摘要

桩基工程在地铁围护结构施工中属于常见的项目，针对桩基工程的施工方法目前种类繁多且各有特色，国内多采用的有机械回旋成孔法、机械钻孔成孔法，而全护筒成孔法较为少见。目前各种钻机成孔方法不一，基本上均在桩孔上部2~3m位置设置护筒，起到导向、存储泥浆等作用，但是无法保证周边复杂环境对既有建筑物的影响。

本文介绍了全护筒旋挖法施工，减少了对既有运营线构筑物的扰动及影响，同时有效解决泥浆护壁对环境的二次污染以及沉渣和泥皮对桩基承载力的影响。该施工工艺技术，无论对于保证施工质量，还是降低工程造价成本增加企业利润都有良好的经济效益和社会效益，具有很广阔的应用前景和市场需求，且为以后砂砾层地质条件的桩基施工提供宝贵意见。

关键词：全护筒，旋挖法，桩基、施工技术

绪论论

地铁临近既有运营线，根据地勘资料，既有线防护段地下连续墙需穿越黏土岩、强风化砾岩层、强风化砂岩层，此三类地层对于普通钻机成孔施工难度高，无法保证对周边底层的扰动；由于地铁既有线防护段防护要求等级高，对地下桩基垂直精度要求高，不允许地下成孔后等待时间过长（清空、钢筋笼吊装时间较长）以免塌孔，对既有线运营造成不利影响。因此，如何通过合理的施工管理和优化资源配置，满足现场安全文明施工、环境保护要求，实现高效的成孔工艺，是临近既有线地连墙施工的重点与难点。通过对临近既有线防护段工程特点的分析可以得出核心问题如何保证钻孔桩维护结构的垂直度以及减少对周边构筑物的扰动确保地铁正常运营。

鉴于此，针对该部位的工程地质情况、工期、环保要求要求，本着围护桩工程“安全可控，质量可靠，设备稳定，环境和谐，快速成孔，技术先进，人机地料法环平衡协调”的原则，通过对全护筒旋挖法施工技术的研究与应用，实现高效成孔，形成一套技术上先进、经济上合理、工期满足要求的桩基施工技术。目前在北京地区钻孔桩成孔大多数采用桩孔部位2~3m设置护筒，且其对垂直精度控制较低，因此全护筒旋挖法施工围护桩具有借鉴和指导意义。

对全护筒旋挖法施工围护桩技术的应用，不仅从战略角度上对既有线提供安全与技术保障，还能为今后的北京地铁乃至全国地铁市场连施工遇到的各种地层成孔避免对既有建筑物的扰动提供重要的理论和研究支撑，同时还为该技术的应用提供广阔的平台，具有重要的实用和推广价值。

一、　　全护筒旋挖法选择背景

1、概况

根据设计图纸施做围护E型桩，保证对既有线的保护。本工程围护结构设计机械成孔灌注桩，桩径为φ旋挖钻孔桩，桩长19.5米，要求桩长达到设计标高（设计标高见表1-1），持力层为卵石层

2、工程地质

按照地层沉积年代、成因类型、地层岩性及其物理力学性质对地层进行划分，共划分为7个大层，具体各土层岩性及分布特征概述如下：

(1)人工堆积层

岩性特性如下：

杂填土①层：杂色，松散～稍密，稍湿～湿，含砖块，灰块，局部为卵石填土、水泥路面；

该层厚度变化较大，一般厚度1.30～4.90m，土质不均，工程性质差。

(2)新近沉积层

岩性特征如下：

圆砾、卵石②层：杂色，中密，稍湿，剪切波速vs值＝~m/s，重型动力触探击数N63.5＝24～43，属低压缩性土，含中砂约25%~30%；

(3)第四纪沉积层

主要岩性特征如下：

卵石③层：杂色，密实~中密，湿，剪切波速vs值＝～m/s，重型动力触探击数N63.5＝38～75，属低压缩性土，钻探揭露：D大＝12cm，D长＝14cm，D一般＝6～9cm，亚圆形，级配较好，含中砂约30%，含漂石；

细砂、中砂③1层：褐黄色，密实，湿，粉质黏土夹层，含云母，局部含少量圆砾。

卵石④层：杂色，密实，湿，剪切波速vs值＝~m/s，重型动力触探击数N63.5＝43～，属低压缩性土，钻探揭露：D大＝15cm，D长＝18cm，D一般＝6～9cm，亚圆形，级配较好，含中砂约30％，含漂石。

卵石⑤层：杂色，密实，湿~饱和，剪切波速vs值＝～m/s，重型动力触探击数N63.5＝50～，属低压缩性土，钻探揭露：D大＝15cm，D长＝18cm，D一般＝5～9cm，亚圆形，级配较好，含中砂约30％，含漂石，含粉质黏土夹层。

卵石⑥层：杂色，密实，饱和，剪切波速vs值＝~m/s，重型动力触探击数N63.5＝50～，属低压缩性土，钻探揭露：D大＝16cm，D长＝19cm，D一般＝8～10cm，亚圆形，级配较好，含中砂约30％，含漂石。

围护E型桩施工持力层位于卵石⑥层，卵石层施工土体塌方严重，为保证较少对10#既有运营线的影响，故选用全套筒跟进旋挖钻施工工艺。

3、工程特点

既有线隧道外侧与基坑东侧间距约8-18m。基坑深度约为32m，地下一层范围内采用双排围护+锚索的支护形式，地下二层三层采用内支撑支护形式。附属结构风道临近既有线采用围护桩+钢筋混凝土支撑。两处风险等级均为一级。主要针对围护桩施工采用全套筒工艺措施施工，保证既有线安全。

二、　　工艺流程及施工方法

1、工艺流程

图2-1钢护筒施工流程图

2、施工方法

（1）放样定位

根据施工平面图进行现场放测及测量控制资科，按“从整体到局部的原则”进行位基的位置放样。钻机施工前放出准确的桩位线，根据设计图纸使用全站仪定桩位，在桩位点打木桩或钢筋桩，埋深mm，桩上定出桩位中心，并用“十字栓桩法”做好标识，并加以保护。会同测量有关人员对轴线、桩位进行测整复核，并做出复核记录，经复核确认桩位的轴线正确无误，方可埋设护筒。

2-2桩身剖面图

（2）施工顺序

为防止塌孔和保证成孔质量，钻孔灌注桩采用间隔式跳仓施工。钻孔桩施工时加大间隔，隔2作1，如图2-3所示，钻孔灌注桩的施作顺序为1→2→3。

（3）埋设护筒

护筒采用壁厚δ=30㎜，其内径比设计桩径大70mm，其中设计桩径mm。

护筒安装时，钻机操作手利用扩孔器将桩孔扩大，使用吊车将护筒调到孔位处，之后护筒与钻机连接，通过大扭矩钻头将钢护筒压入一节护筒。护筒压入前及压入后，通过靠在护筒上的精确水平仪调整护筒的垂直位置。护筒顶一般高于原地面mm-mm,以便钻头定位及保护桩孔。

（4）钻桩成孔

旋挖钻机采用筒式钻头，在孔内将钻头下降到预定深度后，旋转钻头并加压，将旋起的土挤入钻筒内，待泥土挤满钻筒后，反转钻头，将钻头底部封闭并提出孔外，自动开启钻头底部开关，倒出弃土。钻机就位后，即可开始钻进，钻进时进尺深度控制在60cm左右。开始钻进时钻机要轻压慢转，并注意放斗要稳，提斗要慢，特别是开孔时至旋挖至地下6-8m的过程，要注意通过控制盘来监控垂直度，如有偏差及时进行调整。

成孔的必须检查钻头直径、钻头磨损情况，施工过程对钻头磨损超标的及时更换。成孔中，按试施工确定的参放进行施工，设专职记录员记录成孔过程的各种参数，如加钻杆、钻进深度、地质特征、机械设备损坏、障碍物等情况。记录必须认真、及时、准确、清晰。在钻进过程中有专人观察指挥，随时指挥机手调整钻杆垂直度。通过电子控制和人工检测两个方面来保证钻杆的垂直度，从而保证了成孔的垂直度。旋挖钻机钻至深度必须满足设计要求。

钻机施工到每节护筒时，通过护筒与护筒间连接段连接牢固后，通过大扭矩钻头将钢护筒压入一般高于原地面mm-mm，再次进行桩基就位，开动钻机。以此循环施做，直至达到设计标高。在卵石层土层中，采用短螺旋钻进取土，达到设计要求后终孔测量。

（5）钢筋笼调放

钢筋表面应洁净、无损伤、油渍、漆污和铁锈。钢筋平直，无局部曲折；4、钢筋主筋接头应采用机械连接；

钢筋笼同一截面主筋接头数量不得大于50%；钢筋笼加强箍筋连接要求，单面焊10d，焊缝高度=0.3d.焊缝宽度≥0.7d，同截面接头不得超过配筋的50%；

钢筋笼主筋宜设置保护层预制垫块，垫块为砂浆预制块，中间穿孔，插入与箍筋φ10型号的钢筋，点焊在主筋上，每组保护层垫块竖向间距不应大于2m，采用梅花形布置，每组不宜小于4块，安装时保证垫块在骨架下放时滚动；

下放钢筋笼前应进行检查验收，不符合要求不准入孔；记录人员要根据桩号按设计要求选定钢筋笼，并做好记录；

钢筋笼焊接完成后，用25T汽车吊整笼级慢下放入孔内，严禁砸笼。

钢筋笼应设置2个恰当的起吊点位置，且起吊点须加强。

钢筋笼全部入孔后，应检查、校正安放位置，并做好记录，定位钢筋笼。

桩身混凝土灌注完毕，待初凝后可解除钢筋笼的固定措施。

（6）混凝土浇筑和提起护筒

混凝土采用混凝土输送泵直接输送到需要浇筑混凝土的桩孔位置倒入料斗内。混凝土塌落度控制在18-22cm。

混凝土浇筑完成拆管前安排专人测量孔内混凝土高度，10~15分钟或每浇筑一次测量一次导管内混凝土面高度，并做好施工记录。

浇筑混凝土接近浇筑标高时，应控制最后一次浇筑量，确保桩顶标高应比设计标高高出0.5~1.0m。

应在砼初凝时边浇筑边拔钢护筒（浇筑时钢护筒不得拔出浇筑面50cm），浇筑过多后把钢护筒，可能导致护筒无法拔出。利用25T汽车吊配合旋挖钻大扭矩进行钢护筒的起拔。

因起拔护筒使得桩身直径发生改变，会影响到砼顶面的标高，所以在混凝土浇筑过程中要充分考虑到长护筒起拔对混凝土浇筑的影响。在护筒起拔前要先进行超灌弥补护筒起拔的影响。

三、　　施工效果

1、钻孔速度快，功效高。

2、钻孔能力强、钻孔质量好：采用全程护筒跟进可以避免缩颈等桩身质量缺陷，切实解决了复杂底层护壁难的问题。

3、对周边底层及构筑物扰动下：因全程跟进护筒，钢筋笼吊装过程有效避免了塌孔、缩颈的影响，且桩身完整性好，单桩承载力高。

4、钻孔不需要泥浆、孔底无沉渣，施工场地整洁：旋挖钻机自带取土器，不需泥浆循环携带沉渣，造孔泥浆少；采用全程护筒后，桩周无泥皮，且孔底无沉渣，有利于保证设计桩基承载力，同时，施工场地整洁，有益于现场文明施工。

结论

随着钻孔桩施工工艺的完善和改进，不断向超厚、超深、超硬地层方向发展，越来越多的钻孔灌注桩被用于城市交通轨道、高铁车站、机场、城市大型建筑物、隧道竖井、大桥锚定块、大型水库的围护结构，江河湖泊堤坝防渗和围堰防渗、高层建筑物的地下室基坑、地铁基坑以及各种建筑物的矩形桩的施工工程中，钻孔灌注桩的应用前景非常广阔。

目前国内大部分城市，如北京、广州、深圳、东莞、武汉等，正在大量兴建城市地铁和轨道交通，这些地铁和轨道交通的车站围护结构大都采用钻孔灌注桩，要求对周边底层扰动少、工期要求紧、且越来越多的临近周边现有构筑物，在保证质量施工和承载能力的同时，更是施工方便快捷，缩短施工工期，同时可节省材料，降低施工成本，在建设节约型、环保型社会中具有较大的推广价值。

参考文献

[1]梁奇虎.全护筒旋挖灌注桩施工技术的应用[J].建筑工程设计与技术，（17）；

[2]杨景峰，张文杰，赵海玉.旋挖钻机施工工艺及控制[J].交通科技，（6）：29-30.；

[3]李林，闵峰.旋挖钻机施工钻孔灌注桩的工艺研究[J].中国工程科学，，12（4）：33-36；