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摘要: 本文以合肥地铁1号线花园大道车站围护桩施工为背景，详细地介绍了粘土地层小直径围护桩施工的特点、难点，就小直径围护桩施工质量控制关键技术作了详细地论述，对今后类似工程施工具有参考价值。
关键词：粘土 围护桩 施工 质量
1 工程概述
1.1 工程水文、地质条件
1.1.1水文地质特征
本段线路沿线地貌属南淝河二级阶地，地下水类型主要为上层滞水：水位埋深0.2～4.22m，主要接受大气降水、管沟渗漏、绿化灌溉补给，主要以蒸发的方式排泄。
1.1.2工程地质概况
①本站地层表层以厚度不均的人工堆积的路基土、房渣土和素填土为主。花园大道站结构底板站台中心里程处埋深约为14.83m，基坑侧壁土层自上而下主要为粉质粘土填土①层、粘土层②层、粘土③层。黏土层②层属于第四纪全新世冲洪积层（Q4lal+pl）。主要岩土工程特征为灰黄色～褐黄色，坚硬～硬塑，含氧化铁、铁锰结核、钙质结核、高岭土，局部铁锰结核富集，断面光滑，干强度高，局部夹粉质粘土薄层。
2 车站围护桩施工质量控制关键技术
2.1 场地平整
由于场地高差较大，增加了施工的难度，同时给施工带来了一定的隐患，降低了施工效率，为此在围护桩开工前需将场地进行适当的平整，以降低场地的高差，为现场整出几块平整场地提供了便利。场地平整时，将北侧降低2m，南侧提高2m左右；东侧降低1.5m，西侧填高1.5m左右。在初步平整后的场区内修建环形道路和排水沟。
2.2 围护桩外放值的确定
围护桩外放值有桩径外放值和桩位外放值两个。桩径外放值是为防止因钻孔后缩孔引起成桩后桩身直径过小而设置的桩径扩大值。桩位外放值是为防止因桩身倾斜侵入基坑内影响主体结构施工而事先设置的桩位向基坑外侧的偏移值。
桩位外放值的取定十分关键，取值过大，容易造成桩身与主体结构之间存在较大空隙，需大量的混凝土去填充，影响施工成本；如果取值过小，容易造成桩身侵入主体结构施工区域内，则必须花大量人工去凿除，这样既浪费人力，影响进度，还给基坑安全带来重大隐患，对于侵入过大桩，为确保安全，有的需要在外面补桩。围护桩外放值取值的大小与施工工艺、地质情况、基坑开挖深度、设备性能和操作人员的对工艺的熟练程度息息相关。
一般按照以下步骤进行确定：（1）根据以往的施工经验，结合本工程的特点先预先设置一个初步值。如本工程粘土地层，桩径外放值初步设定为2cm；20米左右深的基坑，桩位外放值初步设定为10cm。（2）进行试桩，根据试桩结果调整围护桩外放值。如本标段经过试桩后将桩位外放值定为7cm。（3）经过一段时间施工后，通过已开挖的基坑围护桩施工偏位情况，进行总结，决定后期施工的围护桩外放值是否要进行调整。
2.3 干钻孔试桩
根据地形、地质的特点，初步选定围护桩采用旋挖钻无泥浆干钻孔施工工艺。围护桩正式施工前，必须在具有代表性地层中试钻孔试桩（一般选择在车站内4个拐角处）。试桩是围护桩质量控制的一道关键工序。
2.3.1 试桩的目的
（1）检验无泥浆干钻孔工艺在粘土地层可行性；
（2）选择满足钻孔精度要求的旋挖钻机，淘汰不合格的钻机；
（3）实地了解地层情况，检查地层与勘察资料是否相符；
（4）总结出一套完整施工参数和合理的施工工艺，指导施工；
（5）通过试桩确定桩径外放值和桩位外放值。
2.3.2试桩过程中应注意的问题：
（1）钻孔前，必须通知测量部门对旋挖钻机的钻孔垂直度进行复测，根据桩位外放值，确定偏差极限值，钻杆垂直度最大偏差在20mm内。
（2）钻孔的过程中，观察地层是否含水，防止塌孔现象发生。
（3）观察旋挖钻机土箱在取土的过程中，实际地质情况与地勘报告是否相符。
（4）试钻的过程中，检查成孔的直径、垂直度以及孔壁是否有缩孔现象。
（5）试桩观察、量测要及时，数据记录要真实、详细，以便试桩后进行总结。
2.3.3 试桩成果总结
（1）现场4台旋挖钻机有1台钻孔垂直度不能满足要求，下令撤场处理。
（2）这种粘性土地层无泥浆干钻孔工艺是完全可行的。
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（3）花园大道站区域地层基本无变化，含水量较少，地层比较稳定，实际地质情况与地勘报告基本相符。
（4）直径800mm，桩长25～30m的桩，正常成孔时间为1小时左右。
（5）成孔后8小时内，孔径缩经较小，为2cm左右，8小时后变化开始加剧。说明成孔后8小时内应浇筑混凝土，否则容易塌孔。
（6）通过试桩确保，钻孔桩径外放值为2cm，基坑深20m的围护桩桩位外放值取为7cm比较合理。
2.4 选择满足施工精度要求的钻机
为确保围护桩施工质量，尤其要确保围护桩钻孔垂直度，现场必须要选择钻孔垂直度满足精度要求的旋挖钻机，不符合精度要求的钻机要坚决下令撤场，严禁使用。
根据本工程的地质条件、钻孔深度、孔径及工期要求，结合试桩情况，现场共投入3台XGR220型旋挖钻机用于花园大道站围护桩施工。XGR220型旋挖钻机主要性能参数，最大钻孔直径，2000mm，动力头最大输出扭矩，250kN?m，最大钻孔深度，67m，最大加压力，180kN，额定功率，242kW，
2.5钻孔施工应注意的问题
（1）测量复核旋挖钻机的钻杆垂直度偏差满足要求后，螺旋钻头的尖端正对桩位中心点；旋挖钻机配备电子控制系统显示并调整钻进时的垂直度，通过电子控制和人工观察两个方面来保证钻杆的垂直度，从而保证成孔的垂直度。桩顶中心线控制偏差应小于30mm，垂直度控制偏差应小于3‰。
（2）钻进时每回次进尺控制在100cm左右，特别是在孔口5～8m段旋挖过程中，要注意通过电子控制盘及人工观察来监控钻杆的垂直度，出现偏差及时进行纠正。
（3）桩长在20m左右时，检查成桩的十字中心与钻头中心是否重合，次数不得少于3次。
（4）每完成30根桩后，复测一次钻杆的垂直度。
（5）围护桩干钻孔，从开钻到成孔，旋挖钻机始终在同一位置完成，不得随意移位和偏离。
（6）每完成50根桩后，检查钻头的尺寸，同时结合试桩的经验，适当在钻头底圈外围焊接扩孔器，保证成孔质量。
2.6钢筋笼加工
花园大道站主体围护桩桩长在18.155～27.700m，最重单桩钢筋笼总重约3t。螺旋箍筋为HRB400的螺纹钢。
为确保成孔后8小时内能够浇筑混凝土，钢筋笼必须通长制作、整体安装。由于钢筋笼直径小、螺旋箍筋弯曲曲率大，弯曲后会产生较大的内应力，造成螺旋箍筋与主筋之间有的存在较大间隙，不能采用扎丝将箍筋与主筋绑扎牢靠，两者之间须采用电焊固定。前期按传统的钢筋笼加工胎架加工了一批钢筋笼，发现钢筋笼外观质量较差，存在主筋不顺直，脱焊比较多 。
后来钢筋笼加工采用我部创新研究的”锯齿式钢筋笼加工胎架”进行加工，加工质量才得到保证。该胎架用工厂定做的长条钢板加小弧度组装而成，按照钢筋笼主筋间距在钢板上定位放样切割而成的锯齿式钢筋笼加工胎架，胎架下方采用型钢进行支撑，首次加工在小弧度的半圆上焊接，然后通过滚动至长条直钢板上进行等间距焊接，依次滚动依次焊接，直至所有的钢筋笼主筋间距按照设计要求排放且端头齐平，最后滚至水平的型钢胎架上，进行螺旋箍筋的焊接。整个工序形成专业化流水施工、工效快、接头少、降低了成本，以及滚动钢筋笼保证了螺旋箍筋与主筋挤压密实。
2.7钢筋笼安装
为确保成孔后在8小时内浇筑好混凝土，钢筋笼通长加工，采用25t汽车吊整体一节吊装，以节省钢筋笼安装时间。
由于钢筋笼较小，一次性吊装长度较长，钢筋笼起吊方式不对容易造成钢筋笼变形。为防止钢筋笼起吊变形，需采用3点吊或4点吊，在吊装过程中采用大钩、小钩配合吊装。
为此，项目部根据力学受力原理，事先设置好不同直径、不同长度的钢筋笼的起吊点的设置数量和吊点位置，并理论计算出起吊相应变形量，通过现场起吊试验进行论证。
通过现场多点起吊试吊论证得出：直径700mm的钢筋笼，长度在20m以下设置3点起吊，变形可控；长度20～27.7m的钢筋笼设置４点吊；变形可控。直径５00mm的钢筋笼，长度在20m以下设置3点起吊，变形可控；长度为12～20m需设置４点起吊，变形可控。吊点设置位置与理论计算位置基本吻合。
2.8混凝土灌注
考虑到每根桩的方量较小，混凝土为商品混凝土，为减少混凝土的浇筑次数以达到节省混凝土用量的目的，钻孔桩混凝土采用成批浇筑，每次浇筑数量为5～10根。
混凝土浇筑采用快速丝扣接头连接的Φ250mm导管。前期施工时，严格安装水下混凝土浇筑方法进行浇筑，将导管安装在离孔底0.35m左右。结果发现，由于桩身小，钢筋笼轻，混凝土浇筑时，首罐混凝土会对钢筋笼产生较大的冲击力，容易造成钢筋笼上浮，且导管容易卡在钢筋笼上，拔挂导管时也时常带起钢筋笼，给施工质量和安装带来隐患。
项目部经过摸索、总结得出：在无水、无泥浆桩基浇筑时，将下放的导管底口距离孔底1.5～2m，，这样既能有效防止混凝土产生离析现场，确保混凝土的浇筑质量，又能有效减少钢筋笼上浮和卡导管现象发生的概率。
混凝土自卸车运至施工现场，后直接自小料斗送料至导管进行灌注。由于钻孔桩孔内无泥浆,为干灌注混凝土，对首罐封底混凝土可不严格按水下灌注混凝土工艺实施，不需要振捣棒深入混凝土内进行振捣，桩顶超灌控制在0.2-0.3m内，能有效的控制桩顶施工质量。
3结束语
（1）采用本文介绍的施工方法进行施工，花园大道站桩基施工质量控制良好，894根桩经小应变检测，全部被判为I类桩。基坑开挖后，发现桩身质量和垂直度控制效果非常好，超出了预期设想，只有极少数侵入主体结构区域内，且侵入厚度较小，凿除工作量小，不影响基坑安全，桩身与主体结构之间的间隙与设计的喷锚混凝土厚度基本吻合，不会增加额外施工成本。
（2）本文所介绍的干钻孔成孔工艺适合于合肥地区这种含水量较小的粘土地层，对于沿海一带沙性土地层不适合，对于含水量比较丰富的粘土地层也未必适合。
（3）本文所介绍的锯齿式钢筋笼加工胎架已获得全国实用性专利，它适合小桩径钢筋笼，对于大直径桩钢筋笼不适合，采用光圆钢筋作螺旋筋的小直径钢筋笼也未必适合。
（4）本文介绍的围护桩浇筑工艺，只适合无泥浆干钻孔且浇筑前孔内无水的情况。
（5）深基坑围护桩桩位外放值取值非常关键，钻孔过程中对成孔垂直度控制要非常严格，否则会给后期施工带来很大麻烦，增加大量的不必要成本。合肥地铁1号线有部分标段因为桩桩位外放值取值不当及钻孔过程中对钻杆垂直度控制不严，造成后期大量补桩和大面积破除侵入主体结构的围护桩，额外增加施工成本几百万，且严重影响了车站主体结构施工进度。
4参考文献：
1.《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）
2.《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）
3.《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008；
4.《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）
论文作者:周玉伍,廖正根
论文发表刊物:《防护工程》2017年第21期
论文发表时间:2017/12/25
标签：钢筋论文; 钻孔论文; 混凝土论文; 钻机论文; 基坑论文; 地层论文; 粘土论文; 《防护工程》2017年第21期论文;