地铁车站工程明挖基坑钻孔灌注桩施工技术

潘斌

（中国水利水电第八工程局有限公司，长沙410004）

0 引言

钻孔灌注桩+钢管内支撑是当前我国地铁明挖基坑支护主要采用的结构形式，钻孔灌注桩承受外部车辆行走产生的侧压力以及土压力、水渗透压力等，因此其工程质量的优劣直接关系地铁明挖车站基坑施工安全和临近建筑物的安全。本文结合以往地铁基坑开挖施工经验，从钻孔灌注桩测定桩位、埋设护筒、桩机就位、成孔、清孔、钢筋笼制作与安装、水下混凝土浇筑等主要施工环节进行分析研究，并根据其施工特点，较为全面、系统的总结对其施工质量的控制措施，以提升钻孔灌注桩的施工质量，确保地铁车站基坑明挖施工的安全。

1 前期准备

地铁工程一般地处都市，钻孔灌注桩施工前，要做好施工范围内的绿化改迁、交通导改以及管线改迁等工作，具体前期准备工作要点如下：

一是修建施工便道。沿钻孔桩周围布置冲孔钻机、旋挖钻机、履带吊机和混凝土罐车行走道路，对道路进行硬化，使道路满足灌注桩桩施工机械等行走安全，施工过程中及时清除泥浆渣土。

二是建设辅助施工的临时设施。修建围挡，设置钢筋半成品堆放场、泥浆池、渣土坑和洗车槽等临时设施，做好临时用电设施布置以及水管的引进。

三是做好施工污水的处理。施工生产区处设置沉淀池，在围挡的四周设排水明沟，将截水排至沉淀池经过三级沉淀后，排入相应市政污水管网中。

四是建立测量控制基准点。为保证施工控制的精确性，施工时根据设计提供的基准点设置施工测量控制网，建立测量控制基准点，利用测量控制网控制和校正轴线、标高等，确保施工精度。

此外，在钻孔桩正式施工前，根据设计图纸，选择典型区域，由施工、设计、业主单位确定试验桩，按设计、规范要求和施工参数进行，以核对已有的地质资料、工程设备、技术要求及工艺是否适当。

2 钻孔灌注桩施工技术及质量控制

在钻孔灌注桩施工时，规范落实各道工序，根据地层情况合理选择钻进工艺，包括干式钻进、泥浆护壁钻进等，每道工序检查合格后方可进入下一道工序，确保成孔质量合格，防止出现质量、安全事故。

2．1 测量放线

根据设计施工图确定测量控制轴线，计算并复核各桩点的放样资料，正确无误后进行实地测设桩位，桩位放样后，放样的桩位进行100%复核，并根据施工现场具体情况设置桩点护桩，以便施工时能准确埋设护筒，钻机精确定位。

2.2 埋设护筒

护筒用钢板制作，内径比钻孔所用钻头直径大100mm，长度大于1.5m，钢板厚不少于5mm，如果地质较好，可以适当减少至不少于1.2m，顶部用角钢加固，并安装2～4 个提升环及留1～2 个溢浆口，溢浆口对准循环槽。埋设护筒应埋入地下深度不少于1m，用粘土分层回填夯实，护筒中心轴对准测定的桩位中心偏差不得大于20mm。

2.3 钻机就位

钻孔桩施工采取分批跳孔施作。钻机就位前，必须先将桩孔周边垫平，根据建筑机械使用安全规范，旋挖钻机安全作业坡度不得大于2°。钻机就位后，为避免超钻或少钻，测量钻机平台标高，控制钻孔深度。正式钻孔前，须经监理工程师检查验收同意，钻机先进行运转试验，检查好机况。

2.4 钻孔

在钻孔施工时，包括干式、湿法作业两种，分别适用于不同地层，前者地层自身稳定性较好，后者采用泥浆护壁，需做好泥浆处理，防止对周边环境造成污染。

2.4.1 干钻成孔

黏结性好的土层、稳定砾岩层采用干式钻进工艺。钻进初期，低速钻进，直至护筒下1m 正常钻进。钻进过程中，地质情况不同，钻头选用不同形式的，注意土层变化，根据实际地层情况对钻进参数进行调整，钻至设计标高后停止钻进。

2.4.2 泥浆护壁及成孔（湿钻）

湿法作业是指受水影响条件下的作业，对灌注桩湿法作业一般采用回转钻或冲击钻等，此法需泥浆护壁，成孔后孔内充满泥浆，灌桩砼时一般采用置换法。

泥浆配制。制浆前，先将粘土打碎，放入水中搅拌，新制、再生泥浆均由专人负责质量检验，要求粘土含胶体率≥95%，含砂率≤4%。成孔期间，可能存在需调整泥浆指标的情况，因此需备一定的粘土、膨润土。

泥浆管理。场地内应设两套沉淀池、循环池，以减少场地占用和泥浆污染。沉淀池、循环池均设于基坑内侧，通过泥浆循环沟与桩孔沟通。泥浆池采用挖机就地开挖，且应尽量避开砼支撑梁的位置。沉淀池和循环池大小可设3×3×1.5m。成孔施工时，先采用正循环钻进，进入砂层后采用反循环钻进，正循环系统为泥浆经钻机注入孔底，由孔口溢出，从泥浆沟流入至沉淀池，再到循环池，最后再用泥浆泵抽注入钻机内至孔底形成一个循环系统；反循环系统为泥浆经钻机抽排至沉淀池，再到循环池，最后从泥浆沟流入到孔内。

钻进成孔。开孔前启动泥浆泵，泥浆正循环正常后，才能开动钻机。成孔过程中，边钻进边注入泥浆护壁，并根据地层情况调整参数，如在进入砂层后，正循环改为反循环。

泥浆护壁要求。钻孔桩成孔较困难，施工期间为避免槽壁塌孔，槽内泥浆面必须高于地下水位1m 以上，在砂层施工时应适当提高泥浆比重与粘度增加泥浆储备量。基坑范围存在淤泥、淤泥质粘土砂层，需对泥浆进行回收利用。

2.4.3 清孔、拆杆、移机

干钻施工时，钻至设计深度后，采用旋挖斗清孔，实时关注电脑深度显示值，当显示值为钻进深度显示值时，原位正向旋转4～5 转，将孔底沉渣旋入容斗，提出卸渣。为保证清孔效果，在完成第一次掏渣后，使用测绳对孔深进行检测，若是检测结果与钻进深度相同，则清孔合格，否则继续清渣。

完成钻孔后，做好孔深、孔径、倾斜度的检测工作，所有项目检测结果均符合要求，方可开始下一道工序。在下放钢筋笼前，需重新对孔深进行测量，观察是否存在塌孔的情况，及时判断是否需开展二次清孔工作。

2.5 钢筋笼制作、安装

现场施工时，科学确定钢筋笼的制作和吊装方案，方案分为分节吊装和一次性吊装。

2.5.1 分节吊装

将加工好的钢筋笼用平板拖车通过便道运至桩位处，一般利用50t 履带吊分节吊放，采用孔口焊接，分节长度应按孔深、起吊高度和孔口焊接时间合理选定。孔口焊接时，上下主筋位置应对正，保持钢筋笼上下轴线一致。第一节安放就位后，用钢管卡住，立马吊第二节钢筋笼，根据现场施工实际情况确定采用单面焊接或者双面焊接，其中双面焊接搭接长度不小于5d，单面焊接搭接长度不小于10d。焊牢后继续下放钢筋笼，直至设计标高。

2.5.2 整体吊装

根据计算钢筋笼的总量结果，若50t 履带吊能满足吊装需求，则在现场采用整体吊装。

2.6 水下混凝土灌注

下放钢筋笼结束后，立即灌注混凝土。导管采用Ф258丝扣连接，导管应在地上作水密封试验，试验压力不得低于0.3MPa。灌注前先根据测孔情况判断混凝土所需的大致方量。导管尽量置于孔的中间，管口与孔底保持30～50cm 的距离，确保管内混凝土畅通。灌注前先放隔水球于导管中，将混凝土面与泥浆液面隔开，灌注时，混凝土通过自重将管内泥浆从下部管口排出，达到液封的目的。确保第一次连续灌注的混凝土使下部导管埋入混凝土的深度不小于0.8m。混凝土浇注应保持连续进行，浇注过程中应勤量测，勤拆管，始终保持导管埋深在2.0～6.0m 左右，同时根据测量结果判断孔内有无异常情况，严禁将导管提出混凝土面，形成断桩。当混凝土面高度已超过设计桩顶标高0.5～1m 时，这时导管应尽量缓慢拔出，保证桩顶混凝土面慢慢弥合，避免造成泥浆进入导管拔除后的空洞内，形成夹泥桩。

混凝土采用商品混凝土，灌注桩混凝土强度、坍落度等性能指标按设计、规范要求配置。混凝土浇注前应随车有混凝土质保书、配合比单，并对混凝土坍落度及和易性检查合格后，方可进行浇注。且应经常到混凝土供应商处检查水泥、砂、石、外加剂等质量。

为确保桩头混凝土质量，桩身混凝土浇注高度需比设计桩长高50cm，浇注过程应作好详细记录。

2.7 成桩质量检查

完成混凝土灌注后，做好成桩质量检查工作，具体检查项目与标准如表1 所示。

表1 成桩质量标准

混凝土桩成品成品后必须检查，检查采用无损检测，所有基桩混凝土质量达到Ⅱ类桩以上标准。Ⅰ类桩达90%以上，严禁出现Ⅲ类桩。

3 钻孔施工中常见问题与处理方法

在进行钻孔施工时，若是钻进参数选用不当或是控制不到位，极易导致各种安全、质量问题的出现，下文主要就几种常见问题加以分析。

3.1 塌孔

常见塌孔事故，根据发生位置的不同可分为两类：一是孔内坍塌，此类问题需及时判断坍塌位置，并进行回填处理，一般回填至塌孔以上1～2m，同时增大泥浆比重、加高水头；若是塌孔严重，可全部回填后重新钻孔；二是孔口坍塌，此类问题需将护筒拆除，回填后重新埋设护筒。

3．2 弯孔和缩孔

如发生严重弯孔、探头石时，需使用小片石、卵石与黏土混合物进行回填，当填料沉实后重新钻进；对于存在不严重的弯孔和缩孔现象，将钻头提至偏斜处反复扫孔，直至钻孔正直。

3.3 卡钻

针对此类问题，需查明发生原因、位置，使钻头松动后再提起，切勿强提。

3.4 掉钻

发生掉钻时，若是必须进入钻孔，首先需查明孔内是否存在有害气体，同时也要备齐相关防护设备，现场由专人指挥，切实保证工作人员的安全。

3.5 斜孔

钻孔灌注桩施工中，要求钻杆、钻头、护筒中心处于同一铅垂线，钻进期间使用侧锤、经纬仪检测，防止出现斜孔问题。

钻进前，钻机需就位平稳，护筒保持垂直，且施工过程中应经常复查钻机的水平及对中情况；钻进时一旦遭遇障碍物，需根据实际情况对钻进参数进行调整，确保钻具垂直。

3.6 坍孔

钻进过程中，进入砂性土层后，降低钻进速度，保证砂层段的泥皮可较好护壁；钻进过程中，加入新鲜泥浆，进入流砂、松散土层后增大泥浆密度。

针对轻度坍孔问题，可适当增大泥浆密度、提高浆位；针对严重坍孔问题，在孔内投入粘土泥膏，直至孔壁稳定后，低速钻进，垂直下放钢筋笼。

3.7 护筒冒顶的预防

埋设护筒时，采用跳孔埋设，清除地层表面杂填土，用粘土回填夯实，并将护筒深入粘土层中，地面下有障碍物及管线的，采用高护筒施工。

3.8 混凝土灌注过程中常见问题及处理措施

完成钻孔后需进行混凝土灌注，要求严格按施工组织设计落实各项作业，几种常见问题如下，需做好相关预防与处理工作。

3.8.1 导管进水

在混凝土灌注时，若是导管底口出现进水的情况，可能原因主要有以下几种：一是首批混凝土储量不足；二是导管底口与孔底相距过大，混凝土下落后无法将底口埋没。

处理方法：一旦发现问题立刻提出导管，并使用泥石泵吸出混凝土；若是必要将钢筋笼提出，然后下放骨架、导管，重新灌注。

3．8.2 卡管

混凝土灌注期间，若是出现卡管情况，可能原因如下：一是混凝土坍落度过小；二是管口的混凝土已初凝；三是泥浆比重过大。

处理方法：基于上述原因分析，在灌注前需对混凝土的坍落度进行检查，确保指标合格；灌注期间，严格把握好混凝土初凝时间，防止导管被埋无法提出。

3.8.3 塌孔

灌注过程中塌孔的表现主要为护筒内水（泥浆）位骤然上升又骤降，并冒出气泡。

处理方法：包括保持水头或加大水头、移开重物或机械振动等，使用吸泥机将孔内泥土吸出。若是塌孔停止，恢复灌注；若是塌孔还在继续，需提出导管，将混凝土钻开抓出，并使用粘土掺砂砾回填，重新钻孔。

3.8.4 埋管

混凝土灌注期间，若是发现导管无法拔出，其原因分析如下：

①钢筋笼质量差，部分钢筋笼的钢筋插入导管吊环内，对此需正反转动导管，导管与钢筋笼分离后继续浇注。

②导管埋深过大或混凝土初凝，导管无法提升。

3.8.5 浮笼

在水下混凝土灌注中，浮笼是一种较为常见的事故。在水下混凝土施工时，要求埋管较深，混凝土连续灌入，减小对钢筋笼的冲击；混凝土面进入钢筋笼一定深度后，适当提升导管，防止钢筋笼上浮。

若是已经出现浮笼问题，必须第一时间处理，可以多根直径6cm 钢管套住钢筋笼主筋再焊在护筒上，以免钢筋笼上浮。

4 施工质量保证措施

钻孔灌注桩施工质量直接关系到地铁车站工程明挖基坑安全性，对此需构建完善的质量保证体系，落实材料、人员管理以及各道工序检查工作，具体施工质量保证措施如下：

①建立健全质量保证体系及工序质量检测流程，配置满足施工现场管理的质控人员。

②建立质量约束激励机制，提升员工的责任心和工作积极性。

③提升现场施工管理人员的业务能力和质量意识。编制质量控制明白卡，使质检人员掌握施工工艺和质量控制要点以及需质量控制的主要技术指标、工艺参数等；加强对现场施工人员加强质量教育和开展多形式的质量活动。

④严格把好进场材料质量关。钢筋、水泥、砂石料等原材料进场后必须检验合格后方可使用。

⑤加强施工过程的质量控制，确保规范规定的检验、抽检频率，保证质量指标合格。

⑥特种作业人员要持证上岗，经考试合格的人员才能上岗作业，作业中严格按规范和规程执行。

⑦桩孔各项质量指标必须按规范要求进行控制和检查，沉渣检测用重锤进行测定。

⑧认真填写各项原始报表，严格执行“三检”制度，混凝土浇筑前需签发浇筑令，准确计算各项数据和做好资料的收集及整理工作。

⑨建立质量追溯机制。研究强化落实工程队施工管理人员、质检人员、具体施工操作人员的质量责任，确保相关人员履职到位。质检日志对每班施工部位的施工情况和主要施工人员等做好相关记录和留下相关影像资料，每个工程部位完成，出现问题，能追溯到承担该部位施工的施工管理人员、质检人员、具体操作人员等。

5 结束语

钻孔灌注桩深度是综合基坑开挖深度、内支撑设置、地下水等因素确定，灌注桩每道施工工序质量技术参数都应达到相关要求。每道施工工序可能出现的质量问题及相应的处理措施是工程建设过程中不断实践经验的总结。