地鐵車站工程明挖基坑鉆孔灌注樁施工技術

潘斌

（中國水利水電第八工程局有限公司，長沙410004）

0 引言

鉆孔灌注樁+鋼管內支撐是當前我國地鐵明挖基坑支護主要采用的結構形式，鉆孔灌注樁承受外部車輛行走產生的側壓力以及土壓力、水滲透壓力等，因此其工程質量的優劣直接關系地鐵明挖車站基坑施工安全和臨近建筑物的安全。本文結合以往地鐵基坑開挖施工經驗，從鉆孔灌注樁測定樁位、埋設護筒、樁機就位、成孔、清孔、鋼筋籠制作與安裝、水下混凝土澆筑等主要施工環節進行分析研究，并根據其施工特點，較為全面、系統的總結對其施工質量的控制措施，以提升鉆孔灌注樁的施工質量，確保地鐵車站基坑明挖施工的安全。

1 前期準備

地鐵工程一般地處都市，鉆孔灌注樁施工前，要做好施工范圍內的綠化改遷、交通導改以及管線改遷等工作，具體前期準備工作要點如下：

一是修建施工便道。沿鉆孔樁周圍布置沖孔鉆機、旋挖鉆機、履帶吊機和混凝土罐車行走道路，對道路進行硬化，使道路滿足灌注樁樁施工機械等行走安全，施工過程中及時清除泥漿渣土。

二是建設輔助施工的臨時設施。修建圍擋，設置鋼筋半成品堆放場、泥漿池、渣土坑和洗車槽等臨時設施，做好臨時用電設施布置以及水管的引進。

三是做好施工污水的處理。施工生產區處設置沉淀池，在圍擋的四周設排水明溝，將截水排至沉淀池經過三級沉淀后，排入相應市政污水管網中。

四是建立測量控制基準點。為保證施工控制的精確性，施工時根據設計提供的基準點設置施工測量控制網，建立測量控制基準點，利用測量控制網控制和校正軸線、標高等，確保施工精度。

此外，在鉆孔樁正式施工前，根據設計圖紙，選擇典型區域，由施工、設計、業主單位確定試驗樁，按設計、規范要求和施工參數進行，以核對已有的地質資料、工程設備、技術要求及工藝是否適當。

2 鉆孔灌注樁施工技術及質量控制

在鉆孔灌注樁施工時，規范落實各道工序，根據地層情況合理選擇鉆進工藝，包括干式鉆進、泥漿護壁鉆進等，每道工序檢查合格后方可進入下一道工序，確保成孔質量合格，防止出現質量、安全事故。

2．1 測量放線

根據設計施工圖確定測量控制軸線，計算并復核各樁點的放樣資料，正確無誤后進行實地測設樁位，樁位放樣后，放樣的樁位進行100%復核，并根據施工現場具體情況設置樁點護樁，以便施工時能準確埋設護筒，鉆機精確定位。

2.2 埋設護筒

護筒用鋼板制作，內徑比鉆孔所用鉆頭直徑大100mm，長度大于1.5m，鋼板厚不少于5mm，如果地質較好，可以適當減少至不少于1.2m，頂部用角鋼加固，并安裝2～4 個提升環及留1～2 個溢漿口，溢漿口對準循環槽。埋設護筒應埋入地下深度不少于1m，用粘土分層回填夯實，護筒中心軸對準測定的樁位中心偏差不得大于20mm。

2.3 鉆機就位

鉆孔樁施工采取分批跳孔施作。鉆機就位前，必須先將樁孔周邊墊平，根據建筑機械使用安全規范，旋挖鉆機安全作業坡度不得大于2°。鉆機就位后，為避免超鉆或少鉆，測量鉆機平臺標高，控制鉆孔深度。正式鉆孔前，須經監理工程師檢查驗收同意，鉆機先進行運轉試驗，檢查好機況。

2.4 鉆孔

在鉆孔施工時，包括干式、濕法作業兩種，分別適用于不同地層，前者地層自身穩定性較好，后者采用泥漿護壁，需做好泥漿處理，防止對周邊環境造成污染。

2.4.1 干鉆成孔

黏結性好的土層、穩定礫巖層采用干式鉆進工藝。鉆進初期，低速鉆進，直至護筒下1m 正常鉆進。鉆進過程中，地質情況不同，鉆頭選用不同形式的，注意土層變化，根據實際地層情況對鉆進參數進行調整，鉆至設計標高后停止鉆進。

2.4.2 泥漿護壁及成孔（濕鉆）

濕法作業是指受水影響條件下的作業，對灌注樁濕法作業一般采用回轉鉆或沖擊鉆等，此法需泥漿護壁，成孔后孔內充滿泥漿，灌樁砼時一般采用置換法。

泥漿配制。制漿前，先將粘土打碎，放入水中攪拌，新制、再生泥漿均由專人負責質量檢驗，要求粘土含膠體率≥95%，含砂率≤4%。成孔期間，可能存在需調整泥漿指標的情況，因此需備一定的粘土、膨潤土。

泥漿管理。場地內應設兩套沉淀池、循環池，以減少場地占用和泥漿污染。沉淀池、循環池均設于基坑內側，通過泥漿循環溝與樁孔溝通。泥漿池采用挖機就地開挖，且應盡量避開砼支撐梁的位置。沉淀池和循環池大小可設3×3×1.5m。成孔施工時，先采用正循環鉆進，進入砂層后采用反循環鉆進，正循環系統為泥漿經鉆機注入孔底，由孔口溢出，從泥漿溝流入至沉淀池，再到循環池，最后再用泥漿泵抽注入鉆機內至孔底形成一個循環系統；反循環系統為泥漿經鉆機抽排至沉淀池，再到循環池，最后從泥漿溝流入到孔內。

鉆進成孔。開孔前啟動泥漿泵，泥漿正循環正常后，才能開動鉆機。成孔過程中，邊鉆進邊注入泥漿護壁，并根據地層情況調整參數，如在進入砂層后，正循環改為反循環。

泥漿護壁要求。鉆孔樁成孔較困難，施工期間為避免槽壁塌孔，槽內泥漿面必須高于地下水位1m 以上，在砂層施工時應適當提高泥漿比重與粘度增加泥漿儲備量。基坑范圍存在淤泥、淤泥質粘土砂層，需對泥漿進行回收利用。

2.4.3 清孔、拆桿、移機

干鉆施工時，鉆至設計深度后，采用旋挖斗清孔，實時關注電腦深度顯示值，當顯示值為鉆進深度顯示值時，原位正向旋轉4～5 轉，將孔底沉渣旋入容斗，提出卸渣。為保證清孔效果，在完成第一次掏渣后，使用測繩對孔深進行檢測，若是檢測結果與鉆進深度相同，則清孔合格，否則繼續清渣。

完成鉆孔后，做好孔深、孔徑、傾斜度的檢測工作，所有項目檢測結果均符合要求，方可開始下一道工序。在下放鋼筋籠前，需重新對孔深進行測量，觀察是否存在塌孔的情況，及時判斷是否需開展二次清孔工作。

2.5 鋼筋籠制作、安裝

現場施工時，科學確定鋼筋籠的制作和吊裝方案，方案分為分節吊裝和一次性吊裝。

2.5.1 分節吊裝

將加工好的鋼筋籠用平板拖車通過便道運至樁位處，一般利用50t 履帶吊分節吊放，采用孔口焊接，分節長度應按孔深、起吊高度和孔口焊接時間合理選定。孔口焊接時，上下主筋位置應對正，保持鋼筋籠上下軸線一致。第一節安放就位后，用鋼管卡住，立馬吊第二節鋼筋籠，根據現場施工實際情況確定采用單面焊接或者雙面焊接，其中雙面焊接搭接長度不小于5d，單面焊接搭接長度不小于10d。焊牢后繼續下放鋼筋籠，直至設計標高。

2.5.2 整體吊裝

根據計算鋼筋籠的總量結果，若50t 履帶吊能滿足吊裝需求，則在現場采用整體吊裝。

2.6 水下混凝土灌注

下放鋼筋籠結束后，立即灌注混凝土。導管采用Ф258絲扣連接，導管應在地上作水密封試驗，試驗壓力不得低于0.3MPa。灌注前先根據測孔情況判斷混凝土所需的大致方量。導管盡量置于孔的中間，管口與孔底保持30～50cm 的距離，確保管內混凝土暢通。灌注前先放隔水球于導管中，將混凝土面與泥漿液面隔開，灌注時，混凝土通過自重將管內泥漿從下部管口排出，達到液封的目的。確保第一次連續灌注的混凝土使下部導管埋入混凝土的深度不小于0.8m。混凝土澆注應保持連續進行，澆注過程中應勤量測，勤拆管，始終保持導管埋深在2.0～6.0m 左右，同時根據測量結果判斷孔內有無異常情況，嚴禁將導管提出混凝土面，形成斷樁。當混凝土面高度已超過設計樁頂標高0.5～1m 時，這時導管應盡量緩慢拔出，保證樁頂混凝土面慢慢彌合，避免造成泥漿進入導管拔除后的空洞內，形成夾泥樁。

混凝土采用商品混凝土，灌注樁混凝土強度、坍落度等性能指標按設計、規范要求配置。混凝土澆注前應隨車有混凝土質保書、配合比單，并對混凝土坍落度及和易性檢查合格后，方可進行澆注。且應經常到混凝土供應商處檢查水泥、砂、石、外加劑等質量。

為確保樁頭混凝土質量，樁身混凝土澆注高度需比設計樁長高50cm，澆注過程應作好詳細記錄。

2.7 成樁質量檢查

完成混凝土灌注后，做好成樁質量檢查工作，具體檢查項目與標準如表1 所示。

表1 成樁質量標準

混凝土樁成品成品后必須檢查，檢查采用無損檢測，所有基樁混凝土質量達到Ⅱ類樁以上標準。Ⅰ類樁達90%以上，嚴禁出現Ⅲ類樁。

3 鉆孔施工中常見問題與處理方法

在進行鉆孔施工時，若是鉆進參數選用不當或是控制不到位，極易導致各種安全、質量問題的出現，下文主要就幾種常見問題加以分析。

3.1 塌孔

常見塌孔事故，根據發生位置的不同可分為兩類：一是孔內坍塌，此類問題需及時判斷坍塌位置，并進行回填處理，一般回填至塌孔以上1～2m，同時增大泥漿比重、加高水頭；若是塌孔嚴重，可全部回填后重新鉆孔；二是孔口坍塌，此類問題需將護筒拆除，回填后重新埋設護筒。

3．2 彎孔和縮孔

如發生嚴重彎孔、探頭石時，需使用小片石、卵石與黏土混合物進行回填，當填料沉實后重新鉆進；對于存在不嚴重的彎孔和縮孔現象，將鉆頭提至偏斜處反復掃孔，直至鉆孔正直。

3.3 卡鉆

針對此類問題，需查明發生原因、位置，使鉆頭松動后再提起，切勿強提。

3.4 掉鉆

發生掉鉆時，若是必須進入鉆孔，首先需查明孔內是否存在有害氣體，同時也要備齊相關防護設備，現場由專人指揮，切實保證工作人員的安全。

3.5 斜孔

鉆孔灌注樁施工中，要求鉆桿、鉆頭、護筒中心處于同一鉛垂線，鉆進期間使用側錘、經緯儀檢測，防止出現斜孔問題。

鉆進前，鉆機需就位平穩，護筒保持垂直，且施工過程中應經常復查鉆機的水平及對中情況；鉆進時一旦遭遇障礙物，需根據實際情況對鉆進參數進行調整，確保鉆具垂直。

3.6 坍孔

鉆進過程中，進入砂性土層后，降低鉆進速度，保證砂層段的泥皮可較好護壁；鉆進過程中，加入新鮮泥漿，進入流砂、松散土層后增大泥漿密度。

針對輕度坍孔問題，可適當增大泥漿密度、提高漿位；針對嚴重坍孔問題，在孔內投入粘土泥膏，直至孔壁穩定后，低速鉆進，垂直下放鋼筋籠。

3.7 護筒冒頂的預防

埋設護筒時，采用跳孔埋設，清除地層表面雜填土，用粘土回填夯實，并將護筒深入粘土層中，地面下有障礙物及管線的，采用高護筒施工。

3.8 混凝土灌注過程中常見問題及處理措施

完成鉆孔后需進行混凝土灌注，要求嚴格按施工組織設計落實各項作業，幾種常見問題如下，需做好相關預防與處理工作。

3.8.1 導管進水

在混凝土灌注時，若是導管底口出現進水的情況，可能原因主要有以下幾種：一是首批混凝土儲量不足；二是導管底口與孔底相距過大，混凝土下落后無法將底口埋沒。

處理方法：一旦發現問題立刻提出導管，并使用泥石泵吸出混凝土；若是必要將鋼筋籠提出，然后下放骨架、導管，重新灌注。

3．8.2 卡管

混凝土灌注期間，若是出現卡管情況，可能原因如下：一是混凝土坍落度過小；二是管口的混凝土已初凝；三是泥漿比重過大。

處理方法：基于上述原因分析，在灌注前需對混凝土的坍落度進行檢查，確保指標合格；灌注期間，嚴格把握好混凝土初凝時間，防止導管被埋無法提出。

3.8.3 塌孔

灌注過程中塌孔的表現主要為護筒內水（泥漿）位驟然上升又驟降，并冒出氣泡。

處理方法：包括保持水頭或加大水頭、移開重物或機械振動等，使用吸泥機將孔內泥土吸出。若是塌孔停止，恢復灌注；若是塌孔還在繼續，需提出導管，將混凝土鉆開抓出，并使用粘土摻砂礫回填，重新鉆孔。

3.8.4 埋管

混凝土灌注期間，若是發現導管無法拔出，其原因分析如下：

①鋼筋籠質量差，部分鋼筋籠的鋼筋插入導管吊環內，對此需正反轉動導管，導管與鋼筋籠分離后繼續澆注。

②導管埋深過大或混凝土初凝，導管無法提升。

3.8.5 浮籠

在水下混凝土灌注中，浮籠是一種較為常見的事故。在水下混凝土施工時，要求埋管較深，混凝土連續灌入，減小對鋼筋籠的沖擊；混凝土面進入鋼筋籠一定深度后，適當提升導管，防止鋼筋籠上浮。

若是已經出現浮籠問題，必須第一時間處理，可以多根直徑6cm 鋼管套住鋼筋籠主筋再焊在護筒上，以免鋼筋籠上浮。

4 施工質量保證措施

鉆孔灌注樁施工質量直接關系到地鐵車站工程明挖基坑安全性，對此需構建完善的質量保證體系，落實材料、人員管理以及各道工序檢查工作，具體施工質量保證措施如下：

①建立健全質量保證體系及工序質量檢測流程，配置滿足施工現場管理的質控人員。

②建立質量約束激勵機制，提升員工的責任心和工作積極性。

③提升現場施工管理人員的業務能力和質量意識。編制質量控制明白卡，使質檢人員掌握施工工藝和質量控制要點以及需質量控制的主要技術指標、工藝參數等；加強對現場施工人員加強質量教育和開展多形式的質量活動。

④嚴格把好進場材料質量關。鋼筋、水泥、砂石料等原材料進場后必須檢驗合格后方可使用。

⑤加強施工過程的質量控制，確保規范規定的檢驗、抽檢頻率，保證質量指標合格。

⑥特種作業人員要持證上崗，經考試合格的人員才能上崗作業，作業中嚴格按規范和規程執行。

⑦樁孔各項質量指標必須按規范要求進行控制和檢查，沉渣檢測用重錘進行測定。

⑧認真填寫各項原始報表，嚴格執行“三檢”制度，混凝土澆筑前需簽發澆筑令，準確計算各項數據和做好資料的收集及整理工作。

⑨建立質量追溯機制。研究強化落實工程隊施工管理人員、質檢人員、具體施工操作人員的質量責任，確保相關人員履職到位。質檢日志對每班施工部位的施工情況和主要施工人員等做好相關記錄和留下相關影像資料，每個工程部位完成，出現問題，能追溯到承擔該部位施工的施工管理人員、質檢人員、具體操作人員等。

5 結束語

鉆孔灌注樁深度是綜合基坑開挖深度、內支撐設置、地下水等因素確定，灌注樁每道施工工序質量技術參數都應達到相關要求。每道施工工序可能出現的質量問題及相應的處理措施是工程建設過程中不斷實踐經驗的總結。