yù)制，分節(jié)吊裝。先將底部第一節(jié)鋼筋籠入孔，然后采用Φ40mm的鋼管從鋼筋籠主筋間穿過(guò)，將鋼筋籠固定在孔口，吊車(chē)在吊裝第二節(jié)鋼筋籠，與第一節(jié)鋼筋籠接頭對(duì)齊后，主筋采用直螺紋鋼套筒進(jìn)行連接。主筋連接完畢將箍筋按設(shè)計(jì)焊接，然后再將鋼筋籠入孔。鋼筋頂部端頭采用預(yù)留接駁器，待破除樁頭后進(jìn)行冠梁內(nèi)鋼筋連接如圖2所示。

圖2 鋼筋籠主筋接駁器安裝示意圖

2.8 水下砼灌注

當(dāng)清完孔并鋼筋籠安裝完成后，立即灌注C30P10混凝土。混凝土灌注時(shí)的坍落度為18cm~22cm，混凝土澆灌盡量縮短時(shí)間，連續(xù)作業(yè)。

在進(jìn)行混凝土灌注的過(guò)程中，需要對(duì)首灌量進(jìn)行計(jì)算，滿足導(dǎo)管首次埋深和填充導(dǎo)管底部需要。首灌量如公式（1）所示。

式中：為首批混凝土灌注量，m；為樁孔直徑，m；為樁孔底到導(dǎo)管底的距離，0.4m；為導(dǎo)管初次埋深，m；為導(dǎo)管內(nèi)徑，m；表示當(dāng)樁孔內(nèi)部混凝土高度達(dá)到時(shí)，導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱平衡導(dǎo)管外或泥漿壓力所需的高度，m。

導(dǎo)管安裝：導(dǎo)管應(yīng)采用直徑為25cm~30cm的鋼管，最底節(jié)的長(zhǎng)度應(yīng)不小于4m，中間節(jié)可用2m~3m。再配2~3節(jié)0.5m~1.5m的短管，作為灌注時(shí)的調(diào)整。導(dǎo)管的內(nèi)壁必須光滑、圓順，沒(méi)有明顯的參差不齊，內(nèi)徑必須一致、其偏差不大于+2mm，接口處要用密封膠圈封密實(shí)。

第一批次混凝土的初凝時(shí)間不得早于灌注整體混凝土完成的時(shí)間。待圍護(hù)樁混凝土澆筑至小導(dǎo)洞底板（30.108m）標(biāo)高時(shí)，在利用導(dǎo)管繼續(xù)灌注C15回填混凝土（空樁部分的混凝），直至地面標(biāo)高。

3 施工質(zhì)量要求及控制重點(diǎn)

3.1 鉆進(jìn)成孔的質(zhì)量要求

鉆進(jìn)成孔的質(zhì)量要求有以下3點(diǎn)：1）鉆進(jìn)過(guò)程中，利用水平靠尺抽查鉆機(jī)是否發(fā)生了位移，如果有了偏差及時(shí)調(diào)整鉆機(jī)位置。2）當(dāng)發(fā)生地層變化時(shí)，及時(shí)放慢鉆機(jī)速度，并及時(shí)反饋給技術(shù)員，分析排查原因，嚴(yán)禁野蠻施工。3）成孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度時(shí)，技術(shù)人員及時(shí)對(duì)孔位、孔徑、孔深、孔形及垂直度進(jìn)行檢驗(yàn)，孔深控制以測(cè)繩測(cè)出的周邊四點(diǎn)平均值為準(zhǔn)。垂直度用驗(yàn)孔器檢測(cè)為準(zhǔn)，并及時(shí)上報(bào)監(jiān)理工程師驗(yàn)收，合格后方可進(jìn)行下道工序施工。

3.2 鋼筋籠制作質(zhì)量控制方法

鋼筋籠的制作過(guò)程中必須嚴(yán)格控制以下幾點(diǎn)：1）鋼筋籠主筋控制采用已加工好的卡扣件進(jìn)行控制。2）鋼筋保護(hù)層采用定位筋控制鋼筋保護(hù)層，每5m一環(huán)，每環(huán)3個(gè)，梅花型布置。Ⅲ鋼筋原材采用無(wú)齒鋸進(jìn)行切割，確保切割面垂直度便于后期鋼筋籠連接。考慮鋼筋籠為一級(jí)接頭，接頭處于同一斷面，現(xiàn)場(chǎng)鋼筋籠按奇偶樁號(hào)進(jìn)行分別吊裝，長(zhǎng)短鋼筋籠在奇偶樁號(hào)上位置要錯(cuò)開(kāi)。3）對(duì)已檢驗(yàn)合格的端頭螺紋加以保護(hù)。鋼筋端頭螺紋戴上保護(hù)帽，并按規(guī)格分類(lèi)堆放整齊待用。

3.3 鋼筋籠機(jī)械連接注意事項(xiàng)

鋼筋籠采用的是機(jī)械連接方法，要遵循以下要求：1）首先必須采用合格的套絲機(jī)進(jìn)行鋼筋端頭的螺紋加工。螺紋的螺距、牙形等必須與連接套螺距、牙形一致且經(jīng)配套的量規(guī)檢測(cè)合格，根據(jù)《鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》（JGJ107—2010）要求螺紋量規(guī)精度應(yīng)符合6f要求。2）在鋼筋端頭加工螺紋時(shí)，必須采用專業(yè)的車(chē)絲機(jī)潤(rùn)滑液。3）操作人員必須逐個(gè)認(rèn)真地對(duì)鋼筋切頭使用打磨機(jī)進(jìn)行打磨并檢查鋼筋端頭螺紋的外觀質(zhì)量。4）現(xiàn)場(chǎng)所有鋼筋籠均采用I級(jí)正絲接頭連接，在同一截面進(jìn)行連接。5）鋼筋籠主筋采用直螺紋套筒連接，相鄰主筋的接頭應(yīng)間隔錯(cuò)開(kāi)且間距大于35（為鋼筋直徑），在同一截面上的接頭不得多于總根數(shù)的1/21。

3.4 水下灌注砼的技術(shù)要求

該工序采用水下灌注砼，必須滿足以下要求：1）在水下灌注混凝土?xí)r，嚴(yán)格控制導(dǎo)管的最小埋深，以保證樁身混凝土連續(xù)均勻，不使其裹入混凝土上面的浮漿皮和土塊等，防止出現(xiàn)斷樁。確保混凝土澆灌順利進(jìn)行，混凝土澆灌過(guò)程中混凝土面應(yīng)高于導(dǎo)管底部下口2.0m為宜，為保證每次拆除導(dǎo)管順利進(jìn)行，混凝土埋深導(dǎo)管的深度不能大于6m。2）在澆灌混凝土過(guò)程中，當(dāng)下料導(dǎo)內(nèi)混凝土含有空氣時(shí)，后批次的混凝土應(yīng)緩慢灌入漏斗和導(dǎo)管內(nèi)，不允許將混凝土滿斗一下倒入管內(nèi)，避免因管內(nèi)的高壓氣體，將導(dǎo)管的密封膠圈擠出。3）考慮樁頂混凝土鑿除后需施做冠梁，灌注混凝土的澆注面要高出樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高0.5m，樁頂標(biāo)高為29.608m，灌注實(shí)際標(biāo)高為30.108m處，澆筑標(biāo)高如圖3所示，以保證樁頂混凝土的強(qiáng)度質(zhì)量。4）灌注過(guò)程要保護(hù)安設(shè)在鋼筋籠上的監(jiān)測(cè)元件。5）在灌注首批混凝土之前在漏斗中放上砂袋或球膽充當(dāng)隔水塞，然后再放入混凝土，砂袋（球膽）直徑大小能自由通過(guò)導(dǎo)管即可。

圖3 樁頂混凝土灌注標(biāo)高示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，將洞內(nèi)成樁技術(shù)優(yōu)化為地面成樁施工技術(shù)，進(jìn)一步提高了車(chē)站圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，同時(shí)縮短了原來(lái)在洞內(nèi)成樁的工期，提高了施工效率，節(jié)約了成本以及降低了在洞內(nèi)成樁的安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。該施工技術(shù)明顯改善了其施工環(huán)境，可為今后同類(lèi)型PBA工法的暗挖車(chē)站工程提供參考。