長螺旋鉆孔泵壓混凝土后插鋼筋籠在北京地鐵施工中的應用

孔宏

摘要： 結合北京地鐵7號線環球影城站主體圍護結構工程實例，探討長螺旋鉆孔泵壓混凝土后插鋼筋籠施工工藝以及配套裝置的工作原理、性能特點、適用范圍和施工方法。

Abstract： Based on the example of the main envelope structure of Universal Studios Station in Beijing Metro Line 7， the construction technology of long auger drilling hole pumping concrete rear reinforcement cage and the working principle， performance characteristics， application scope and construction method of supporting device are discussed.

關鍵詞： 長螺旋鉆孔；后插鋼筋籠；泵壓混凝土；配套裝置；施工工藝

Key words： long auger drilling hole；rear reinforcement cage；pumped concrete；supporting device；construction technology

中圖分類號：U231+.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）21-0119-03

1 工程概況

北京地鐵7號線環球影城站是7號線東延與八通線南延的換乘站，也是兩條線路的終點站，包括1站4區間（環球影城站、站前明挖區間、站后折返區間），總長約827m。其中車站總長347.8m，為雙島型式站臺，有效站臺寬度為16m+16m，標準段寬61.7m，基坑深度10.42～13.2m，雙層段高度14.1m，三柱四跨結構；單層段高度8.75m，單層段上部設置鋼結構屋面，屋面上方分種植區域及采光區域。站后折返區間長373.2m（含區間風井），基坑深度10.42～13.2m，矩形框架斷面10.9m×8.75m（寬×高）。站前明挖區間長106.85m，基坑深度10.1～12.57m，標準段矩形框架斷面10.9m×8.75m。

車站及兩端相接區間施工工法為明挖法，圍護結構均采用“樁+錨”的結構形式，圍護樁共計1383根，樁徑0.6m，樁間距1.3m，樁長11.42～16.5m，車站混凝土強度等級為C35.P8，兩端區間為C30。

2 水文和地質情況

2.1 水文

根據本工程所在區域地下水條件以及工程地質特性，本工程地表以下50m深度范圍內地下水分為上層滯水、潛水、承壓水（一）和承壓水（二），詳細情況如下：

2.1.1 上層滯水

水位埋深6.55～9.75m，高程10.94～13.32m，水量不大。主要賦存于④層粉質黏土層中。主要接受大氣降水和自來水、雨水、污水等地下管線的垂直滲漏補給，不同地段含水層的滲透系數相差很大，補給方式和補給量懸殊較大，形成上層滯水分別不均勻，水位不連續、高低變化很大的特點。上層滯水的動態隨季節、大氣降水及地表水的補給變化而變化。

2.1.2 潛水

主要賦存于埋深10～18m內的⑤層砂類土層中，穩定水位埋深10.60～11.90m（高程9.27～10.21m），主要接受大氣降水入滲及地下水側向徑流補給，以蒸發及地下水側向徑流、人工開采為主要排泄方式，本層水位平均年變幅約為2～3m。

2.1.3 承壓水（一）

主要賦存于埋深16m～28m內的⑦層砂類土層中，含水層厚度約1～7m，測壓水位高程為-0.09～-1.53m，水頭高度約為1.5～1.6m。含水層上方隔水層主要為⑥層粉質黏土，因⑥層粉質黏土個別地段缺失，本層承壓水局部地段與上層潛水連通。

2.1.4 承壓水（二）

主要賦存于埋深20m以下的⑨層砂類土層中，測壓水位高程為-3.937.56～-4.69m，水頭高度約為1.6～2.7m。含水層上方隔水層主要為⑧層粉質黏土，因⑧層粉質黏土個別地段缺失，本層承壓水局部地段與上層承壓水連通。

本站基坑深度10.1～13.2m，主要受上層滯水（一）及潛水（二）影響，底板未進入承壓水。

2.2 地質情況

本工程所在場地土層主要由人工填土、新近沉積土和第四紀沖洪積土組成。按其成因、結構特征、土性的不同和物理力學性質上的差異，可分為12大層及分屬于各層的亞層，從新至老分述如下：

2.2.1 人工填土（Q4ml）

①素填土：場地內大部分地段分布，褐黃色；以黏質粉土、粉質黏土為主，夾有少量磚渣、白灰，植物根系等。

①1雜填土：局部地段缺失，雜色；稍濕，稍密；以建筑垃圾為主，局部含少量生活垃圾。

2.2.2 新近沉積土（Q4al+pl）

②黏質粉土：主要分布在蕭太后河以南地段，黃褐色，稍濕，稍密，含云母，氧化鐵等。

②1粉質黏土：局部地段缺失。黃褐色，稍濕，可塑，含云母、氧化鐵等。

②2砂質粉土：僅個別鉆孔揭露。黃褐色，稍濕，中密，含云母、氧化鐵等。

一般第四紀沖洪積層（Q4al+pl），其巖性主要以黏性土、粉土及砂土交互層為主。

3 支護方案設計

本工程基坑采用“樁+錨”組合結構形式支護，樁采用？準600@1300，樁長11.42～16.5m，嵌入底板以下3.5m、4m，錨索采用一樁一錨形式，采用三道錨索（局部2道），錨索直徑為150mm，？準s15.2級鋼絞線。環球影城站混凝土強度等級為C35.P8、站前和站后區間為C30，灌注樁上部為鋼筋混凝土冠梁和擋土墻。樁間土隨基坑開挖進行網噴支護，鋼筋網為？準6@150×150mm，噴射混凝土強度等級為C25。

4 圍護樁后插鋼筋籠施工工藝及配套裝置的原理

本工程圍護樁一開始考慮采用最常規的旋挖鉆水下混凝土灌注施工工藝，但綜合考慮諸多因素后，包括施工場所的地理位置、常規施工工藝對場區環境的影響、施工成本、施工進度等因素，發現由于施工場區地表以下只有2～4m 深度范圍內是人工填土，其余下部范圍內都是粘性土、粉土、砂土，并且多是粉質粘土、黏性粉土，在這種情況下，常規施工工藝無法滿足施工需求，后經過考察和專家論證，最終采用了長螺旋鉆孔泵壓混凝土后插鋼筋籠施工方法。

后插鋼筋籠法是采用長螺旋鉆機鉆孔施工，鉆至設計樁底標高處后在提鉆過程中采用泵送混凝土的方式進行樁身混凝土灌注，最后采用振錘振動的方法把鋼筋籠插入混凝土并達到預定位置的施工工藝。

當前社會無論是在工業建筑地基基礎施工中，還是在民用建筑地基基礎施工中，素混凝土樁或 CFG 樁施工都具有廣泛的應用空間，其優勢是超方量小、施工速度快、機械化作業程度高等，具有其它施工工藝無法企及的特點，其所成樁體為混凝土壓灌素混凝土樁，不僅樁體混凝土體均勻，而且大大改善了樁體與土體之間的關系，增加了樁體的承載能力，因此，其被廣泛應用在有流砂、卵礫石、地下水等復雜地層的場區中，已經成為了當前最流行的環保型施工裝備，具有效率高、無泥漿污染、無噪聲的特點。但需要注意的是在鋼筋籠插入素混凝土樁體內過程中，由于鋼筋籠自身剛度不高，在插入期間很容易導致嚴重的彎曲變形，影響鋼筋籠的正常工作。為保證鋼筋籠順利插入混凝土中，將鋼筋籠底部做成尖錐形，且在1/2位置處架設一道D20加勁箍筋。示意圖如圖1。

5 配套裝置的特點

在工作狀態下，振動管能夠和鋼筋籠下部機地結合為一體，鋼筋籠下部施以向下的拉力，如此不僅解決了鋼筋籠容易出現的彎曲變形等問題，還大大減少了籠端阻力，有益于確保整個施工項目質量。

當初灌成樁混凝土和易性較好時，可利用鋼筋籠與振動管、振動樁錘三者的自重及共同振動，讓鋼筋籠順利沉入到樁體指定位置，確保施工場區各參數都符合相關規范標準。

配套的吊車起吊下籠裝置的使用，不僅將成孔-成樁的間歇時間縮短了，還大大提高了現有技術的成樁效率。

6 適用范圍

本工程采用的配套振動裝置可在市區施工，因為它不僅解決了鋼筋籠無法下到底的問題，還具有噪聲低的特點，是一種優越的綠色環保施工裝置。其被廣泛應用在有局部配筋的基礎樁施工、基坑護坡樁、通長配筋的基礎樁、抗拔樁等施工中，具有其它常規施工工藝無法企及的優勢，未來其應用范圍必將更加寬廣。

7 施工方法

在長螺旋鉆具等配套設施連貫完成并形成素混凝土樁后，先將長螺旋鉆具迅速移離孔口，然后快速將孔口雜土清理干凈，再利用專門的吊車起吊偏心振動錘，將大剛度振動管連同鋼筋籠一起置于初成的素混凝土樁孔內，利用自重下去后，打開偏心振動錘，利用大剛度芯管的下端管口對鋼筋籠下部鋼筋鉤的振動下拉力，將鋼筋籠下入素混凝土樁內設計的任何深度，摘掉鋼筋籠的鋼絲繩，起吊提升振動錘和振動管，在起吊超過樁深度約1/3后，關閉振動錘，緩慢起吊，直到振動裝置與鋼筋籠完全脫離并從混凝土中抽出。

注意事項：

①定樁位時，用鋼釬打入地面以下 1m，用石灰填滿夯實，防止鄰樁施工時造成樁位偏移；

②本工藝中泵送混凝土宜采用細石混凝土，骨料粒徑控制在5～16mm，和易性要好，塌落度控制在220～260mm，以利于鋼筋籠的插入。

③鉆進速度宜控制在1.0～1.5m/min內，混凝土泵送時拔管速度應控制在2.5m/min內。

④混凝土振搗時樁底與樁身要留振多于10 s。

⑤鋼筋籠底部收口要牢固，防止鋼筋籠下插振動時變形或散架；鋼筋籠振動裝置連接組裝應在泵送混凝土前完成，既縮短時間又可防止混凝土失水過多；在鋼筋籠的插入過程中，要求保持起吊適當，鋼絲繩以能使裝置保持正直而不緊繃為宜，為使鋼筋籠保持豎直，籠頂外加鋼絲繩需進行人工調整。

8 結語

通過北京地鐵7號線環球影城站圍護樁施工實踐證明，本工程中采用的長螺旋鉆孔泵壓混凝土后插鋼筋籠施工成樁效率比普通旋挖工藝提升2～3倍（平均每天可成樁25根左右），尤其是在含有地下水、砂層、卵礫石的復雜地層更顯優越性，同時實現了現場文明施工、降低了工程造價、加快了施工進度，取得了較好的經濟效益，樹立了良好的工程形象。

結合北京地鐵施工點多、線長、工期緊、任務重、低噪音要求、在高樓林立繁華市區內安全文明施工要求高，因此建議該施工工藝可在地鐵明挖法施工的車站和區間隧道圍護樁施工中推廣應用。

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