地鐵下穿區域灌注樁成孔精度控制研究

李卓成，都基貴，趙一飛，王海濤

（1.中交第一航務工程局有限公司，天津 300461；2.中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116001；3.中交一航局生態工程有限公司，廣東 深圳 518107）

0 引言

旋挖鉆孔灌注樁有成孔速度快、單樁承載力高，對各類地質條件適應性強、擾動小等特點，但是由于該工程的隱蔽性，因此施工過程中檢查困難，成孔質量較難控制。樁位偏移、斜樁是工程施工中常見質量問題。深圳市某水質凈化廠工程一灌注樁群樁基礎施工區域為地鐵盾構穿越區域，實樁長度長，對成孔精度要求高，且旋挖過程穿越較厚的淤泥層，地質條件對成樁影響大。為了滿足施工過程中對成樁精度的要求，在成孔過程中采用 GPS-RTK 和垂球法相結合的方式對樁位及垂直度精度進行控制，并采取其他相關措施進一步提高成樁精度。

1 工程概況

1.1 項目簡介

深圳市某水質凈化廠工程位于寶安區沙井街道，處于茅洲河下游臨近珠江口處。場區位于茅洲河和德豐圍涌之間，左側距茅洲河堤岸約 200 m，右側距德豐圍涌堤岸約 100 m，距出海口約 2.0 km。

灌注樁施工區域位于場區西南側，為灌注樁群樁筏板基礎，總樁位數為 100，其中 59 根樁處于地鐵盾構影響范圍內。施工場地平均標高 +2.00 m，設計樁徑d=1.20 m，設計樁頂標高 -3.75 m，入中風化巖≥1 m，允許樁位偏差 5 cm，允許垂直度偏差 1 %。根據地勘探明中風化巖層標高在 -38.00～-51.00 m，平均鉆孔深度約為 45 m。本工程采用徐工 XRS-1050 型旋挖鉆機，使用d=1.40 m 的 6 m 臨時鋼護筒進行定位護壁。

1.2 地質情況

1.3 地鐵下穿影響

本工程灌注樁群樁基礎有地鐵盾構穿越，穿越段地基隧道埋深約 13～15 m，隧道項距離構筑物底板約6.8～8.8 m，筏板與地鐵隧道邊界豎向凈距 5.5～9.8 m，灌注樁樁身與地鐵隧道邊界水平凈距最小為 1.5 m，樁間距沿軌道線路方向最小間距為 3.6 m（見圖 1）。

圖1 地鐵穿越區域平面布置圖

2 樁位放樣應用與控制

2.1 點位放樣方案比選

常規點位放樣通常采用 GPS-RTK 放樣與全站儀放樣兩種方式，前者具有方便、快捷、全天候作業等特點，后者放樣精度高、數據穩定，由于儀器原理不同，兩者適用范圍也不盡相同。表 1 列出了各自的適用要求。

表1 GPS-RTK、全站儀放樣比選表

根據設計要求，本工程灌注樁樁位精度要求控制在 5 cm 內，作業環境為開闊、無遮擋的露天環境，施工時間為 2021 年 4～8 月，歷經深圳市雨季，且施工進度緊張，需要在夜間進行放樣、復測等工作。結合實際情況，全站儀放樣受到光線、天氣影響大；GPS-RTK 放樣既可以滿足設計精度要求，且方便、快捷，機動性高，能夠簡化施工流程，有助于提高施工效率，最終選用 GPS-RTK 放樣方法。

2.2 垂球法測量垂直度

垂直度測量有垂球法、游標卡尺測量方法等，本次因受護筒內作業空間限制，故選用了對作業空間要求較低的垂球法進行測量監測。垂球法是測量傾斜度的最基本方法，具有適用范圍廣、操作方便簡單、反映數據直觀準確等優點。

利用垂球法測量所需要的工具有水平尺、吊線、三角垂球。具體操作步驟如下。

1）將水平尺放置于護筒上，確保氣泡處于中間位置，確保護筒粗平。

2）緩慢下放垂球，吊線下放長度為L，輕調吊線，使垂球上沿微貼于護筒內壁，直至垂球不再擺動。

3）使用鋼尺測量垂線頂與護筒內壁距離為a。

4）使用式（1）計算護筒垂直度⊥。

式中：m為距離，m。

5）應對選取等邊三角形點位對護筒垂直度進行核正，避免因護筒細微變形造成測量誤差（見圖 2）。

圖2 垂球法測量護筒垂直度示意圖

2.3 成孔精度控制流程

灌注樁成孔精度控制包含點位放樣、點位復測、護筒垂直度測量、終孔樁位垂直度確認等步驟，具體流程如圖 3 所示。

圖3 灌注樁成孔精度控制流程圖

2.4 樁位放樣與垂直度測量

2.4.1 樁位放樣與復核

樁位放樣是灌注樁測量控制過程中的關鍵環節之一，一旦點位放樣不準或是樁位偏移，有可能需要重新進行鉆孔甚至廢樁。實時動態（RTK）定位技術是以載波相位觀測值為根據的實時差分 GPS 技術，其由基準站、流動站和數據鏈組成，建立無線數據通訊是實時動態測量的保證［1］。

使用 GPS-RTK 對樁位進行放樣步驟如下。

1）由主辦技術員和測量員分別提取各樁位設計坐標值，數據核對無誤后將數據輸入至 GPS 手簿中。

2）打開 GPS 基站，在控制點復核儀器精度，GPS 流動站要在控制點復核以后再進入現場使用。

3）在手簿中選擇放樣點位，開始放樣。

4）在放樣點位上插入標志物，以標志物為圓心，畫圓并撒石灰粉標記，并在外圍打下護樁，用于下護筒過程中護筒位置校正。

護筒下放完成后進行樁位復核，為快速復核樁位，本工程配套鋼護筒制作一定位防護支架，可快速定位護筒中心，進行樁位復核。設計樁位允許偏差為 5 cm，為確保成孔質量，且此時鋼護筒下口距地鐵盾構穿越頂部約 6～8 m，避免其他因素對樁位產生影響，控制護筒精度在 2 cm 以內。

2.4.2 鉆孔過程中垂直度控制

為確保鉆孔垂直度，在施工過程中需要多次對護筒垂直度進行檢查、復核。

首次復核是確保垂直度的關鍵，應在護筒下放完成后進行，此時 6 m 護筒底端已經臨近地鐵盾構，本工程護筒長 6 m，選取吊線下放長度L=3 m，吊線長度達到護筒長度一半且保證可見性；垂球m=5 cm。為提高成孔精度，避免其他不可預見因素造成影響，控制垂直精度不超過整體長度的 5 ‰，即a=5±1.5 cm。

第二次復核應在鉆孔開始約半小時或自護筒下口鉆進約 8 m 時進行，此時已鉆進至淤泥層底，該層承載力較差、易發生擠壓變形，且距離護筒較近，鉆孔過程中由于地下土體變形極易對護筒產生擾動，致使護筒發生輕微位移；同時在垂直方向已穿越地鐵盾構范圍，因此選取該時段進行樁位、垂直度復核。此時仍處于鉆孔初期，處于控制地鐵影響的關鍵段、土質影響的不可控段，垂直精度仍應該控制在 5 ‰。

第三次復核應在即將入巖前進行，此時成孔已基本完成，但由于灌注樁持力層為中風化巖，為避免因偏位造成樁底偏心受力或受力不均，應進行樁位及垂直度復核。

第四次復核應在成孔、旋挖鉆剛離開鉆孔區域時進行。此時鉆孔結束已成孔，需要進行終孔復核。一方面，在中風化巖鉆孔過程中，旋挖鉆頭會帶動鉆桿產生較大的震動，可能對成樁精度產生影響；另一方面，原地面下層為淤泥層，旋挖鉆自重約 110 t，其在行進過程中容易造成擠土，致使護筒偏位甚至縮徑、塌孔等現象。因此為確保最終成孔精度及質量，應進行終孔復測，同時終孔復測也應作為最終測量結果。該次測量精度滿足設計允許垂直度偏差 1 % 即可。

另外，在過程中目測有可能已發生位移時，也應立即通知測量人員對樁位、護筒垂直度進行復核，避免其他因素造成的護筒偏位、傾斜，以確保施工精度。

2.4.3 其他控制措施

為保證成孔、成樁精度，同時采取以下措施。

1）應確保護筒形體、尺寸，避免因護筒變形造成測量誤差，變形較大的護筒應及時修復或廢用。

2）護筒周邊土體應壓實，臨時泥漿池設置應遠離護筒，避免因泥漿侵蝕土體造成土體位移，從而致使護筒發生位移。

3）根據自本工程開工以來使用 GPS-RTK 放樣的相關經驗，18∶00～20∶00 時段 GPS 衛星信號精度有浮動，應盡量避免在該時段進行點位放樣。

4）安裝鉆機時要使鉆機轉盤、底座水平，鉆機開孔時要先把工作場地用裝載機推平整，使用鉆斗前檢查鉆斗鉆齒的數量及角度、鉆體兩側邊刀或防護條的高度是否一致［2］。

5）嚴格控制旋挖機每次鉆孔—倒土—鉆孔過程中回轉角度的控制，要求必須回正到機械記錄首次記憶位置，確保每次回轉角度數顯為“0.00°”。

6）在鋼筋籠下放、連接過程中，支架下層鋼筋籠應使用型鋼或枕木在鋼護筒外側作為扁擔梁架立基礎，嚴禁將鋼筋籠扁擔梁直接架放在鋼護筒上，同時應使用水平尺保證架立基礎基本處于同一水平面上。

3 實施效果分析

在某樁位第二次垂直度復核過程，發現護筒傾斜度達到 1.2 %，超過設計允許偏差值 0.2 %，超過內控允許偏差值 0.7 %，立即停止鉆進。通過分析認為，由于為方便施工，未對之前孔位臨時泥漿池進行移位，鉆孔孔位距離臨時泥漿池較近，周邊車輛通過時造成擠土，致使護筒偏位。調整護筒及泥漿池位置后，繼續鉆孔并加密觀測頻率，最終成孔垂直度控制在 0.8 %，滿足設計要求。

通過截樁后樁位復測，地鐵盾構影響范圍內 59 根灌注樁均滿足設計允許偏位要求，最大偏位值 4.32 cm。認為使用該方法進行樁位、垂直度精度控制可行、有效。

4 結語

旋挖鉆孔灌注樁施工工藝成熟，但樁基工程屬于隱蔽工程，關系到整個構筑物的穩定、安全，尤其是在本工程中涉及到地鐵盾構下穿影響，灌注樁成孔精度的控制格外重要。GPS-RTK 放樣和垂球法測量垂直度雖然為工程施工中常見的方法，但是在過程中的應用細節、精度控制與測量觀測節點等因素都能夠對灌注樁施工精度造成影響。在本工程中，通過對灌注樁成孔過程中樁位、垂直度精度的把控，較好地滿足了設計精度要求，為相關類型工程灌注樁成孔精度控制提供了思路。Q