王東星 （誠(chéng)合瑞正風(fēng)險(xiǎn)管理咨詢有限公司，北京 100855）

PBA工法的基本原理[1～2]，是在暗挖和明挖方法的基礎(chǔ)上結(jié)合起來(lái)，主要應(yīng)用于交通條件較為繁忙、城市地下管線類型較多、無(wú)法采用明挖法施工的城市中心區(qū)域的地鐵車(chē)站。PBA暗挖車(chē)站的基本指導(dǎo)思想是“化大為小、化整為零”，施工完小導(dǎo)洞后，在小導(dǎo)洞施工洞內(nèi)圍護(hù)邊樁、冠梁、底縱梁、中樁（柱）、頂縱梁等結(jié)構(gòu)部位。PBA暗挖車(chē)站最初的受力體系由樁（邊樁和中樁）、梁（頂部和底部的梁）、拱（二襯扣拱）這三個(gè)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行支撐，并承受上部巖土體傳來(lái)的荷載。車(chē)站主體結(jié)構(gòu)在拱頂、圍護(hù)邊樁的保護(hù)下，逐步向下開(kāi)挖，逐步施工主體結(jié)構(gòu)并完成施工。暗挖車(chē)站主體結(jié)構(gòu)施工之前，邊樁的質(zhì)量是保證主體結(jié)構(gòu)后期施工安全質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵因素。本文以西安黃土地區(qū)第一個(gè)暗挖車(chē)站作為工程背景，對(duì)洞內(nèi)樁施工進(jìn)行研究。

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

廣濟(jì)街站屬于西安六號(hào)線二期工程項(xiàng)目中的一個(gè)標(biāo)段，該工程項(xiàng)目位于西安市碑林區(qū)西大街處，車(chē)站主體結(jié)構(gòu)位于西大街正下方，車(chē)站平面走向?yàn)闁|西方向。車(chē)站的主體結(jié)構(gòu)為地下兩層，總長(zhǎng)度為208m，車(chē)站標(biāo)準(zhǔn)段的寬度為19.9m，標(biāo)準(zhǔn)段的高度為16.73m，車(chē)站主體結(jié)構(gòu)埋深約從地表往下10.4m。4個(gè)出入口分別位于車(chē)站主體的東北、東南、西南、西北4個(gè)角部位置。車(chē)站設(shè)有2組風(fēng)道，其中2號(hào)出入口和Ⅱ號(hào)風(fēng)道共用。廣濟(jì)街車(chē)站的兩頭均為區(qū)間盾構(gòu)隧道，車(chē)站提供盾構(gòu)空推過(guò)站場(chǎng)地。廣濟(jì)街站總平面圖見(jiàn)圖1，廣濟(jì)街站標(biāo)準(zhǔn)段橫剖面圖見(jiàn)圖2。

圖1 廣濟(jì)街PBA暗挖車(chē)站總平面圖

圖2 廣濟(jì)街PBA暗挖車(chē)站標(biāo)準(zhǔn)段橫剖面圖

廣濟(jì)街站位于西安市繁華地帶，距離鐘樓西僅約500m，車(chē)流量較大，地下管線較多且不具備導(dǎo)改條件，場(chǎng)地條件嚴(yán)重被限制，無(wú)法明挖施工，只能采用暗挖工法。廣濟(jì)街暗挖車(chē)站主體結(jié)構(gòu)采用單柱雙跨直墻雙聯(lián)拱的結(jié)構(gòu)形式，采用PBA（樁～梁～拱）工法進(jìn)行施工，車(chē)站從東往西共設(shè)置3座施工豎井及橫通道，1、3號(hào)井位于西大街南側(cè)，2號(hào)井位于西大街北側(cè)。廣濟(jì)街暗挖車(chē)站洞內(nèi)邊樁采用洞內(nèi)機(jī)械成樁施工。廣濟(jì)街暗挖車(chē)站洞內(nèi)邊樁設(shè)計(jì)有310根，其樁身直徑1.0m，樁身長(zhǎng)度位于29.43m～33.95m之間，相鄰樁中心之間的距離為1.5m，樁身成孔作業(yè)時(shí)采用“隔三施一”的方法跳打鉆孔作業(yè)。

1.2 水文地質(zhì)

廣濟(jì)街PBA暗挖車(chē)站所處地層分部情況為1-1雜填土（土質(zhì)不均，欠壓實(shí)～壓實(shí)）、1-2素填土（土質(zhì)不均，粘性土為主）、3-1-2新黃土（土質(zhì)欠均勻，可塑）、3-2古土壤、3-3粉質(zhì)黏土（土質(zhì)均勻，可塑）、3-6中砂（級(jí)配不良，中密）、4-3粉質(zhì)黏土（土質(zhì)均勻，可塑）、4-6中砂（級(jí)配不良，密實(shí)）。車(chē)站小導(dǎo)洞洞內(nèi)樁身穿越的各個(gè)地層厚度情況分別為3-2古土壤1.6m～4.2m、3-3粉質(zhì)黏土14.20m～24.80m、3-6中 砂 1.10m～4.40m、4-3粉質(zhì)黏土2.90m～13.20m、4-6中砂1.10m～6.00m。

廣濟(jì)街暗挖車(chē)站的地下水賦存較淺，從地表往下約為10.00m～10.40m，主要以孔隙潛水的形式賦存于地層中，旱季、雨季時(shí)水位變化不大。

2 暗挖車(chē)站洞內(nèi)邊樁施工工藝流程

廣濟(jì)街暗挖車(chē)站洞內(nèi)邊樁施工工藝流程圖，見(jiàn)圖3。

圖3 暗挖車(chē)站洞內(nèi)邊樁施工工藝流程圖

3 主要施工工藝分析

3.1 泥漿池、回漿管和排渣管管路

采用豎井作為泥漿池，需對(duì)豎井底部鋪設(shè)?8@150mm*150mm雙層鋼筋網(wǎng)后，澆筑200mm厚C20混凝土進(jìn)行臨時(shí)封底。封底前用挖掘機(jī)+人工對(duì)井底進(jìn)行平整、碾壓、夯實(shí)，同時(shí)在豎井內(nèi)緊貼豎井壁焊接3mm厚鋼箱作為臨時(shí)泥漿池，以達(dá)到隔水作用。施工前對(duì)豎井壁的四周布設(shè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。采用豎井作為泥漿池進(jìn)行使用，采用回漿管和排渣管進(jìn)行泥漿循環(huán)。施工期間泥漿循環(huán)與碴土外排管路，見(jiàn)圖4。

圖4 泥漿循環(huán)與碴土外排管路圖

3.2 鉆孔設(shè)備的選型

為保證洞內(nèi)邊樁施工的安全性、經(jīng)濟(jì)性，鉆機(jī)的選型需要考慮地層、導(dǎo)洞凈空、成孔效率、機(jī)械穩(wěn)定性、人員熟練程度、經(jīng)濟(jì)性等因素。綜合考慮，本工程采用洞內(nèi)低凈空反循環(huán)鉆機(jī)，該鉆機(jī)的特點(diǎn)[3]是鉆孔施工采用泥漿泵抽送至工作面，泥漿進(jìn)入樁孔后，在反循環(huán)鉆機(jī)的鉆頭切削攪拌下，樁孔內(nèi)的渣土一起被中空的鉆桿內(nèi)吸走回流至泥漿池，鉆孔需要泥漿時(shí)從泥漿池用泥漿泵反復(fù)抽取即可使用。對(duì)于洞內(nèi)低凈空反循環(huán)鉆機(jī)成孔具有施工效率較高、空間和地層適應(yīng)性強(qiáng)、清孔工作用時(shí)短、不易產(chǎn)生塌孔等優(yōu)點(diǎn)，主要用于粉土、砂土、黏土和砂卵石等地層。洞內(nèi)低凈空反循環(huán)鉆機(jī)在低凈空作業(yè)的影響下，成孔效率較高，約3.5小時(shí)即可成孔一根直徑1m、樁長(zhǎng)29.43m的鉆孔灌注樁。

廣濟(jì)街站洞內(nèi)圍護(hù)邊樁采用KYZ-180反循環(huán)鉆機(jī)，使用功率達(dá)到140kW，排渣泵功率為90kW，供漿泵型號(hào)為WQ-500-12，功率為37kW。車(chē)站樁基施工屬于黃土地區(qū)首次采用洞內(nèi)樁工藝進(jìn)行施工，車(chē)站標(biāo)準(zhǔn)段小導(dǎo)洞內(nèi)底板以下樁長(zhǎng)29.43m，樁身鉆孔地層主要穿越古土壤、粉質(zhì)黏土、中砂、粉質(zhì)黏土。在該地層中，局部含有砂層，厚度從0.3m～3m分布不均勻，存在塌孔風(fēng)險(xiǎn)，鉆孔施工作業(yè)過(guò)程中采用泥漿護(hù)壁，從而保證鉆孔作業(yè)過(guò)程中的可靠性。泥漿護(hù)壁成孔時(shí)，孔口采用鋼筋混凝土護(hù)筒，深0.8m，壁厚100mm～180mm，確保鉆進(jìn)作業(yè)正常進(jìn)行，作業(yè)過(guò)程中及時(shí)控制鉆孔作業(yè)垂直度，根據(jù)施工情況隨時(shí)調(diào)整。

車(chē)站小導(dǎo)洞寬4m、高4.5m，為適應(yīng)實(shí)際的空間要求，反循環(huán)鉆機(jī)尺寸長(zhǎng)寬高為5996mm×1500mm×3100mm，能夠很好地適應(yīng)洞內(nèi)反循環(huán)鉆孔低凈空作業(yè)，且樁位施工時(shí)距離導(dǎo)洞邊墻僅202mm，也能夠很好地進(jìn)行鉆孔。鉆孔作業(yè)施工現(xiàn)場(chǎng)，見(jiàn)圖5，洞內(nèi)圍護(hù)邊樁距導(dǎo)洞邊墻最近距離僅為202mm，具體見(jiàn)圖6。

圖5 洞內(nèi)低凈空反循環(huán)鉆機(jī)鉆孔圖

圖6 洞內(nèi)樁身距導(dǎo)洞邊墻最近距離202mm

3.3 鋼筋籠的加工、制作和安裝

因鋼筋籠的安裝只能在小導(dǎo)洞內(nèi)進(jìn)行，且小導(dǎo)洞的寬4m、高4.5m，車(chē)站標(biāo)準(zhǔn)段鋼筋籠長(zhǎng)29.43m，按照原材9m鋼筋長(zhǎng)度進(jìn)行考慮，每節(jié)鋼筋籠長(zhǎng)度按照2.5m、2.25m和2m進(jìn)行尺寸加工，標(biāo)準(zhǔn)段1根樁身鋼筋籠分13節(jié)進(jìn)行制作、加工、安裝。樁身主筋加密區(qū)采用2428mm，主筋非加密區(qū)采用1228mm，箍筋加密區(qū)采用?12@100mm，主筋非加密區(qū)采用?12@150mm，加強(qiáng)筋采用20@2000mm，鋼筋籠外側(cè)采用定位鋼筋采用16@2000mm，確保鋼筋保護(hù)層厚度70mm。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)加工的鋼筋籠進(jìn)行抽檢，用通規(guī)、止規(guī)、鋼卷尺等抽檢鋼筋籠的加工質(zhì)量。

鋼筋籠分段制作、分節(jié)吊裝，縱向受力鋼筋接頭百分率為100%，采用接頭一級(jí)機(jī)械連接。洞內(nèi)邊樁樁身鋼筋籠加工、運(yùn)輸、安裝嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)圖紙和規(guī)范要求，確保樁身質(zhì)量。鋼筋接駁器連接完成的鋼筋籠采用扭矩扳手進(jìn)行抽檢。為保證后期洞內(nèi)樁身頂鋼筋頂部絲頭，保證后期鋼筋向上接長(zhǎng)至冠梁的錨固長(zhǎng)度，澆筑混凝土前，鋼筋絲頭采用“鋼筋接駁器+保護(hù)蓋”的方式進(jìn)行保護(hù)，以防水泥漿與絲頭接觸或在樁頭混凝土浮漿鑿除過(guò)程中破壞鋼筋籠絲頭，影響后期鋼筋籠的錨固接長(zhǎng)。洞內(nèi)圍護(hù)邊樁鋼筋籠的吊裝、樁身混凝土的澆筑采用多功能灌注機(jī)進(jìn)行配合。

3.4 施工過(guò)程中泥漿的制備

通過(guò)對(duì)本黃土地區(qū)廣濟(jì)街暗挖車(chē)站洞內(nèi)樁身鉆孔地層進(jìn)行分析可知，樁身鉆孔地層主要為可以自行造漿的黏性土層，部分樁身位于中砂層的平均厚度約2m～3m，中砂層位于樁孔孔底上方2m～8m不等。

雖然在泥漿護(hù)壁作業(yè)的情況下，但依然存在塌孔的風(fēng)險(xiǎn)[4～6]。因樁身鉆孔地層主要位黏性土中，且塑性指數(shù)不小于17，樁身孔內(nèi)注人清水后，通過(guò)洞內(nèi)低凈空鉆機(jī)鉆頭攪拌切削下造漿，制備的泥漿其自身的相對(duì)密度應(yīng)位于1.1～1.2。洞內(nèi)樁成孔的過(guò)程中，定期安排專業(yè)技術(shù)人員測(cè)定泥漿相對(duì)密度、黏度、含砂率和膠體率等相關(guān)參數(shù)，保證各項(xiàng)指標(biāo)處于正常范圍，其中樁孔內(nèi)的泥漿黏度應(yīng)保持在18s～22s，泥漿含砂率應(yīng)為4%～8%，泥漿的膠體率應(yīng)大于90%。在樁身使用洞內(nèi)低凈空反循環(huán)鉆機(jī)鉆孔的過(guò)程中，必須使泥漿的液面始終高出地下水位1m以上。

3.5 樁身混凝土的澆筑

洞內(nèi)圍護(hù)邊樁成孔后，按照要求先測(cè)量孔深，達(dá)到設(shè)計(jì)深度后然后清孔，孔底的泥渣通過(guò)低凈空反循環(huán)鉆機(jī)中空的鉆桿內(nèi)部排走，樁身清孔合格的標(biāo)準(zhǔn)主要包括以下幾點(diǎn)：泥漿稠度為1.05、粘度為19s、含砂率小于4%、孔底的沉渣厚度小于100mm。清孔完成后，樁孔內(nèi)下導(dǎo)管、澆注水下混凝土?xí)r，各節(jié)導(dǎo)管的連接應(yīng)牢固、緊密，各節(jié)導(dǎo)管之間采用圓形橡膠密封圈進(jìn)行密封，澆筑樁身混凝土之前并對(duì)其密封效果進(jìn)行試驗(yàn)。

洞內(nèi)圍護(hù)邊樁樁身混凝土澆筑時(shí)在豎井邊采用車(chē)載地泵，配合輸送管將混凝土送入料斗和導(dǎo)管中。暗挖車(chē)站洞內(nèi)樁身混凝土澆筑前，混凝土澆筑導(dǎo)管底部與樁孔底部之間的合理應(yīng)距離控制在300mm～500mm，洞內(nèi)樁身混凝土灌注過(guò)程中導(dǎo)管應(yīng)埋入混凝土2m～6m。

4 結(jié)論

PBA暗挖地鐵車(chē)站圍護(hù)樁的質(zhì)量，關(guān)系著后續(xù)車(chē)站主體施工的安全。在高度、寬度有限的小導(dǎo)洞內(nèi)施工鉆孔灌注樁，需要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況提前預(yù)判，把控好人員素質(zhì)、材料質(zhì)量、設(shè)備穩(wěn)定性、安全、成本、質(zhì)量、進(jìn)度等每一環(huán)節(jié)的全過(guò)程管理，是保證樁身質(zhì)量的必要條件。也只有這樣，后續(xù)主體結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中才能達(dá)到安全高效率施工、達(dá)到降本增效的效果和目標(biāo)。廣濟(jì)街站PBA暗挖車(chē)站洞內(nèi)邊樁的成功實(shí)施，為后續(xù)西安黃土地區(qū)地鐵建設(shè)提供了極大的參考價(jià)值和借鑒意義。