＊馬 雷

（中化地質(zhì)礦山總局河北地質(zhì)勘查院 河北 050031）

1.項目背景情況

某市地鐵站施工項目根據(jù)整體設計要求以及為了達到減小施工對道路交通造成擁堵和施工對城市環(huán)境帶來的污染與破壞，該站的施工設計方案決定采用全暗挖雙層三跨車站，樁基施工采用“洞樁法”施工。

車站總長為238.1m，標準寬為24.4m，總建筑面積為21093m2。車站在四個象限共設四個出入口，3組風亭及4個緊急疏散口。

該地鐵站邊樁共計327根，直徑1000mm，間距1.6m；中樁共計66根，中樁基礎直徑1.8m，間距6.0m～7.5m。

2.工程基本情況

(1)項目位置

該地鐵站位于西三環(huán)北路和北三環(huán)西路交匯處西北側(cè)，與規(guī)劃中地鐵XXX號線換乘。交叉路口東側(cè)為北三環(huán)西路，南側(cè)為西三環(huán)北路，西側(cè)為XXX路，北側(cè)為XXX路。該地鐵站所處位置道路交錯復雜，日常車流量大，周圍有學校、機關單位及商業(yè)區(qū)分布，人員密集，人流量大。

(2)項目情況

表1 巖土物理力學性質(zhì)綜合統(tǒng)計表（1）

某市地鐵站項目為兩條地鐵線路換乘站，車站全長238.1m，為全暗挖車站，采用洞樁法施工，邊樁327根，樁徑為1.0m，中樁66根，樁徑1.8m。該場地地層巖性復雜，主要巖性為人工填土，粉土，細沙，卵石中粗砂等，卵石粒徑不均勻，地層巖性硬度較高，地質(zhì)條件復雜，成孔成樁難度較高。又因洞內(nèi)施工場地空間狹小，正常設備無法使用，也為施工帶來了難度。

(3)場地工程地質(zhì)情況概況

根據(jù)該場地巖土工程勘察詳查報告，該場地施工鉆孔最大孔深為56m，根據(jù)場地鉆孔編錄資料和取得的室內(nèi)土工試驗分析結(jié)果，根據(jù)地層沉積時代以及成因類型等，將此工程項目場地勘察范圍內(nèi)的地層巖（土）性劃分為人工堆積層（Qml）；第四紀新近沉積層（Q42+3alp）；第四紀全新世沖洪積層（Q4laltl）；第四紀晚更新世沖洪積層（Q4alpl）四大類。并按地層巖性及其物理力學性質(zhì)進步分為粉土及雜填土、粉土、粉質(zhì)粘土層、粉細砂、卵石、粘土、細中砂、中粗砂等10個大層。

本工程邊樁及中樁所涉及地層主要為⑤層卵石層、⑥層粉質(zhì)粘土層、⑦2層粉細砂層、⑦層卵石層、⑧層粉質(zhì)粘土層、⑨層卵石層。各土層物理性質(zhì)概述如下表：

表2 巖土物理力學性質(zhì)綜合統(tǒng)計表（2）

(4)水文地質(zhì)概況

依據(jù)勘察單位提供的成果資料，勘察過程中觀測到該區(qū)巖土工程勘察最大深度之內(nèi)含有兩層地下含水層，其含水層分別為孔隙潛水（二）和孔隙層間水（三）。

孔隙潛水（二）層：其水位理深為18m-18.68m，水位標高為32.12m-33.70m，觀測時間為20XX年X月-20XX年X月，其含水巖層為5層卵石層，該層透水性強，下伏隔水層是6層粉質(zhì)粘層，其水位高出含水層底板約0.2m-0.5m，該含水層主要接受越流補給和側(cè)向徑流補給，排泄方式主要為側(cè)向徑流、越流方式。

孔隙層間水（三）：其水位理深28.15m-30.4m，水位標高21.9m-23.04m，其含水巖組為0層卵石層，觀測時間為20XX年X月，其補給來源主要接受越流補給和側(cè)向徑流，排泄方式主要以人工開采方式和側(cè)向徑流排泄。

根據(jù)勘察報告，車站范圍內(nèi)有兩層含水層，為潛水 （二）和層間水（三），潛水（二）水量較小，開挖過程中根據(jù)水量情況采取抽排或疏干等措施：層間水（三）大部分位于車站底板以下，局部在底板范圍內(nèi)，施工期間采取抽排措施。同時設置水位觀測孔，根據(jù)設置的水位觀測孔，對地下水位進行觀測，如果地下水位上升，應及時通知設計、業(yè)主及勘察單位，以便采取有效措施。

(5)抗浮及抗?jié)B設防水位

通過對其進行場地的巖土工程勘查工作，報告建議：該場地的抗浮驗算的設防水位應按不低于水位標高41m考慮。

(6)該場地地下水對混凝土及鋼筋的腐蝕性評價

依據(jù)勘察報告，本場地的地下水對混凝土結(jié)構具有微腐蝕性，對工程中鋼筋混凝土結(jié)構具有微腐蝕性，對鋼筋長期浸水環(huán)境條件下通過干濕交替的影響下具有微腐蝕性。

(7)結(jié)構所處環(huán)境類別及其作用分級

①一般環(huán)境。根據(jù)水位觀測資料以及結(jié)構埋深和水位關系，本車站結(jié)構環(huán)境條件為干濕交替環(huán)境，環(huán)境作用等級為I-C。②凍融環(huán)境。根據(jù)北京地區(qū)1971年至2000年統(tǒng)計的最冷月平均氣溫為-3.7℃，主體結(jié)構位于凍融線（地面下0.8m）以下，不屬于凍融環(huán)境。出入口等地上部分凍融環(huán)境作用等級為11-D。③海洋氯化物環(huán)境。本工程不屬于海洋氯化物環(huán)境。④除冰鹽等其他氯化物環(huán)境。本工程結(jié)構位于地下水中，屬于地下水中構件。地下水環(huán)境氯離子濃度為24.6mg/L-59.1mg/L（氯離子濃度＜500mg/L），環(huán)境作用等級為IV-C。⑤化學腐蝕環(huán)境。根據(jù)本站水、土腐蝕性分析結(jié)果，本工程化學腐蝕環(huán)境為v-C級。

(8)場地與地基地震效應評價

①抗震設計參數(shù)。根據(jù)該場地巖土工程勘察報告，項目擬建場區(qū)的地震抗震設防烈度為8度，其設計地震分組應為第一組，其設計基本地震加速度值為0.20g。②場地類別。根據(jù)勘察報告，本場地場地類別為11類。

(9)液化判別

根據(jù)勘察報告，當?shù)卣鹆叶葹?度時，本場地自地面下20m深度范圍內(nèi)的飽和粉1及砂類上：不液化。

(10)不良地質(zhì)作用和特殊地質(zhì)現(xiàn)象

本場地無其他不良地質(zhì)作用和特殊地質(zhì)現(xiàn)象。

綜上所述，根據(jù)項目設計要求、現(xiàn)場地層情況、場地空間情況以及施工現(xiàn)場對文明施工的要求條件，我們?yōu)樵擁椖扛倪M了反循環(huán)鉆機，用來施工該項目的洞樁成孔、成樁灌注工作。

因洞內(nèi)機械成孔灌注樁施工工藝在城市地鐵施工中尚屬首次，無以往類似項目施工經(jīng)驗，同時因地層條件復雜，施工空間狹小，為此次施工增加不少難度。在初期施工階段，雖經(jīng)過周密安排部署，但施工成樁、成孔速度較慢，而且成樁質(zhì)量與相應技術要求有所差距，最嚴重的為樁身垂直度不易控制，難以達到規(guī)范要求，出現(xiàn)超差現(xiàn)象。

3.施工質(zhì)量偏差原因分析

通過對各個垂直度出現(xiàn)偏差，不合格施工鉆孔的鉆機、鉆桿、鉆頭、操作人員、操作方式等方面進行綜合檢查分析，其總結(jié)分析原因如下：

（1）施工鉆機設備底盤基礎部位欠牢固穩(wěn)定，在長期施工中，受震動影響出現(xiàn)不均勻沉降，未能及時發(fā)現(xiàn)問題。施工過程中對監(jiān)測鉆機水平工作，未能按要求進行；（2）鉆機動力頭上方的出渣水龍頭及排漿管較重，施工作業(yè)時，出渣水龍頭及排漿管的重力造成鉆桿在孔內(nèi)進尺傾斜；（3）鉆頭結(jié)構不夠合理，垂直導向性存在一定欠缺，其穩(wěn)定程度較差，當遇到軟硬不均的地層時未曾及時更換調(diào)整鉆頭，以致成孔后鉆孔出現(xiàn)孔斜現(xiàn)象；（4）鉆機工人操作方式不當，盲目追求鉆進速度，回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速較高，鉆進速度過快，鉆頭壓力過大，鉆進中未能進行合理減壓鉆進，導致在施工過程中，遇到軟硬地層換層或者地層不均勻時出現(xiàn)孔斜。（5）成孔完成后，對鋼筋籠的安裝定位出現(xiàn)偏差，未嚴格執(zhí)行技術操作要求。

4.改進措施

(1)技術及管理措施

①設備進場前，應對設備性能及狀況進行檢查，確保設備良好運行；開鉆前，應對施工場地進行平整，便于設備安裝。②開鉆前采用經(jīng)緯儀和水平尺對鉆盤和塔架進行調(diào)試，嚴格按照測量結(jié)果進行操作，確保轉(zhuǎn)盤水平，塔架垂直。③開鉆前對其鉆機支腿下方墊木進行加寬加長，增大其與地面的接觸面積，開鉆前對鉆機四個各個支腿的初始值及鉆塔的垂直度進行嚴格測量，同時在鉆進過程添加鉆桿的時候，需測量每個支腿高度及鉆塔垂直度，時時進行監(jiān)測，確保支腿和鉆塔不發(fā)生變化。④就位時應保持底座平穩(wěn)，不發(fā)生傾斜移位。鉆頭中心采用樁定位器對準樁位，誤差不大于2cm。為保證鉆孔的垂直度，在鉆進過程中，設置鉆機導向裝置，確保鉆桿垂直。⑤用副卷揚將出渣水籠頭及管路適當?shù)牧业跗饋?，保證鉆機動力頭部分少受力或不受力。⑥對鉆機操作手進行專業(yè)培訓并作好技術交底工作，提高其對施工質(zhì)量意識，嚴謹蠻干施工；同時現(xiàn)場技術人員應加強監(jiān)控和考核，確保施工全過程按設計要求及鉆探操作規(guī)程鉆進。

(2)預制鋼筋籠的運輸與吊裝

①在預制鋼筋籠吊裝過程中，為了保證其預制鋼筋籠的質(zhì)量，必須注意在運輸過程中鋼筋籠不得碰撞變形。在導洞內(nèi)吊裝預制鋼筋籠時，每節(jié)鋼筋籠之間采用直螺紋絲扣連接。為了保證其鋼筋籠質(zhì)量滿足要求，在運輸過程中采取加固措施以保證預制鋼筋籠不變形。待預制鋼筋籠豎直吊起后，檢查其垂直度。骨架進入孔口后，將其扶正慢慢下放，一定嚴格禁止鋼筋籠來回擺動碰撞孔壁，同時慢慢下放，快速拆除內(nèi)撐并嚴禁內(nèi)斜撐掉進成好的樁孔內(nèi)。當?shù)谝还?jié)鋼骨架下放到最后一節(jié)加強筋位置時，立即穿入工字鋼，將預制鋼筋骨架支撐在孔口的工字鋼上，再陸續(xù)起吊其他骨架，使它們在同一豎直軸線上采用直螺紋套筒連接好，連接牢固后抽出支撐工字鋼并下放骨架。如此反復循環(huán)，使鋼筋籠下放至設計標高后，定位于孔中心上，完成鋼筋籠的安裝。待最后一節(jié)鋼筋籠安裝就位后，用圓鋼鋼筋把組裝好的鋼筋籠焊接固定于孔口護筒上部；②預制鋼筋籠吊放時施工質(zhì)檢人員、值班工長及安全人員必須在場，并由值班工長統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮；③待整個預制鋼筋籠安裝完成以后，必須保證鋼筋籠軸線與樁軸線吻合，以保證鋼筋保護層符合設計要求。

(3)工藝措施

工程開始采用的是單腰帶式三翼刮刀鉆頭。該鉆頭翼板與鉆頭芯管的夾角角度較大，且鉆頭前端頂部鋼板厚度較薄，在遇到堅硬地層時容易發(fā)生形變及破損。為了使鉆頭在正常鉆進過程中更加平穩(wěn)安全，對鉆頭結(jié)構及制作材料進行了改進和替換，具體改進如下：

①在原鉆頭材質(zhì)基礎上，提高其材質(zhì)厚度及材質(zhì)強度，使其制作的鉆頭堅固耐用不易變形；②將單腰帶鉆頭改為雙腰帶鉆頭，并加大腰帶的高度，增加了其導向性和孔內(nèi)穩(wěn)定性；如下圖2。③還可以將單腰帶鉆頭改為桶式鉆頭，使鉆頭外部、垂直空間方面形成一個統(tǒng)一整體；如下圖3。④鉆頭采用30mm厚鋼板制作，遇到大的或者卵石較多的地層時不易變形。

圖2

圖3

5.應用效果

通過不斷試驗，調(diào)整設備及設備用材、嚴格執(zhí)行技術要求和措施方案，經(jīng)采取上述措施，后續(xù)施工完成的樁孔質(zhì)量經(jīng)開挖測量后，鉆孔垂直度基本都控制在規(guī)范要求內(nèi)，其成樁驗收通過率達到99%，保證了工程工期要求及工程質(zhì)量，確保了洞樁工程保質(zhì)保時的完成。

6.總結(jié)

（1）鉆機的轉(zhuǎn)盤和鉆塔在出廠和使用一段時間后，不一定都相互垂直，在投入新工程前，一定要再次對轉(zhuǎn)盤和鉆塔進行檢查和精準調(diào)試，尤其是對垂直度要求高的工程，以確保滿足工程使用要求。（2）加強對施工鉆機操作人員的技術培訓和技術交底工作，在地質(zhì)條件發(fā)生變化，易出現(xiàn)孔歪孔斜的軟弱不均勻地層加強掃孔及采取相應措施，并保證全過程采用減速、減壓鉆進，同時吸漿泵可間斷性啟動或停止工作（已施工實際情況操作人員根據(jù)經(jīng)營把控），以防出現(xiàn)塌孔事故。（3）多采用雙護圈鉆頭和桶式鉆頭進行施工鉆進要比單護圈鉆頭導正效果要好。（4）在每次添加鉆桿過程中都要校正鉆塔的垂直度。