旋挖钻孔桩垂直度控制在地铁基坑围护中的应用研究

王建华

（中铁四局集团第一工程有限公司 安徽合肥 230001）

旋挖钻孔桩垂直度控制在地铁基坑围护中的应用研究

王建华

（中铁四局集团第一工程有限公司 安徽合肥 230001）

目前国内正处在城市轨道交通建设大潮中，地铁深基坑施工中，旋挖钻孔桩维护结构被大量使用，但在施工中经常出现桩身垂直度偏差较大，出现内侵外陷的情况。对桩身垂直度的控制，是加快钻孔灌注桩施工进度、节约成本、减少质量隐患、保证质量的有效措施。

旋挖钻孔灌注桩；安全；质量；效益

引言

随着国家城市轨道交通建设的发展，钻孔灌注桩在围护结构中应用日益增多。由于旋挖钻机具有大转矩、高性能、低噪声、低污染施工效率高和成桩的高效性，使得旋挖钻孔灌注桩被广泛的应用于地铁施工中。因此通过控制好成桩的垂直度，减少桩基侵限现象，能够有效的保证施工的进度、成本和安全质量，具有一定的经济效益和社会效益。

图1

1 工程概况

1.1 工程概况

重庆轨道交通十号线土建10108标王家庄站及站后折返线区间工程由两部分组成：王家庄站为六支线北延伸线路与十号线平行敷设，形成双岛四线的同台换乘车站。车站为两个13m岛式站台车站，采用地下二～四层五柱六跨箱型框架结构，站后折返线为单层双跨框架结构。车站主体围护结构根据相应的地质条件，分别采用围护桩+锚索和围护桩+内支撑形式，基坑内西南侧结构四层向二、三层过渡处垂直边坡采用肋柱锚杆挡墙形式，站后折返线围护结构采用围护桩+钢支撑形式。

1.2 工程地质情况

经地面地质调查和钻孔揭示，勘察区出露的地层由上而下依次为第四系全新统Q4ml人工填土、残坡积Q4el+dl粉质粘土及侏罗系中统沙溪庙组J2s砂岩、砂质泥岩。

2 通过控制桩身垂直度来保证围护桩侵限的重要性

为了保证围护桩成桩质量，不侵限，对车站基坑的下一步施工有着重要的意义。通过控制桩基垂直度来保证围护结构不侵限是重要途径。

（1）钻孔桩垂直度控制不到位，可能会导致钻孔桩侵入车站主体结构，造成后期的车站主体结构施工质量隐患。

（2）钻孔桩垂直度偏差较大增加了喷射混凝土的材料和人工，还会为了防止围护桩侵限而必须加大外放量，这样也就增加了回填混凝土的数量。

（3）钻孔桩垂直度偏差较大还会导致基坑四周的围护结构受力不均，给基坑的安全带来较大的隐患，同时还会导致主体结构出现裂缝，对主体结构的后续使用也带来隐患。

3 垂直度出现偏差的原因分析

（1）旋挖钻机设备的进场验收和日常维护检查，旋挖钻本身的检测系统对垂直度的控制存在很大偏差，仅依靠机械本身的检测系统无法满足桩身垂直度的要求。

（2）钻头的选择，旋挖钻机未根据实际地质情况选择合适的钻头，进而出现桩的垂直度偏差不符合规范要求。

（3）旋挖钻机作业面未平整压实，导致钻机出现偏斜，钻杆不垂直导致成桩垂直度偏差不符合规范要求。

（4）钻进速度控制不好。

（5）护筒埋设出现偏位。

（6）钻孔过程中钻杆出现位移。

图2

4 根据原因制定的相应控制措施

（1）通过经纬仪对旋挖钻机的桅杆进行全程监测，与电子检测系统形成双控，及时通知厂家和检测部门对检测系统重新标定。安排专人组织维修队对每台设备进行详细的检查，发现有挤扁撞偏的立即校正纠偏，有破损的及时补焊，所有设备经过转向维修后，达到合格要求。

（2）根据不同的地质选择钻头。

通过现场验证，螺旋钻头比捞渣钻头能更好的预防偏孔，原因是螺旋钻头阻力小，但是螺旋钻头在对孔径的保证方面没有捞渣钻头好，只能在钻孔中采用两种钻头配合使用，相对于硬度较大的地质，选取双层底门带合金头的圆筒形入岩钻头，对于硬质结合层采用破碎式和碾磨式钻进相结合的钻进方式。

根据本工程地质，选择截齿或牙轮筒式钻头，钻杆选用机锁钻杆，选用油缸+机锁钻杆的加压方式。

（3）平整场地，测量放点之前先平整好施工场地，较软易陷场地，应及时换填碾压。特殊情况下可空出桩位在钻机下铺设钢筋混凝土预制板，以确保钻机就位施工过程平稳，现场地面承载力大于250kN/m2。钻杆始终保持垂直钻进，液压多功能旋挖钻机就位时与平面最大倾角不超过4°。

（4）根据实际钻进情况，结合地质勘探报告和已施工完的有关桩的资料总结钻进速度，形成经验值，对钻进速度进行控制，避免造成遇到分层和特殊地层是发生桩孔倾斜。钻进时每回次进尺控制在60cm左右，刚开始要放慢旋挖速度，并注意放斗要稳，提斗要慢，特别是在孔口5～8m段旋挖过程中要注意通过控制盘来监控垂直度，如有偏差及时进行纠正。

本工程钻进过程应控制下钻及提钻的速度，转速控制在9～15r/min，回次进尺≤0.5m，提钻速度≤0.8m。

（5）护筒埋设

钢护筒埋设前，应准确测量放样，保证钢护筒顶面位置偏差不大于5cm，埋设中保证钢护筒斜度不大于1%；钻机就位，钻头精确对准桩位点，埋设钢护筒前，采用较大口径的钻头先预钻至护筒底的标高位置后，使用钻机副卷扬机吊起护筒入孔口。提出钻斗且用钻斗将钢护筒压入到预定位置。

埋护筒时为保持护筒垂直度，应通过以不同的引桩到桩心距离进行交汇控制，直至护筒顶到指定标高。护筒埋好之后以此间距离和之前定好的方向恢复桩中心位置，并检测护筒中心是否与桩中心重合，并控制在±5cm范围之内，同时对护筒周围进行夯实，使其稳固不会在钻孔过程中偏移、垮塌。

（6）钻孔过程

钻孔桩开孔后应缓慢钻进，旨在形成良好稳固的护壁，保证孔位正确。在钻孔过程中定期用距离交汇校核钻杆位置，发现偏位立即调整，直到孔位定型时，方可停止校核。

在钻孔作业之前需要对桅杆进行定位设置，作业的过程中也需要对桅杆进行调垂。调垂可分为手动调垂、自动调垂两种方式。在桅杆相对零位±5°范围内才可通过显示器上的自动调垂按钮进行自动调垂作业；而桅杆超出相对零位±5°范围时，只能通过显示器上的点动按钮或左操作箱上的电气手柄进行手动调垂工作。在调垂过程中，可通过显示器的桅杆工作界面实时监测桅杆的位置状态，使桅杆最终达到作业成孔的设定位置。

图3 维护桩纵向外切线在同一纵剖面上（垂直度良好）

图4 桩间网喷效果（表面平整）

5 结语

由于旋挖钻机独特的成桩优点，加上对成桩垂直度控制措施的有效运用，减少了对侵限桩体部分的凿除和喷射混凝土的损失，工程安全质量也得到了有力的保障。达到了一定的经济效益和社会效应，积累了更多的垂直度控制措施，使得旋挖钻孔桩围护结构在城市轨道交通建设领域中应用越来越广泛。

[1]《建筑桩基检测技术规范》（JGJ94-2008）.

[2]《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）.

[3]《钻孔灌注桩施工规程》（DG/TJ08-202-2007）.

U443.15

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1673-0038（2015）24-0323-02

2015-5-23