旋挖钻干作业成孔工艺在中心城区地铁车站施工中的应用

何周霖 李国强

【摘要】钻孔灌注桩在地铁车站围护结构中已得到广泛应用，在中心城区的钻孔灌注桩的施工中，对安全文明施工、施工效率、施工质量等要求高。本文结合长沙市城市轨道6号线窑岭站围护桩施工实例，详细介绍旋挖钻机在地下水位位于桩深以下的干作业成孔工艺以及应注意的一些问题，并对干作业成孔和泥浆护壁成孔进行效益分析，可为相关工程提供参考。

【关键词】旋挖钻;灌注桩;干作业成孔;中心城区施工

1、引言

在长沙市轨道交通6号线窑岭站地建设中，由于场地狭小，交通繁忙，且前期有一处横穿车站的红旗渠改迁施工，对工期要求较高。车站场地内地下水在围护桩桩底以下，如采用旋挖钻泥浆护壁成孔，泥浆系统设备多、占地面积大且场地内文明施工难度大。采用人工挖孔桩安全性较差，施工效率低。所以本工程围护桩采用旋挖钻干作业成孔。

2、工程概况

2.1 车站周边施工环境

长沙市轨道交通六号线窑岭站位于人民中路与韶山北路交叉路口处，现状地面环境复杂，站址周边商厦及民居林立，交通繁忙，地面下管线密布，车站北侧有一条沿人民中路敷设的地下电缆通道（距车站1.8m，埋深1.4m），还有一条城市主要排水渠红旗渠横穿车站需改迁。

2.2 设计概况

窑岭站主体围护结构采用362根钻孔灌注桩，均为桩径φ1000mm摩擦桩，桩长25.3～28.5m。围护桩混凝土设计标号为C35水下混凝土、P6;桩底沉渣厚度不应大于200mm，立柱及盖挖段围护桩桩底沉渣不应大于50mm。

2.3 工程地質

（1）工程地质情况

窑岭站地层层序自上而下依次为：填土、粉质粘土、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩。围护桩桩底位于中风化泥质粉砂岩中。

（2）地表水

窑岭站场地范围基本无常年性地表水系，地表水较不发育。

（3）地下水

地下水类型主要为第四系松散层孔隙水及基岩裂隙水，泥岩为相对隔水层，基层裂隙水主要赋存于泥岩裂隙内。

2.4 工程特点

窑岭站围护结构施工主要特点有：①工期紧，桩数多。围护结构施工与红旗渠改迁穿插作业，共分三期6阶段施工，工期安排紧凑。②施工场地狭小。窑岭站地处长沙市中心城区，周边环境复杂，人民中路为城市主干道，施工围挡要保证车辆通行。③文明施工要求高。

3、方法的确定

传统钻孔采用冲击钻、正、反循环钻等钻孔设备，均需采用泥浆护壁。其与干作业成孔对比如下表：

窑岭站地处城市中心区，文明施工、进度、施工质量等要求高，通过比较，我们选择采用旋挖钻干成孔施工，并采用导管浇筑混凝土，优化混凝土配合比和坍落度，借助灌注桩导管埋深混凝土的压力达到自密实。

4、施工工艺

4.1钻机型号的选择

窑岭站围护桩穿越地层有填土、粉质粘土、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩，且在桩基成孔范围内无明显地下水，选用中联重科ZR280C-2型旋挖钻。

4.2施工工艺

旋挖钻干成孔通过底部带有活门的桶式钻头旋转破碎岩石，并直接将其装入钻头内，然后通过伸缩式钻杆将钻头提出孔外卸土，其施工工艺图如图4.2-1：

4.3 护筒埋设

钢护筒可以控制钻孔精度，避免扰动软弱土层，也可防止混凝土浇筑时跑浆，因此钢护筒的选择和安装十分重要。窑岭站围护桩钢护筒采用10mm厚钢板加工制作，长6m，直径比设计孔径大20cm。先初步钻进至护筒底标高，约5.7m深（护筒埋设时高出地面30cm，防止雨天雨水及周边杂土流入孔内），再扩孔埋设钢护筒。钢护筒长度应伸入岩层才能有效保护软弱土层和防止跑浆。

4.4钻孔施工

（1）钻孔施工应连续作业，并时常观察钻进地质情况，遇到有倾斜的软、硬地层界面时应保证钻杆垂直，低速钻进，减少钻杆晃动，避免卡钻、桩位偏移。

（2）干法成孔对钻孔倾斜度要求较高，钻机操作室内有钻杆垂直度显示仪，可直接通过操作阀进行调整，也需用经纬仪时常对钻杆垂直度进行复核。

（3）清孔。干法成孔后，孔底一般只有少量虚土。采用旋挖钻机上本身带有的深度记录仪减去成孔后测绳的孔深复测，得到沉渣厚度。沉渣厚度不满足要求时将桶式钻头减压扫孔2～3圈带出孔底钻渣虚土，可有效减小沉渣厚度。

（4）成孔后，应及时盖好孔口，防止杂物和土块掉入钻孔内。

（5）砼灌注。干法成孔的围护桩采用垂直导管无水作业灌注砼，在砼通过导管进入桩孔底部时，会对桩基底部产生强大的冲击力和振动，诱使孔内风化岩层脱落而出现坍孔现象。所以，在第一料斗砼灌注前在高管底部安放直径比导管直径大50mm的空心橡胶球（即水下浇灌砼时用的避水球），球内充气，使混凝土下落时起到缓冲作用。

4.5围护桩检测结果

窑岭站围护桩于2018年5月初正式施工，2018年10月施工完成，总计施工386根旋挖钻干成孔灌注桩，随机选取78根桩进行了低应变检测其中I类桩78根，占比100%，完全符合设计要求。

5、效益分析

5.1经济效益分析

干作业成孔工艺在窑岭站围护桩施工中的效益分析如下：

如采用泥浆护壁施工，每方泥浆按照80kg膨润土、150kg粘土计算，长沙地区膨润土价格为300元/t，本地粘土价格为30元/t。每立方泥浆的造价计算如下表：

用浆量按照2倍混凝土量计算，窑岭站围护桩混凝土工程量为8000m3，用浆量为16000m3，造价为16000×45.5=72.8万元。

废浆按照造浆量的1.2倍计算，处理方量为19200m3，处理费用为40m3/元，处理费用为76.8万元。

节省工期费用：采用干成孔工艺比计划工期提前12天完工，本项目运行管理成本约为2.5万/天。节约工期费用为30万元。

综上，采用干成孔作业后，经济效益节约资金总计179.6万元。

5.2社会效益分析

（1）采用干作业成孔，有效提高了施工效率，并确保施工质量，得到业主、监理、设计等单位的一致好评。

（2）施工过程中，不产生泥浆，施工场地干爽利落，文明施工环境好。对于紧邻商铺和民居的工地，不影响周边建筑，不扰民，具有良好的安全和环保特性，有利于协调工程施工与周围群众的关系，施工文明，不扰民，深得周边群众的好评。

结语：

旋挖钻干作业成孔技术适用于各类风化岩层、硬塑状粘性土、稍密以上的碎石土等直立性较好，且地下水位低于桩深的岩土层。对于上部软弱土层可采用钢护筒保护。

窑岭站围护桩采用干作业成孔，采取恰当的施工措施，使得钻孔过程顺利，成孔质量好，具有很高的经济和社会效益，取得了很好的施工经验。

参考文献：

[1]黄强，刘金砺，等.《建筑桩基技术规程》（JGJ94-2008）.中国建筑工业出版社，2008

[2]霍燚.干作业钻孔灌注桩施工新技术[J].建筑工程技术与设计，2015.2015年2月上：36～37页.

作者简介：

何周霖（1987.6-），男，汉族，湖南会同人，本科，工程师，主要工作方向：地铁、排水管道施工等。