中铁五局集团机械化工程有限责任公司 湖南 421002
摘要：地铁车站基坑通常开挖宽度和深度都较大，具有较大的施工风险，特别是当地质条件及周边环境比较复杂时，在围护桩施工过程中往往会出现的泥浆不好处理造成环境污染、地下管线复杂、垂直度不够等问题。易发生基坑局部塌陷、失稳等事故。围护结构失稳，将会对周围建筑及环境产生极大破坏，不仅造成巨大的经济损失，还会危及到人身安全。本课题依托西安地铁五号线黄雁村车站深基坑工程，通过对围护结构中关键技术之一的钻孔灌注围护桩、桩间挂网喷浆质量重点进行有效控制。保证了基坑安全施工需要。为下一步对地铁车站基坑围护结构的受力、变形和稳定进行研究，从而为西安等西部黄土地区地铁车站深基坑围护结构设计和施工优化提供参考。
关键词：地铁基坑；围护桩；垂直度；挂网喷浆
1.前言
西安地铁五号线黄雁村车站位于西安市碑林区，所处位置地形总体较为平坦，车站周边地面建筑物密集，交通量大，地层多分布湿陷性黄土，易发生滑坡。针对上述黄雁村车站复杂的地质环境和周边环境，中铁五局集团机械化工程有限责任公司西安地铁项目部在充分研究、论证的基础上，根据场地水文地质条件及工程特点，场地地下水潜水位埋深，本工程基坑开挖前进行降水，采用基坑外管井降水法。降水井成井深度满足施工要求。在此基础上就城市重交通繁华地段半盖挖地铁车站施工关键技术之一的围护结构施工方面进行了优化，项目根据现场环境背景值及工法选型结果，从安全质量、环保、技术、成本等方面进行综合分析后基坑围护结构采用⌀1000mm@1500mm钻孔灌注桩，灌注桩间挡土采用挂网喷射混凝土围护方式。施工中特别在钻孔灌注围护桩垂直度、桩间挂网喷浆等质量重点方面进行了有效控制，在保证安全质量的前提下，减少施工成本，加快施工进度。
2.围护桩施工工艺流程
黄雁村站主体围护结构采用φ1000@1500mm钻孔灌注桩，共398根。
表2-1主要工程数量表
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本车站根据地质特点和环境状况采用旋挖钻机成孔，钻孔灌注桩相比较其他如冲击钻、冲抓钻、旋挖钻等施工方法，具有成孔速度快、效率高、对周边市民生产生活干扰小的优点。共配置2台R516钻机（其中1台备用），满足施工进度要求。钻孔桩采用间隔桩施工，为防止冲击振动使邻孔坍塌或影响邻孔已灌注混凝土的凝固，需在相邻桩混凝土强度达到2.5MPa后，才可成孔施工。
施工准备（探沟开挖）→桩位放线→施做护筒→钻机就位（桩位复测）→钻进掏渣（泥浆制作、泥浆净化、孔内注水）→清孔→成孔检查（测量孔深、孔径、垂直度）→安放钢筋笼（钢筋笼制作）→下导管→灌注混凝土前准备工作（测沉渣、钻机移位）→浇注砼（商砼运输、试块制作及养护）→凿除桩头，围护桩施工工艺流程图如下：
根据施工场地情况及施工安排，围护桩采取每间隔两孔施作，相邻围护桩施工间隔不小于24小时。
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图2-2 围护桩跳孔施工顺序图
3.钻孔灌注围护桩的质量重点控制
本车站场地地表下新黄土湿陷性和无湿陷性交错分布，湿陷土层层底深度4.50～8.60 m；场地为非自重湿陷性黄土场地。中砂层的贮水性好且渗透性强，容易在施工过程中发生流土，涌水事故。给钻孔灌注桩的质量控制带来难度。
针对复杂的施工地质环境，为确保桩身质量，旋挖钻机钻孔前主要保证钢护筒埋设正确，确保场地平整、钻机平整不倾斜，在钻孔过程中采取减压钻进，孔底承受的钻压力不超过钻杆、钻锥重力之和的60%，以避免出现斜孔、弯孔和扩孔现象。成孔后经检验合格，及时安装钢筋笼，灌注混凝土。因故不能及时灌注的，要对开口进行及时覆盖，防止地面水流入孔中。造成孔壁塌陷，影响成桩质量。遵循钻孔灌注桩从测量、钻机的安装定位、钢护筒精准定位、安装钢筋笼、及时灌注混凝土等工序环节的控制方法。
3.1为保证钻孔灌注围护桩桩身的垂直度，在湿陷性黄土地质条件下，避免不产生斜孔、扩孔等现象，采取了以下几项措施：
3.1.1 针对不同地质调整泥浆配比
措施1）针对地质条件的变化，设置专人进行在钻孔时采集渣样，每钻孔5m进行取样一次，当进入砂层后，立即通知泥浆工进行换浆。
措施2）装有预拌砂层泥浆箱连入泥浆循环系统。提前预拌的砂层专用泥浆按照膨润土、工业碳酸钠、高分子术比例为：1:0.04:0.02，提前调制好装入钢制泥浆箱内，当钻至砂层时立即向孔底注入泥浆，同时将土层泥浆抽入沉渣池内，在15分钟内完成换浆作业。从而缩短泥浆拌制时间，达到在最短时间内完成置换泥浆的效果。
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图3-1 泥浆循环系统
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图3-2 装有预拌砂层泥浆箱的泥浆循环系统
措施3 ）在泥浆箱内安装搅拌机，保持泥浆活性。为保持泥浆活性，在泥浆箱内装入搅拌机持续进行搅拌。
泥浆箱操作、维护方便、节省人工成本，提高施工效率，方便运输、节约运输成本。保证打桩工程的顺利进行，避免因排放桩泥而造成的环境污染，有利于环境保护。
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图3-3 现场检测泥浆性能指标
3.1.2钢护筒夯实加固
措施1） 配制钢护筒回填石灰土。按照黄土、石灰，2:8的比例配制，经夯实3遍压实度可达96% 以上，24小时后强度在0.6MPa左右。
措施2）考虑到地下管线的密集和隐蔽带来的安全风险，为减少对原生土的扰动，又确保钢护筒的稳固，调整探槽开挖深度。采取了保持探槽宽度不变，将开挖深度由2m调整为1.5m，同时将探孔深度由之前的6m调整为6.5m，保证探槽+探孔深度≥8m。这样调整的结果尽可能保证了钢护筒的稳固又减少了可能触及到地下管线带来的安全风险。
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调整前探槽深度为2m
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调整后探槽深度为1.5m
图3-4 调整前后探槽深度对比
措施3）使用柴油打夯机夯实灰土。使用挖机分30cm将已拌好的灰土回填至探槽，使用柴油打夯机来回打夯5遍。
采用灌砂法进行压实度检测，利用事先测得松方密度的量砂量测试坑的体积，称出试坑内土样的质量算出湿密度，然后测出土样的含水量，即可计算出土样的干密度。
采用上述措施后，钢护筒回填土平均压实度为98.6%，最小压实度为98.2%。可稳固地保证钢护筒自身不发生位移。
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图3-5 探槽回填
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图3-6 柴油打夯机来回打夯5遍
3.2为保证钻孔灌注围护桩桩身混凝土质量着重在钢筋笼和混凝土灌注方面采取措施：
措施1）钢筋笼制作安装；a.先对施工图中各种规格的钢筋长度，认真复核，再对钢筋笼各型号钢筋调直，保持表面平直、洁净，加工成型经验收合格后保证存放至现场期间不受污染。b.钢筋笼安装前，检查钢筋各项指标是否满足规范要求，每接笼应有3个吊点，以防其在吊装过程中局部发生变形。C.提前根据钻孔现场进度保证钻孔成孔后钢筋笼能及时、完整到位，并充分细化钢筋笼分段连接的质量措施。
措施2）灌注混凝土；浇筑混凝土前检查配合比，拌和应严格按照实验室提供的配合比进行，并检查计量系统的准确性，出盘塌落度的严格控制。每10~20m3测定一次。做好现场记录，首批混凝土应满足导管埋置深度。连续浇筑同普通钻孔灌注桩的要求一样。施工现场必须有施工技术人员和试验人员在现场监督指导，做好技术交底和应急措施准备。顺利完成混凝土浇筑。
4.桩间网喷
围护桩整体结构及第一道混凝土支撑达到设计强度之后开始按照“分层、分段、适时”的原则基坑开挖。土方开挖与桩间挂网喷射砼工序衔接紧凑。桩间网喷混凝土的施工必须做到“紧跟开挖，随挖随支”。以形成有效的围护支撑。
桩间网喷采用φ6@150*150的钢筋网，网片搭接长度不小于300mm，C25喷射混凝土。喷射厚度100mm。
（1）施工流程
钢筋网片加工→机械开挖留置土台→人工清理桩间土→桩处理→钢筋网片安装→喷射混凝土→抹面→养护。
（2）施工方法
a.钢筋网片加工
①钢筋下料
钢筋加工前根据图纸下料。设计各部位尺寸和形状全部采用机械加工成型。
②钢筋除锈及调直
钢筋除锈：为了保证钢筋与混凝土很好粘结，钢筋加工前必须把钢筋表面的油渍、漆污、浮皮及铁锈等清除干净。保持钢筋表面洁净。
钢筋调直：钢筋应顺直，无局部弯曲，这是受力的需要，也是钢筋下料的需要。但是在钢筋运输、存放等过程中都会造成钢筋局部弯曲，因此，钢筋加工前的调直工作是不可缺少的。
钢筋调直，钢筋采用机械调直，但拉力要控制，钢筋伸长率：II级钢为≤1%。
③钢筋网片加工
基坑围护桩桩间采用挂网喷射混凝土护壁，钢筋网HPB300钢筋，网格尺寸150mm×150mm，钢筋网片加工成2.1m×1.5m，搭接采用扎丝进行绑扎连接，搭接长度为30cm。所有钢筋在大批量加工之前，均先进行试加工，检查钢筋形状、尺寸是否与配料单一致。并在加工过程中经常检查核对。
钢筋采用机械加工成型，严格按下料单及图纸尺寸加工。
b.桩间土清理
网喷土方开挖采用人工配合机械开挖，至少应留置0.2m以上的土层为人工清理，防止机械开挖将过多的桩间土带下。严禁采用机械开挖桩间土。人工修正桩间土壁，使之能满足喷射厚度要求。应注意开挖、挂网、喷射混凝土工序的有效衔接，严格控制开挖后2～3小时内必须完成喷射支护。
为确保开挖过程土体的稳定，必须严格按照施工方案进行土方开挖。施工现场应必备抢险器材，坑内、地面设专人监护，以防突发事件的发生。
C.侵线桩处理
人工对开挖出来的桩间进行清理，边开挖边清理，保证钻孔桩表面及桩间部位无粘结土，桩面完全暴露出来，保证喷射混凝土跟钻孔桩粘结牢固。
对于凸出的桩，应将突出部分凿至与喷射后混凝土面相平。钢筋网片在此断开。对于凸出较多的桩，凿出主筋后仍不能满足网喷面要求的，应上报设计和监理后做特殊的技术处理。
对于凹进去的桩，应尽可能保留桩外土，采用人工铲平到网喷前的位置，减少喷射混凝土数量。
d.钢筋网片安装
所有钢筋在大批量加工之前，均先进行试加工，检查钢筋形状、尺寸是否与配料单一致。并在加工过程中经常检查核对。
焊接网交叉点开焊数量不得大于整个焊接网交叉点总数的1%，并且任意1根钢筋上开焊数量不得大于该根钢筋交叉点总数的1/2；焊接网最外边钢筋上的交叉点不得开焊。
桩处理完成后应立即铺挂钢筋网片，采用HRB400，14钢筋与围护桩固定，锚固长度L=250mm，采用HRB400，16钢筋与桩间土体固定，锚固长度L=1000mm，固定钢筋水平间距同桩间距L=1500mm，竖向间距L=1200mm采用梅花形布置。
如遇到桩身侵入结构现象，须将围护桩侵入部分凿除。钢筋网使用前要除锈并调直，钢筋与钢筋网牢固连接，喷射混凝土时钢筋网片不晃动。
e.喷射混凝土
设计网喷厚度为100mm，桩间网喷分层不宜过高，桩间土面不得长期暴露在外，做到随土方开挖及时挂网及时喷护。
喷射混凝土前应做好喷射面厚度的标志，以保证喷射面平整且不超喷或欠喷。
本工程喷射混凝土设计强度等级为C25级，用PO42.5普通硅酸盐水泥，砂和石子（粒径为5～10mm）。原材料的控制：喷射混凝土的原材料进场均应进行质量检验，速凝剂必须进行相容性试验及速凝效果试验，确定速凝剂的最佳掺量，要求初凝不超过5分钟，终凝不超过10分钟，进行配合比选择试验，确定水泥用量和水灰比，喷射混凝土水泥用量为460kg/m3左右，设计配合比为水泥：砂：石：水：外加剂=460:923：819:198：23.0，掺有速凝剂的混合料应立即使用，存放时间一般不大于20分钟，计量误差小于1%搅拌均匀，无结团。混凝土拌料采用机械拌制，严禁使用人工拌制。
施喷前的准备：喷射作业应认真清除受喷面上浮土，回弹物等松散料，用高压风吹净，调整好喷射机的风压、水压，做好准备。
喷射作业应分层、分段、分片依次进行，喷射顺序应由下而上螺旋式移动，螺旋圆直径200～300mm，一圈压半圈，按螺旋轨迹均匀分层喷射，喷头直对受喷面，距离为0.6～1.0m，喷射压力控制在0.12～0.15Mpa，一次喷射厚度，约50mm，每喷完一遍均需有一定的间歇，一般为前一层混凝土终凝后进行，对悬挂在网筋上的混凝土结团应及时清除，保证喷射混凝土的密实度。喷射混凝土应将钢筋全部覆盖，喷射手应严格控制水灰比。
喷射混凝土应在作业完成后立即抹面保持混凝土面平整，2h后洒水养护，养护时间不应少于7d。喷射混凝土应密实、平整、无裂缝、脱落、漏喷、漏筋、空鼓、渗漏水等现象；平整度允许偏差±10mm。网喷效果如图所示：
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图4-1 分层开挖围护桩间网喷后内支撑施工
5.结束语
依托西安地铁五号线黄雁村车站工程为背景，通过采取的钻孔灌注围护桩，桩间挡土采用挂网喷射混凝土围护结构方式。施工中在泥浆箱内安装搅拌机、配制钢护筒回填石灰土并夯实等措施，提高围护桩的垂直度、对围护桩混凝土、桩间挂网喷浆等方面的质量重点进行有效控制，使墙身形成一个强度高、支护稳定性好、变形小的整体围护结构。满足了稳定和变形要求。为健康的深基坑施工提供了安全保障。也为后续主体结构施工及研究地铁车站施工过程中的受力和变形规律，保证土压力测试的便利性和准确、提高内支撑体系安装的效率性创造了有利条件。
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