地铁下穿区域灌注桩成孔精度控制研究

李卓成，都基贵，赵一飞，王海涛

（1.中交第一航务工程局有限公司，天津 300461；2.中交一航局第三工程有限公司，辽宁 大连 116001；3.中交一航局生态工程有限公司，广东 深圳 518107）

0 引言

旋挖钻孔灌注桩有成孔速度快、单桩承载力高，对各类地质条件适应性强、扰动小等特点，但是由于该工程的隐蔽性，因此施工过程中检查困难，成孔质量较难控制。桩位偏移、斜桩是工程施工中常见质量问题。深圳市某水质净化厂工程一灌注桩群桩基础施工区域为地铁盾构穿越区域，实桩长度长，对成孔精度要求高，且旋挖过程穿越较厚的淤泥层，地质条件对成桩影响大。为了满足施工过程中对成桩精度的要求，在成孔过程中采用 GPS-RTK 和垂球法相结合的方式对桩位及垂直度精度进行控制，并采取其他相关措施进一步提高成桩精度。

1 工程概况

1.1 项目简介

深圳市某水质净化厂工程位于宝安区沙井街道，处于茅洲河下游临近珠江口处。场区位于茅洲河和德丰围涌之间，左侧距茅洲河堤岸约 200 m，右侧距德丰围涌堤岸约 100 m，距出海口约 2.0 km。

灌注桩施工区域位于场区西南侧，为灌注桩群桩筏板基础，总桩位数为 100，其中 59 根桩处于地铁盾构影响范围内。施工场地平均标高 +2.00 m，设计桩径d=1.20 m，设计桩顶标高 -3.75 m，入中风化岩≥1 m，允许桩位偏差 5 cm，允许垂直度偏差 1 %。根据地勘探明中风化岩层标高在 -38.00～-51.00 m，平均钻孔深度约为 45 m。本工程采用徐工 XRS-1050 型旋挖钻机，使用d=1.40 m 的 6 m 临时钢护筒进行定位护壁。

1.2 地质情况

1.3 地铁下穿影响

本工程灌注桩群桩基础有地铁盾构穿越，穿越段地基隧道埋深约 13～15 m，隧道项距离构筑物底板约6.8～8.8 m，筏板与地铁隧道边界竖向净距 5.5～9.8 m，灌注桩桩身与地铁隧道边界水平净距最小为 1.5 m，桩间距沿轨道线路方向最小间距为 3.6 m（见图 1）。

图1 地铁穿越区域平面布置图

2 桩位放样应用与控制

2.1 点位放样方案比选

常规点位放样通常采用 GPS-RTK 放样与全站仪放样两种方式，前者具有方便、快捷、全天候作业等特点，后者放样精度高、数据稳定，由于仪器原理不同，两者适用范围也不尽相同。表 1 列出了各自的适用要求。

表1 GPS-RTK、全站仪放样比选表

根据设计要求，本工程灌注桩桩位精度要求控制在 5 cm 内，作业环境为开阔、无遮挡的露天环境，施工时间为 2021 年 4～8 月，历经深圳市雨季，且施工进度紧张，需要在夜间进行放样、复测等工作。结合实际情况，全站仪放样受到光线、天气影响大；GPS-RTK 放样既可以满足设计精度要求，且方便、快捷，机动性高，能够简化施工流程，有助于提高施工效率，最终选用 GPS-RTK 放样方法。

2.2 垂球法测量垂直度

垂直度测量有垂球法、游标卡尺测量方法等，本次因受护筒内作业空间限制，故选用了对作业空间要求较低的垂球法进行测量监测。垂球法是测量倾斜度的最基本方法，具有适用范围广、操作方便简单、反映数据直观准确等优点。

利用垂球法测量所需要的工具有水平尺、吊线、三角垂球。具体操作步骤如下。

1）将水平尺放置于护筒上，确保气泡处于中间位置，确保护筒粗平。

2）缓慢下放垂球，吊线下放长度为L，轻调吊线，使垂球上沿微贴于护筒内壁，直至垂球不再摆动。

3）使用钢尺测量垂线顶与护筒内壁距离为a。

4）使用式（1）计算护筒垂直度⊥。

式中：m为距离，m。

5）应对选取等边三角形点位对护筒垂直度进行核正，避免因护筒细微变形造成测量误差（见图 2）。

图2 垂球法测量护筒垂直度示意图

2.3 成孔精度控制流程

灌注桩成孔精度控制包含点位放样、点位复测、护筒垂直度测量、终孔桩位垂直度确认等步骤，具体流程如图 3 所示。

图3 灌注桩成孔精度控制流程图

2.4 桩位放样与垂直度测量

2.4.1 桩位放样与复核

桩位放样是灌注桩测量控制过程中的关键环节之一，一旦点位放样不准或是桩位偏移，有可能需要重新进行钻孔甚至废桩。实时动态（RTK）定位技术是以载波相位观测值为根据的实时差分 GPS 技术，其由基准站、流动站和数据链组成，建立无线数据通讯是实时动态测量的保证［1］。

使用 GPS-RTK 对桩位进行放样步骤如下。

1）由主办技术员和测量员分别提取各桩位设计坐标值，数据核对无误后将数据输入至 GPS 手簿中。

2）打开 GPS 基站，在控制点复核仪器精度，GPS 流动站要在控制点复核以后再进入现场使用。

3）在手簿中选择放样点位，开始放样。

4）在放样点位上插入标志物，以标志物为圆心，画圆并撒石灰粉标记，并在外围打下护桩，用于下护筒过程中护筒位置校正。

护筒下放完成后进行桩位复核，为快速复核桩位，本工程配套钢护筒制作一定位防护支架，可快速定位护筒中心，进行桩位复核。设计桩位允许偏差为 5 cm，为确保成孔质量，且此时钢护筒下口距地铁盾构穿越顶部约 6～8 m，避免其他因素对桩位产生影响，控制护筒精度在 2 cm 以内。

2.4.2 钻孔过程中垂直度控制

为确保钻孔垂直度，在施工过程中需要多次对护筒垂直度进行检查、复核。

首次复核是确保垂直度的关键，应在护筒下放完成后进行，此时 6 m 护筒底端已经临近地铁盾构，本工程护筒长 6 m，选取吊线下放长度L=3 m，吊线长度达到护筒长度一半且保证可见性；垂球m=5 cm。为提高成孔精度，避免其他不可预见因素造成影响，控制垂直精度不超过整体长度的 5 ‰，即a=5±1.5 cm。

第二次复核应在钻孔开始约半小时或自护筒下口钻进约 8 m 时进行，此时已钻进至淤泥层底，该层承载力较差、易发生挤压变形，且距离护筒较近，钻孔过程中由于地下土体变形极易对护筒产生扰动，致使护筒发生轻微位移；同时在垂直方向已穿越地铁盾构范围，因此选取该时段进行桩位、垂直度复核。此时仍处于钻孔初期，处于控制地铁影响的关键段、土质影响的不可控段，垂直精度仍应该控制在 5 ‰。

第三次复核应在即将入岩前进行，此时成孔已基本完成，但由于灌注桩持力层为中风化岩，为避免因偏位造成桩底偏心受力或受力不均，应进行桩位及垂直度复核。

第四次复核应在成孔、旋挖钻刚离开钻孔区域时进行。此时钻孔结束已成孔，需要进行终孔复核。一方面，在中风化岩钻孔过程中，旋挖钻头会带动钻杆产生较大的震动，可能对成桩精度产生影响；另一方面，原地面下层为淤泥层，旋挖钻自重约 110 t，其在行进过程中容易造成挤土，致使护筒偏位甚至缩径、塌孔等现象。因此为确保最终成孔精度及质量，应进行终孔复测，同时终孔复测也应作为最终测量结果。该次测量精度满足设计允许垂直度偏差 1 % 即可。

另外，在过程中目测有可能已发生位移时，也应立即通知测量人员对桩位、护筒垂直度进行复核，避免其他因素造成的护筒偏位、倾斜，以确保施工精度。

2.4.3 其他控制措施

为保证成孔、成桩精度，同时采取以下措施。

1）应确保护筒形体、尺寸，避免因护筒变形造成测量误差，变形较大的护筒应及时修复或废用。

2）护筒周边土体应压实，临时泥浆池设置应远离护筒，避免因泥浆侵蚀土体造成土体位移，从而致使护筒发生位移。

3）根据自本工程开工以来使用 GPS-RTK 放样的相关经验，18∶00～20∶00 时段 GPS 卫星信号精度有浮动，应尽量避免在该时段进行点位放样。

4）安装钻机时要使钻机转盘、底座水平，钻机开孔时要先把工作场地用装载机推平整，使用钻斗前检查钻斗钻齿的数量及角度、钻体两侧边刀或防护条的高度是否一致［2］。

5）严格控制旋挖机每次钻孔—倒土—钻孔过程中回转角度的控制，要求必须回正到机械记录首次记忆位置，确保每次回转角度数显为“0.00°”。

6）在钢筋笼下放、连接过程中，支架下层钢筋笼应使用型钢或枕木在钢护筒外侧作为扁担梁架立基础，严禁将钢筋笼扁担梁直接架放在钢护筒上，同时应使用水平尺保证架立基础基本处于同一水平面上。

3 实施效果分析

在某桩位第二次垂直度复核过程，发现护筒倾斜度达到 1.2 %，超过设计允许偏差值 0.2 %，超过内控允许偏差值 0.7 %，立即停止钻进。通过分析认为，由于为方便施工，未对之前孔位临时泥浆池进行移位，钻孔孔位距离临时泥浆池较近，周边车辆通过时造成挤土，致使护筒偏位。调整护筒及泥浆池位置后，继续钻孔并加密观测频率，最终成孔垂直度控制在 0.8 %，满足设计要求。

通过截桩后桩位复测，地铁盾构影响范围内 59 根灌注桩均满足设计允许偏位要求，最大偏位值 4.32 cm。认为使用该方法进行桩位、垂直度精度控制可行、有效。

4 结语

旋挖钻孔灌注桩施工工艺成熟，但桩基工程属于隐蔽工程，关系到整个构筑物的稳定、安全，尤其是在本工程中涉及到地铁盾构下穿影响，灌注桩成孔精度的控制格外重要。GPS-RTK 放样和垂球法测量垂直度虽然为工程施工中常见的方法，但是在过程中的应用细节、精度控制与测量观测节点等因素都能够对灌注桩施工精度造成影响。在本工程中，通过对灌注桩成孔过程中桩位、垂直度精度的把控，较好地满足了设计精度要求，为相关类型工程灌注桩成孔精度控制提供了思路。Q