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摘要：本论文主要基于地铁PBA工法洞内机械成桩施工工艺，以北京地铁3号线东四十条站工程为背景，阐述复杂地质条件下洞内机械成桩技术，总结洞内机械成桩施工过程中关键工序及控制要点。
关键词：地铁；桩基；洞内机械成桩；施工技术
一、工程概况
新建3号线东四十条车站为分离岛式车站，采用PBA（机械成孔）工法施工，拱顶覆土约15m～23m，车站主体为地下单层单拱直墙结构，采用暗挖法施工。
边桩桩径φ800mm，间距1200mm。单层标准段桩长12.9m。边桩主要穿越⑦粉质黏土、⑧细中砂、⑨圆砾卵石、⑩黏土，边桩桩底位于⑪1圆砾、卵石层。
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图1-1东四十条站单层主体结构断面图
二、施工要点
1、人工挖孔护壁
洞内机械桩开口段利用人工挖孔护壁作为钻进护筒，护壁厚度100mm，深度2.0m，边桩采用隔三挖一施工。按照测量点位用风镐或电镐以桩中心为圆心破除导洞底板初支结构混凝土，不影响破孔的格栅钢筋尽量保留不切断。
护壁混凝土采用C20混凝土，厚度100mm,坍落度控制在80～100mm，上下两节护壁之间搭接50mm，确保孔壁的稳定性。
2、泥浆制备
泥浆要求：①粘性土中成孔，可注入清水，以原状土泥浆护壁，排渣泥浆比重控制在1.1～1.2。②砂层和较厚夹砂层中成孔，泥浆比重控制在1.1～1.3，穿越砂夹卵石层或容易坍孔土层中成孔时泥浆比重控制在1.3～1.5。③钻进及成孔后保证孔内泥浆充足，泥浆液面略高于人工护壁顶面，以确保孔壁不坍塌。
表2-1泥浆控制指标
钻进过程中经常采集泥浆样品，测定性能指标，利用循环水不间断给孔内补充一定稠度的泥浆，保持水头压力。
3、钻孔施工
采用泵吸反循环工艺进行钻孔作业。每颗桩开钻前均按桩身体积的1.5倍制备泥浆。钻机钻孔时，钻杆从桩孔内抽出的渣浆通过砂石泵排至泥浆池内。
边桩采用跳孔施工，隔3钻1。反循环钻机成孔时先向孔内输入一定数量的泥浆后，启动砂石泵，待反循环正常后，才能开动钻机慢速回转下放钻头。开始钻进时，应轻压慢转，待钻头正常工作后，可逐渐加大转速，调整钻压。同时下钻时不能将钻头直接下降至孔底，在起动砂石泵前钻头要提离孔底钻渣至少保持0.2m以上距离，以防止堵塞钻头的吸渣口。
控制钻进速度方法：
A、在砂土或含少量砾石、卵石的砂土层中钻进时，转速和进尺速度均不可太快，防止发生钻头吸水口堵塞或排渣管路堵塞；
B、当遇到含水丰富而易塌孔的粉砂土层时，需慢转速钻进，以减少对粉质土层的搅动。如果泵的额定流量比实际流量大很多时，可把砂石泵出口阀门开度减小，控制流量，以减轻冲洗液对孔壁的冲刷。
4、孔质量检验
在终孔时或在成孔过程中对成孔质量进行检验，主要检验内容：孔深、孔径、垂直度、孔壁完整性、沉渣厚度。
表2-2成孔质量检验方法
5、孔内清孔
成孔达到设计标高后，将钻头留在原处继续旋转数圈，避免孔底缩孔。
采用泵吸反循环抽浆的方法清孔，清孔时合理控制泥浆的粘度与含砂率，用砂石泵排出孔底悬浮钻渣的泥浆，经净化处理后，再经回流泵排入孔内。经检查合格的桩孔，及时分节安装钢筋笼及桩底压浆管，钢筋笼安装就位后安设导管。如测孔底沉渣超标则进行二次清孔。以导管作为吸泥泵的吸浆管与吸泥泵相连接，导管底离孔内沉渣面约100mm，启动吸泥泵进行反循环排渣，并将导管慢慢放至孔底抽吸约5分钟即可。清孔完后即可开始灌注水下混凝土。钢筋笼安装就位后及时灌注混凝土，防止沉碴超标及孔壁塌坍，孔桩沉碴厚度应控制在50mm以内。
钢筋笼、灌注导管安放完成后，采用泥浆比重小于1.05的泥浆，置换孔内泥浆。
6、钢筋笼施工
由于地铁暗挖导洞空间狭小，钢筋笼无法一次安装到位，故采用分体式加工方式，每节钢筋笼采用直螺纹机械连接。
1）边桩纵向主筋接头采用一级机械接头连接，每节长度不宜小于2.5m（根据不同桩长，在桩孔口处适当调整钢筋笼长度同时考虑钢筋笼顶端长度不超过导洞底板顶面），导洞内桩体根据实际情况确定；纵筋与螺旋箍筋及加劲箍筋用点焊连接；螺旋箍筋采用搭接焊，单面焊10d。
钢筋丝头即加工完成。为便于每节钢筋笼连接，一头的丝头加工丝扣数量为20扣。
2）丝头加工长度为标准型套筒长度的1/2，其公差为+2P（P为螺距）。钢筋螺纹丝头有效扣数为10。
3）操作工人应按下表的要求检查丝头的加工质量，每加工10个丝头用通、止环规检查一次。
7、混凝土浇筑
（1）安桩导管，采用直径219mm钢管组成。管节连接应严密、牢固，使用前应试拼、编号，并进行隔水栓通过试验，保证导管不漏水。底节导管可适当放长，且底部不设法兰，以防止牵挂钢筋笼，其余导管为2m/节。导管底端距孔底应保持300～500mm。浇筑过程中导管埋入混凝土深度应保持2～6m，并随提升随拆除，导管吊放和提升不得碰撞钢筋笼。
（2）灌注水下混凝土
1）开始灌注首批混凝土时，为了首盘混凝土方量能保证将导管内水全部压出，并满足导管初次埋入深度的需要（1～1.5m）应计算漏斗和储料器的最小容量。
2）首批混凝土灌注后，应连续灌注，并尽可能缩短拆除导管的间隔时间。在混凝土灌注过程中，现场技术员应勤量孔深，掌握导管埋深情况，并严格按照技术规范要求控制导管埋深（导管埋深控制在2～6米）。当导管埋深超出规定时，必须及时将导管拆除。
3）灌注混凝土过程中，严格控制混凝土质量，保证坍落度控制在180mm～220mm。
4）导管拆除前要准确测量混凝土顶面至基准面的高度，计算导管埋深，确定拆管长度，并通过导管总长减去已拆除的导管长度复核拆管后埋深是否符合技术规范要求。绝对不允许出现导管超深或提空的现象。
随着混凝土逐渐浇筑至桩顶设计标高时将孔口内的浮渣、淤泥及时清除，并将混凝土浇筑至设计标高。
8、桩底压浆
桩底压浆管长度为设计桩长+200mm，每节压浆管与钢筋笼分节长度相同，每节钢筋笼安装完毕后安压浆管，钢管连接采用管箍连接。
（1）注浆管制作
根据设计图纸，注浆管采用φ42mm的钢焊管，钢管连接采用管箍或焊接连接，在管末端安装单向注浆阀。
（2）注浆管安装
注浆管随钢筋笼一起下放，与钢筋笼的加强筋点焊或绑扎固定。钢筋笼内设置3根注浆管成等边三角形布置在钢筋笼加强箍筋内侧。注浆管之间采用丝扣联接或焊接，注浆管底部和顶部较钢筋笼长200mm。
（3）注浆阀性能
注浆阀应能承受1MPa以上静水压力；注浆阀外部保护层应能抵抗砂石等硬质物的刮撞而不致使注浆阀受损，注浆阀应具备止逆功能。
（4）注浆管试水
每节注浆管随钢筋笼下放时应做试水试验，若发现水柱下降或水柱消失，则应检查注浆管是否有砂眼、丝扣连接或焊接是否密封。
钢筋笼放置完毕后孔内进行第二次清孔，完成后须再次检查管内水面，无异常后用堵头封住注浆管上口。
（5）压水试验
压水试验通常在灌注桩成桩后24h内进行。正式注浆前必须要做压水试验，以检查管路与单向阀的畅通状况，同时清除单向阀周围混凝土中沉渣和泥浆。如果在桩侧或桩端出现塌孔或充盈系数较大的现象时，需特别注意提前进行压水试验，在砼浇筑完的5h内进行，以确保能冲开较厚的砼覆盖层。试验时应该由专人记录冲破压力值及管的疏通情况。
（7）注浆方法
注浆采用低速慢压的方法，边桩的注浆顺序为顺时针，注浆完毕后立即给注浆管拧上堵头，以免因回浆而降低注浆效果。
（8）注浆时间
1）注浆作业宜于成桩2d后开始；不宜迟于成桩30d后；
2）注浆作业与成孔作业点的距离不宜小于8～10m；
3）桩端注浆应对同一根桩的各注浆导管依次实施等量注浆。
（9）注浆参数
1）浆液的水灰比应根据土的饱和度、渗透性确定，对于饱和土，水灰比宜为0.45～0.65；对于非饱和土，水灰比以为0.7～0.9（松散碎石土、砂砾宜为0.5～0.6）；低水灰比浆液宜掺入减水剂；
2）桩端注浆终止注浆压力应根据土层性质及注浆点深度确定，对于风化岩、非饱和黏性土及粉土，注浆压力宜为3～10MPa；对于饱和土层注浆压力宜为1.2～4MPa。注浆时管内压力较大，非工作人员严禁靠近，并设立明显的警示牌。
3）注浆流量不宜超过75L/min；
4）单桩注浆量用量≥1.44t。
（10）注浆控制
1）当满足下列条件之一时可终止注浆：
A:注浆总量和注浆压力均达到设计要求；
B:注浆总量已达到设计值的75%，且注浆压力超过设计值。
2）当注浆压力长时间低于正常值或地面出现冒浆或者周围桩孔串浆，应改为间歇注浆，间歇时间宜为30～60min，或调低浆液水灰比。
总结
1、泥浆的各项参数是否合格是钻井顺利成孔的关键。
2、各节钢筋笼的可靠连接是该工程的质量控制重点。
3、桩底压浆是提高桩基承载力和减少沉降量的重要措施。
4、本工程钢筋笼采用分体加工，分节安装，安装钢筋笼时间长，如何控制沉渣厚度，保证成桩质量，确保车站承载要求是施工控制重点。
暗挖施工洞内机械成桩技术的成功应用，有效解决了人工挖孔桩的风险问题，是对常规PBA工法工序的优化。目前，该工法适用于砂卵、黏土地层，随着该工法对机械设备及后配套设备的进一步改进，机械成孔的时间将进一步缩短。
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