董志云，黃相鋒，苑雪峰

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洞樁法暗挖車站樁柱一次成型施工技術(shù)

董志云，黃相鋒，苑雪峰

（中建八局軌道交通建設(shè)有限公司，南京 210033）

地鐵車站多位于城市繁華地帶，受環(huán)境所限大多不具備明挖施工條件，新型洞樁法暗挖車站采用單層導(dǎo)洞內(nèi)機(jī)械成樁的施工方法，替代傳統(tǒng)的人工挖孔樁安裝鋼管柱的施工方法，本技術(shù)研究在導(dǎo)洞內(nèi)機(jī)械成孔灌注樁內(nèi)插入鋼管柱一次澆筑成型的施工方法，引入了地面鉆孔樁內(nèi)液壓插入鋼管柱機(jī)械，在導(dǎo)洞內(nèi)進(jìn)行鋼管柱垂直度調(diào)整控制技術(shù)，省去鋼護(hù)筒安裝及拆除工序，解決人工安裝定位器誤差大及施工效率低問題，在工程實際應(yīng)用中取得了很好效果；基于本技術(shù)對液壓插入機(jī)進(jìn)行改裝，集下鋼筋籠、下鋼管柱、定位及鋼管柱垂直度調(diào)整于一體的鋼管柱安裝機(jī)已在北京市后續(xù)洞樁法車站中投入使用，效果良好。

洞樁法暗挖車站；洞內(nèi)機(jī)械成樁；鋼管柱液壓插入機(jī)；樁柱一次成型

1 項目概況

目前業(yè)內(nèi)洞樁法施工主要為在鋼護(hù)筒保護(hù)下待已澆筑的樁基混凝土達(dá)到70%強(qiáng)度后，抽除鋼護(hù)筒內(nèi)泥漿，采用人工下孔破除樁頂混凝土至永久性鋼管柱底標(biāo)高，安裝定位器完畢，再安裝鋼管柱，就位后用四絲杠調(diào)整法安裝鋼管柱。該施工方法施工周期長、工序復(fù)雜，且施工過程中需人工進(jìn)行孔底樁頭混凝土的鑿除及定位器安裝，存在諸多不安全因素，單根鋼管柱施工周期長達(dá)7～9 d，施工成本較高，存在一定的局限性。

樁柱一次成型技術(shù)研究依托北京地鐵16號線13合同段萬壽寺車站開展，車站位于北京市西三環(huán)北路以北的西三環(huán)北路主路下方，南北向設(shè)置，設(shè)計結(jié)構(gòu)為3層3跨鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，車站全長210 m，標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)寬度為21.2 m，底板埋深29 m，結(jié)構(gòu)上覆土厚度5.8～6.5 m，施工工藝采用新型“洞樁法”施工，車站總建筑面積18 597 m2。

本技術(shù)是在導(dǎo)洞內(nèi)用鉆孔設(shè)備成孔下放樁基鋼筋籠后，采用液壓垂直插入機(jī)下放鋼管柱精確定位后，一次性灌注鉆孔樁混凝土及鋼管柱內(nèi)混凝土，省去了成樁時鋼護(hù)筒的工序，無需進(jìn)行清理樁頂淤泥和破除樁頭安裝定位器，同時一次性進(jìn)行鋼管柱下基樁混凝土、鋼管柱安裝、柱內(nèi)高強(qiáng)度微膨脹混凝土澆筑。省去人工安裝定位器工序，有效地減少工序之間的銜接時間和相互影響，確保施工安全，縮短施工時間，節(jié)約成本。

圖1 車站標(biāo)準(zhǔn)斷面

2 工藝原理

1）導(dǎo)洞內(nèi)采用反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行機(jī)械鉆孔作業(yè)，成孔后鉆機(jī)移出；

2）分節(jié)制作鋼筋籠，孔口直螺紋連接下放鋼筋籠就位；

3）分段加工鋼管柱，孔口法蘭連接下放就位，孔口設(shè)井字架有效固定；

4）液壓插入機(jī)孔口就位，夾持鋼管柱液壓調(diào)整垂直度、平面位置，電腦實時監(jiān)控垂直度偏差；下導(dǎo)管澆筑基樁C30水下混凝土至樁頂標(biāo)高，換混凝土標(biāo)號為鋼管柱C50混凝土連續(xù)澆筑鋼管柱混凝土成型。

3 施工工藝流程及操作要點[1-6]

3.1 施工工藝流程

圖2 導(dǎo)洞內(nèi)鉆孔灌注樁中插入鋼管柱一次成型施工技術(shù)施工工藝流程

3.2 操作要點

3.2.1 施工準(zhǔn)備

施工前詳細(xì)編寫施工專項方案，為進(jìn)場正式施工做好指導(dǎo)性技術(shù)文件；對所有施工作業(yè)人員分批進(jìn)行培訓(xùn)，確保其適合本工作崗位的要求。其中焊工、電工、操作手等特殊工種實行持證上崗，做好施工安全、技術(shù)交底，讓每個參與工作人員都熟悉其工作內(nèi)容；對反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行改造，加裝泥漿至孔口進(jìn)漿管路及泥漿泵，對液壓插入機(jī)加裝提升設(shè)備，改裝后設(shè)備經(jīng)豎井口吊入導(dǎo)洞內(nèi)就位；加深豎井深度，井底進(jìn)行防滲處理以設(shè)置泥漿池（見圖3），制備泥漿并調(diào)整泥漿性能，使泥漿質(zhì)量滿足施工要求。

圖3 豎井加深設(shè)置泥漿池

3.2.2 反循環(huán)鉆機(jī)就位、鉆進(jìn)

采用泥漿護(hù)壁濕作業(yè)成孔，灌注水下澆筑混凝土的成樁工藝，成孔機(jī)械選用反循環(huán)鉆機(jī)，鉆機(jī)對位時要保持平穩(wěn)，不發(fā)生傾斜移位，對位誤差不大于20 mm，并在鉆進(jìn)中每班檢查對位情況，發(fā)生偏移立即糾正（見圖4）。

圖4 反循環(huán)鉆機(jī)洞內(nèi)成孔作業(yè)

成孔采用泥漿擴(kuò)壁施工，配備泥漿循環(huán)系統(tǒng)。泥漿儲漿池、循環(huán)池、廢碴池等均設(shè)在豎井，選用優(yōu)質(zhì)黏土造漿，必要時再摻入適量蒙脫石含量高的膨潤土或NaCO3純堿等外加劑，鉆進(jìn)過程中保持孔內(nèi)泥漿液面穩(wěn)定，若出現(xiàn)砂卵石地層泥漿流失過快情況，應(yīng)及時調(diào)整泥漿比重、黏度，孔口投入鋸末黏土混合物封堵孔壁，防止坍孔；鉆進(jìn)過程中，要做好泥漿的維護(hù)管理，每半小時測一次泥漿的黏度和相對密度，根據(jù)泥漿成分的變化作出相應(yīng)的處理措施。

3.2.3 成孔、清孔

成孔達(dá)到設(shè)計標(biāo)高后，將鉆頭留在原處繼續(xù)旋轉(zhuǎn)數(shù)圈，避免孔底縮孔。對孔深、孔徑、孔壁、垂直度等進(jìn)行檢查，不合格時采取措施處理。在成孔檢查合格后，采用泥漿比重計檢查泥漿指標(biāo)和沉淀層厚度，并立即進(jìn)行清孔。采用泵吸反循環(huán)抽漿的方法清孔，清孔時控制泥漿的比重、黏度與含砂率，直到孔內(nèi)泥漿指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求。

3.2.4 鉆孔樁鋼筋籠、鋼管柱運輸及安裝

鋼筋籠在鋼筋加工場分節(jié)制作，采用滾軋直螺紋套筒連接（見圖5），分節(jié)長度根據(jù)吊裝門架工作高度確定，加工場內(nèi)試拼合格并對鋼筋連接進(jìn)行標(biāo)記。鋼管柱由加工廠加工，經(jīng)驗收合格后，在運往工地的運輸過程中加強(qiáng)成品保護(hù)工作，底部按規(guī)定的間距、高度進(jìn)行墊離，防止軸向變形。法蘭盤及襯管栓頂部防止受力和碰撞，妥善保護(hù)，避免成品碰傷。自地面至導(dǎo)洞垂直運輸采用雙軌橋式起重機(jī)吊運。吊運時采用鋼絲繩兩點水平吊運，并注意防止鋼筋籠、鋼管柱的滑移和表面劃傷；水平運輸由自制的架子車完成，人力推運至作業(yè)點。推運過程中要采取必要的加固、防護(hù)措施，避免鋼筋籠、鋼管柱側(cè)向滾動或前后滑動造成安全隱患。

圖5 孔口鋼筋籠直螺紋套筒連接

鋼筋籠、鋼管柱吊裝由孔口自制吊裝門型架完成，鋼管吊裝機(jī)具為自制門型架、2個10 t+2個5 t手拉葫蘆、鋼絲繩、I22 a工字鋼支架。4個手拉葫蘆掛在自制門型架的縱梁上，分節(jié)吊裝（見圖6）。在每節(jié)鋼管柱的柱頂法蘭以下1.2 m處設(shè)置2個吊耳，最后一節(jié)鋼管柱的固定位置可根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整，安裝就位后固定于井口型鋼井字架上。

圖6 鋼管柱分節(jié)吊裝入孔

3.2.5 鋼管柱內(nèi)鋼筋籠制作、安裝

鋼管柱內(nèi)鋼筋籠的運輸及安裝方法與灌注樁內(nèi)鋼筋籠方法基本一致，在鋼筋籠安裝完成后，確定鋼筋籠與鋼管柱相對標(biāo)高，將鋼管柱鋼筋籠與鋼管柱連接固定后一起固定于孔口。鋼管柱及柱內(nèi)鋼筋籠安裝完成后，將吊裝井架移開，為下部工序提供施工場地。

3.2.6 液壓垂直插入機(jī)就位、鋼管柱精確定位

鋼管柱懸吊固定后移動HPE液壓垂直插入機(jī)至孔口，使用HPE液壓垂直插入機(jī)上的吊裝設(shè)備將鋼管柱及鋼筋籠上提至HPE液壓垂直插入機(jī)內(nèi)，啟動液壓系統(tǒng)抱緊鋼管柱；HPE液壓垂直插入機(jī)抱緊鋼管柱后，復(fù)核鋼管柱垂直度，通過HPE液壓垂直插入機(jī)的垂直調(diào)校裝置調(diào)整鋼管柱垂直度，使鋼管柱平面位置、標(biāo)高、垂直度滿足設(shè)計要求（見圖7）。啟動HPE液壓垂直插入系統(tǒng)垂直插入鋼管柱至設(shè)計標(biāo)高，再次復(fù)核垂直度及柱頂標(biāo)高，直至滿足要求后在鋼管柱內(nèi)下放導(dǎo)管并進(jìn)行二次清孔。

圖7 液壓插入機(jī)夾持鋼管柱精確定位

3.2.7 鉆孔樁水下混凝土澆筑

鋼管柱安裝完成下放導(dǎo)管二次清孔沉渣，滿足要求后進(jìn)行灌注樁混凝土灌注，混凝土運輸采用泵送混凝土至孔口，導(dǎo)管法澆筑水下混凝土，水下灌注采用直徑300 mm導(dǎo)管，導(dǎo)管單節(jié)長度不大于1.2 m，管節(jié)連接應(yīng)嚴(yán)密、牢固，使用前應(yīng)試拼，并進(jìn)行氣密性及水密性試驗；澆筑過程中控制混凝土和易性等工作性能，坍落度為180～220 mm；導(dǎo)管底端距孔底應(yīng)保持300～500 mm。澆筑過程中導(dǎo)管埋入混凝土深度應(yīng)保持2～6 m，并隨提升隨拆除導(dǎo)管，導(dǎo)管吊放和提升不得碰撞鋼筋籠（見圖8）。

圖8 混凝土泵送+導(dǎo)管法澆筑

3.2.8 鋼管柱混凝土澆筑

混凝土灌注至樁頂標(biāo)高后，將導(dǎo)管拆除至鋼管柱底標(biāo)高以上500 mm，對鋼管柱四周回填碎石，碎石回填高度以壓住鋼管柱四周混凝土上翻即可，更換高標(biāo)號微膨脹混凝土繼續(xù)灌注鋼管柱內(nèi)混凝土至柱頂標(biāo)高，柱頂混凝土需將上部浮漿清除至石子含量正常為止。

3.2.9 移除液壓插入機(jī)

移動HPE液壓機(jī)時間根據(jù)樁基混凝土強(qiáng)度來確定，當(dāng)樁基混凝土強(qiáng)度能夠承受起鋼管柱+柱內(nèi)鋼筋籠+柱內(nèi)混凝土總重時，可進(jìn)行移除設(shè)備。經(jīng)計算，拆除法蘭，吊出工具管，樁基混凝土強(qiáng)度需達(dá)到3.05 MPa。根據(jù)混凝土強(qiáng)度與溫度和齡期增長曲線圖以及混凝土強(qiáng)度與齡期的參照表，灌注結(jié)束后24 h后C30混凝土的強(qiáng)度即可達(dá)到設(shè)計值的20%，即7.9 MPa，可以拆除工具管，移走HPE液壓垂直插入機(jī)。鋼管柱內(nèi)混凝土灌注完成后，回填鋼管柱四周上部未回填部分至鋼管柱，等回填材料沉淀密實及混凝土終凝后，拆除第一節(jié)法蘭處螺栓，吊出工具管，移除HPE液壓垂直插入機(jī)，完成導(dǎo)洞底板以下鋼管柱安裝。

3.2.10 導(dǎo)洞底面以上鋼管柱安裝

待一側(cè)導(dǎo)洞內(nèi)底板以下鋼管柱全部安裝完成后，從導(dǎo)洞中部按倒退順序逐個安裝導(dǎo)洞底板以上鋼管柱，調(diào)整垂直度、平面位置合格后澆筑鋼管柱上部混凝土，完成鋼管柱安裝工作（見圖9）。

圖9 改進(jìn)后的鋼管柱安裝一體機(jī)

4 質(zhì)量控制[7-10]

1）反循環(huán)鉆機(jī)施工，泥漿是成功與否的重要控制點。

在泥漿池內(nèi)調(diào)制泥漿，先將膨潤土濕潤，加水、堿和泥漿外加劑，然后攪拌成具有一定相對密度的泥漿，泥漿經(jīng)凈化后方可入孔使用。根據(jù)現(xiàn)場實際情況可適當(dāng)增大膨潤土、堿和泥漿外加劑填入量，以增加泥漿比重和泥漿黏性。針對卵石層滲水較快地層，可投入適量的鋸末等以達(dá)到止水的目的。

2）鋼管柱的平面位置、高度及垂直度是重要的控制點。

鋼管柱的平面位置及高度應(yīng)嚴(yán)格按照測量人員的定位進(jìn)行施工，對平面位置及標(biāo)高的護(hù)樁應(yīng)進(jìn)行保護(hù)，如有破壞需及時補測。鋼管柱的垂直度應(yīng)在進(jìn)場前進(jìn)行試拼驗收，如各項指標(biāo)不合格則嚴(yán)禁進(jìn)場。

液壓插入機(jī)夾持鋼管柱精確就位后，在安放導(dǎo)管澆筑混凝土全過程中設(shè)專人值守液壓插入機(jī)電腦控制系統(tǒng)，出現(xiàn)異常情況立即采取措施進(jìn)行處理，保證鋼管柱垂直度、平面位置、標(biāo)高符合設(shè)計及規(guī)范要求。

3）混凝土的灌注。

由于灌注包括樁基和鋼管柱兩種不同標(biāo)號的混凝土，在灌注過程中要做到勤量測，在灌注樁身C30混凝土超出設(shè)計樁頂0.5 m時，將導(dǎo)管底口提升至距混凝土面1 m，立即更換使用C50微膨脹混凝土繼續(xù)灌注，在此過程中同時進(jìn)行鋼管柱與孔壁之間的碎石回填工作，以控制混凝土因承受鋼管柱混凝土澆筑壓力自鋼管柱外側(cè)的上翻，直至灌注結(jié)束。

4）應(yīng)對施工人員做好專項技術(shù)交底。堅持“三檢制度”，逐級檢查，層層把關(guān)。所有隱蔽工程必須經(jīng)監(jiān)理驗收簽字后方可進(jìn)行下道工序的施工。

5 安全措施

1）施工前對全體施工人員進(jìn)行安全技術(shù)交底，培訓(xùn)考核合格后方可上崗作業(yè)。

2）吊裝司機(jī)、司索信號工必須持證上崗，嚴(yán)格執(zhí)行吊裝操作規(guī)程。

3）施工人員進(jìn)入施工現(xiàn)場必須戴好安全帽，系好安全帽帽帶，穿好安全鞋及反光背心，高處作業(yè)佩戴好安全帶。

4）豎井及洞內(nèi)鋼筋及鋼管柱的吊裝作業(yè)，必須按施工方案和技術(shù)交底進(jìn)行施工，嚴(yán)禁私自更改作業(yè)順序。

5）所有涉及孔口作業(yè)的情況，孔口人員必須佩戴防墜器，孔口周邊不得有雜物，防止掉落。吊裝設(shè)備要求配防脫鉤，所有施工人員按要求佩戴安全防護(hù)用具。

6）鋼管柱吊裝采用卡扣穿入鋼管柱法蘭。要求卡扣螺栓擰緊到位，防止脫落。每節(jié)鋼管柱吊裝時，頂部加設(shè)蓋板，并保證蓋板不脫落。

7）鋼管柱安裝完畢后，在鋼管柱外側(cè)與鋼護(hù)筒間的空隙蓋滿腳手板，防止人員或雜物墜落。

6 環(huán)保措施

1）選用符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的施工機(jī)械，加強(qiáng)施工機(jī)械的保養(yǎng)維修，盡可能地降低施工噪聲的排放，合理組織施工。

2）在施工場地內(nèi)設(shè)置沉淀池，對施工廢水進(jìn)行沉淀凈化，并用于場地內(nèi)運輸?shù)缆返臑⑺祲m。對施工中產(chǎn)生的廢泥漿，先進(jìn)行沉淀過濾，廢泥漿和淤泥使用專門的車輛運輸，做好防遺灑措施。

3）及時收集現(xiàn)場余料，工完場清，做好余料回收利用工作。

7 效益分析

本技術(shù)解決深孔內(nèi)人工安裝定位器存在的安全隱患，有效地減少了工序之間的作業(yè)時間、銜接時間、相互影響及鋼護(hù)筒安裝等，確保施工安全和推進(jìn)施工進(jìn)展。另外，機(jī)械化作業(yè)程度高，降低勞動強(qiáng)度，改善作業(yè)條件，提高施工工效，減少現(xiàn)場作業(yè)工人的數(shù)量，具有較好的綜合效益。

7.1 工期效益

采用液壓插入機(jī)進(jìn)行鋼管柱施工，實現(xiàn)了機(jī)械化作業(yè)，各工序銜接緊湊，取消了人工井下清淤泥、鑿除樁頭混凝土、安裝定位器等工序，每根樁比傳統(tǒng)施工方法節(jié)約工期3 d。

7.2 經(jīng)濟(jì)效益

采用本技術(shù)，省去鋼護(hù)筒安裝及拆除工序、人工井下清淤泥鑿樁頭、安裝定位器。根據(jù)工程實例，每根樁可產(chǎn)生直接效益6.8萬元，節(jié)省人工費1.1萬元。

8 結(jié)語

采用導(dǎo)洞內(nèi)鉆孔灌注樁中插入鋼管柱一次成型施工技術(shù)，有效控制鋼管柱安裝垂直度及安裝精度，準(zhǔn)確可靠。與傳統(tǒng)上下導(dǎo)洞技術(shù)相比，在保證變形控制效果的前提下，取消了鋼護(hù)筒、井下鋼管柱定位器的安裝工序、避開了大量人工井下施工的不安全作業(yè)環(huán)境，能滿足指導(dǎo)施工與管理的需要。結(jié)果表明，該技術(shù)是一項成熟的施工技術(shù)，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，值得推廣應(yīng)用。

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（編輯：郝京紅）

One-Step Processing of Subsurface Excavated Station Pile with the Cave-Pile Technique

DONG Zhiyun, HUANG Xiangfeng, YUAN Xuefeng

(China Construction Eighth Engineering Division Co., Ltd., Nanjing 210033)

Most subway stations are located in busy areas of cities, where, limited by the sorrounding environment, there are no open excavation construction conditions. The new subsurface excavated station with the cave-pile technique, uses the construction method of a single-layer pilot in-tunnel machine bored pile, and replaces the traditional construction method of the artificial dug pile to install steel pipe columns. This technique implements the single-pouring construction method of inserting steel pipe columns into in-tunnel mechanical hole perfusion posts, introduces the surface drilling inner piles steel pipe column insertion machine by hydraulic pressure, and conducts verticality adjustment controlling techniques for the steel pipe columns inside the pilot tunnel. Thus, the process of installing and removing the steel pipe columns is omitted, the problems of large error and low construction efficiency of artificially installed locators are resolved, and an excellent effect is obtained when the technique is used in practical construction. On the basis of this technique, the hydraulic pressure insertion machine was refitted. The steel pipe column assembling machine combined with a descending reinforcing cage, descending steel pipe columns, and vertical adjustment of steel pipe columns has been put into use in the subsequent construction of cave-pile stations, with excellent results.

subsurface excavated station with cave-pile technique; in-tunnel machine bored pile; steel pipe column hydraulic pressure inserting machine; one-step processing of pile

10.3969/j.issn.1672-6073.2018.04.016

U231

A

1672-6073(2018)04-0082-06

2017-09-18

2017-10-17

董志云，男，高級工程師，北京地鐵16號線項目總工程師，主要從事地鐵及隧道工程施工研究，178413963@qq.com