地鐵下穿區(qū)域灌注樁成孔精度控制研究

李卓成，都基貴，趙一飛，王海濤

（1.中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津 300461；2.中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116001；3.中交一航局生態(tài)工程有限公司，廣東 深圳 518107）

0 引言

旋挖鉆孔灌注樁有成孔速度快、單樁承載力高，對(duì)各類地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)、擾動(dòng)小等特點(diǎn)，但是由于該工程的隱蔽性，因此施工過(guò)程中檢查困難，成孔質(zhì)量較難控制。樁位偏移、斜樁是工程施工中常見質(zhì)量問(wèn)題。深圳市某水質(zhì)凈化廠工程一灌注樁群樁基礎(chǔ)施工區(qū)域?yàn)榈罔F盾構(gòu)穿越區(qū)域，實(shí)樁長(zhǎng)度長(zhǎng)，對(duì)成孔精度要求高，且旋挖過(guò)程穿越較厚的淤泥層，地質(zhì)條件對(duì)成樁影響大。為了滿足施工過(guò)程中對(duì)成樁精度的要求，在成孔過(guò)程中采用 GPS-RTK 和垂球法相結(jié)合的方式對(duì)樁位及垂直度精度進(jìn)行控制，并采取其他相關(guān)措施進(jìn)一步提高成樁精度。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

深圳市某水質(zhì)凈化廠工程位于寶安區(qū)沙井街道，處于茅洲河下游臨近珠江口處。場(chǎng)區(qū)位于茅洲河和德豐圍涌之間，左側(cè)距茅洲河堤岸約 200 m，右側(cè)距德豐圍涌堤岸約 100 m，距出?？诩s 2.0 km。

灌注樁施工區(qū)域位于場(chǎng)區(qū)西南側(cè)，為灌注樁群樁筏板基礎(chǔ)，總樁位數(shù)為 100，其中 59 根樁處于地鐵盾構(gòu)影響范圍內(nèi)。施工場(chǎng)地平均標(biāo)高 +2.00 m，設(shè)計(jì)樁徑d=1.20 m，設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高 -3.75 m，入中風(fēng)化巖≥1 m，允許樁位偏差 5 cm，允許垂直度偏差 1 %。根據(jù)地勘探明中風(fēng)化巖層標(biāo)高在 -38.00～-51.00 m，平均鉆孔深度約為 45 m。本工程采用徐工 XRS-1050 型旋挖鉆機(jī)，使用d=1.40 m 的 6 m 臨時(shí)鋼護(hù)筒進(jìn)行定位護(hù)壁。

1.2 地質(zhì)情況

1.3 地鐵下穿影響

本工程灌注樁群樁基礎(chǔ)有地鐵盾構(gòu)穿越，穿越段地基隧道埋深約 13～15 m，隧道項(xiàng)距離構(gòu)筑物底板約6.8～8.8 m，筏板與地鐵隧道邊界豎向凈距 5.5～9.8 m，灌注樁樁身與地鐵隧道邊界水平凈距最小為 1.5 m，樁間距沿軌道線路方向最小間距為 3.6 m（見圖 1）。

圖1 地鐵穿越區(qū)域平面布置圖

2 樁位放樣應(yīng)用與控制

2.1 點(diǎn)位放樣方案比選

常規(guī)點(diǎn)位放樣通常采用 GPS-RTK 放樣與全站儀放樣兩種方式，前者具有方便、快捷、全天候作業(yè)等特點(diǎn)，后者放樣精度高、數(shù)據(jù)穩(wěn)定，由于儀器原理不同，兩者適用范圍也不盡相同。表 1 列出了各自的適用要求。

表1 GPS-RTK、全站儀放樣比選表

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本工程灌注樁樁位精度要求控制在 5 cm 內(nèi)，作業(yè)環(huán)境為開闊、無(wú)遮擋的露天環(huán)境，施工時(shí)間為 2021 年 4～8 月，歷經(jīng)深圳市雨季，且施工進(jìn)度緊張，需要在夜間進(jìn)行放樣、復(fù)測(cè)等工作。結(jié)合實(shí)際情況，全站儀放樣受到光線、天氣影響大；GPS-RTK 放樣既可以滿足設(shè)計(jì)精度要求，且方便、快捷，機(jī)動(dòng)性高，能夠簡(jiǎn)化施工流程，有助于提高施工效率，最終選用 GPS-RTK 放樣方法。

2.2 垂球法測(cè)量垂直度

垂直度測(cè)量有垂球法、游標(biāo)卡尺測(cè)量方法等，本次因受護(hù)筒內(nèi)作業(yè)空間限制，故選用了對(duì)作業(yè)空間要求較低的垂球法進(jìn)行測(cè)量監(jiān)測(cè)。垂球法是測(cè)量?jī)A斜度的最基本方法，具有適用范圍廣、操作方便簡(jiǎn)單、反映數(shù)據(jù)直觀準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。

利用垂球法測(cè)量所需要的工具有水平尺、吊線、三角垂球。具體操作步驟如下。

1）將水平尺放置于護(hù)筒上，確保氣泡處于中間位置，確保護(hù)筒粗平。

2）緩慢下放垂球，吊線下放長(zhǎng)度為L(zhǎng)，輕調(diào)吊線，使垂球上沿微貼于護(hù)筒內(nèi)壁，直至垂球不再擺動(dòng)。

3）使用鋼尺測(cè)量垂線頂與護(hù)筒內(nèi)壁距離為a。

4）使用式（1）計(jì)算護(hù)筒垂直度⊥。

式中：m為距離，m。

5）應(yīng)對(duì)選取等邊三角形點(diǎn)位對(duì)護(hù)筒垂直度進(jìn)行核正，避免因護(hù)筒細(xì)微變形造成測(cè)量誤差（見圖 2）。

圖2 垂球法測(cè)量護(hù)筒垂直度示意圖

2.3 成孔精度控制流程

灌注樁成孔精度控制包含點(diǎn)位放樣、點(diǎn)位復(fù)測(cè)、護(hù)筒垂直度測(cè)量、終孔樁位垂直度確認(rèn)等步驟，具體流程如圖 3 所示。

圖3 灌注樁成孔精度控制流程圖

2.4 樁位放樣與垂直度測(cè)量

2.4.1 樁位放樣與復(fù)核

樁位放樣是灌注樁測(cè)量控制過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，一旦點(diǎn)位放樣不準(zhǔn)或是樁位偏移，有可能需要重新進(jìn)行鉆孔甚至廢樁。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）定位技術(shù)是以載波相位觀測(cè)值為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分 GPS 技術(shù)，其由基準(zhǔn)站、流動(dòng)站和數(shù)據(jù)鏈組成，建立無(wú)線數(shù)據(jù)通訊是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的保證［1］。

使用 GPS-RTK 對(duì)樁位進(jìn)行放樣步驟如下。

1）由主辦技術(shù)員和測(cè)量員分別提取各樁位設(shè)計(jì)坐標(biāo)值，數(shù)據(jù)核對(duì)無(wú)誤后將數(shù)據(jù)輸入至 GPS 手簿中。

2）打開 GPS 基站，在控制點(diǎn)復(fù)核儀器精度，GPS 流動(dòng)站要在控制點(diǎn)復(fù)核以后再進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)使用。

3）在手簿中選擇放樣點(diǎn)位，開始放樣。

4）在放樣點(diǎn)位上插入標(biāo)志物，以標(biāo)志物為圓心，畫圓并撒石灰粉標(biāo)記，并在外圍打下護(hù)樁，用于下護(hù)筒過(guò)程中護(hù)筒位置校正。

護(hù)筒下放完成后進(jìn)行樁位復(fù)核，為快速?gòu)?fù)核樁位，本工程配套鋼護(hù)筒制作一定位防護(hù)支架，可快速定位護(hù)筒中心，進(jìn)行樁位復(fù)核。設(shè)計(jì)樁位允許偏差為 5 cm，為確保成孔質(zhì)量，且此時(shí)鋼護(hù)筒下口距地鐵盾構(gòu)穿越頂部約 6～8 m，避免其他因素對(duì)樁位產(chǎn)生影響，控制護(hù)筒精度在 2 cm 以內(nèi)。

2.4.2 鉆孔過(guò)程中垂直度控制

為確保鉆孔垂直度，在施工過(guò)程中需要多次對(duì)護(hù)筒垂直度進(jìn)行檢查、復(fù)核。

首次復(fù)核是確保垂直度的關(guān)鍵，應(yīng)在護(hù)筒下放完成后進(jìn)行，此時(shí) 6 m 護(hù)筒底端已經(jīng)臨近地鐵盾構(gòu)，本工程護(hù)筒長(zhǎng) 6 m，選取吊線下放長(zhǎng)度L=3 m，吊線長(zhǎng)度達(dá)到護(hù)筒長(zhǎng)度一半且保證可見性；垂球m=5 cm。為提高成孔精度，避免其他不可預(yù)見因素造成影響，控制垂直精度不超過(guò)整體長(zhǎng)度的 5 ‰，即a=5±1.5 cm。

第二次復(fù)核應(yīng)在鉆孔開始約半小時(shí)或自護(hù)筒下口鉆進(jìn)約 8 m 時(shí)進(jìn)行，此時(shí)已鉆進(jìn)至淤泥層底，該層承載力較差、易發(fā)生擠壓變形，且距離護(hù)筒較近，鉆孔過(guò)程中由于地下土體變形極易對(duì)護(hù)筒產(chǎn)生擾動(dòng)，致使護(hù)筒發(fā)生輕微位移；同時(shí)在垂直方向已穿越地鐵盾構(gòu)范圍，因此選取該時(shí)段進(jìn)行樁位、垂直度復(fù)核。此時(shí)仍處于鉆孔初期，處于控制地鐵影響的關(guān)鍵段、土質(zhì)影響的不可控段，垂直精度仍應(yīng)該控制在 5 ‰。

第三次復(fù)核應(yīng)在即將入巖前進(jìn)行，此時(shí)成孔已基本完成，但由于灌注樁持力層為中風(fēng)化巖，為避免因偏位造成樁底偏心受力或受力不均，應(yīng)進(jìn)行樁位及垂直度復(fù)核。

第四次復(fù)核應(yīng)在成孔、旋挖鉆剛離開鉆孔區(qū)域時(shí)進(jìn)行。此時(shí)鉆孔結(jié)束已成孔，需要進(jìn)行終孔復(fù)核。一方面，在中風(fēng)化巖鉆孔過(guò)程中，旋挖鉆頭會(huì)帶動(dòng)鉆桿產(chǎn)生較大的震動(dòng)，可能對(duì)成樁精度產(chǎn)生影響；另一方面，原地面下層為淤泥層，旋挖鉆自重約 110 t，其在行進(jìn)過(guò)程中容易造成擠土，致使護(hù)筒偏位甚至縮徑、塌孔等現(xiàn)象。因此為確保最終成孔精度及質(zhì)量，應(yīng)進(jìn)行終孔復(fù)測(cè)，同時(shí)終孔復(fù)測(cè)也應(yīng)作為最終測(cè)量結(jié)果。該次測(cè)量精度滿足設(shè)計(jì)允許垂直度偏差 1 % 即可。

另外，在過(guò)程中目測(cè)有可能已發(fā)生位移時(shí)，也應(yīng)立即通知測(cè)量人員對(duì)樁位、護(hù)筒垂直度進(jìn)行復(fù)核，避免其他因素造成的護(hù)筒偏位、傾斜，以確保施工精度。

2.4.3 其他控制措施

為保證成孔、成樁精度，同時(shí)采取以下措施。

1）應(yīng)確保護(hù)筒形體、尺寸，避免因護(hù)筒變形造成測(cè)量誤差，變形較大的護(hù)筒應(yīng)及時(shí)修復(fù)或廢用。

2）護(hù)筒周邊土體應(yīng)壓實(shí)，臨時(shí)泥漿池設(shè)置應(yīng)遠(yuǎn)離護(hù)筒，避免因泥漿侵蝕土體造成土體位移，從而致使護(hù)筒發(fā)生位移。

3）根據(jù)自本工程開工以來(lái)使用 GPS-RTK 放樣的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，18∶00～20∶00 時(shí)段 GPS 衛(wèi)星信號(hào)精度有浮動(dòng)，應(yīng)盡量避免在該時(shí)段進(jìn)行點(diǎn)位放樣。

4）安裝鉆機(jī)時(shí)要使鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤、底座水平，鉆機(jī)開孔時(shí)要先把工作場(chǎng)地用裝載機(jī)推平整，使用鉆斗前檢查鉆斗鉆齒的數(shù)量及角度、鉆體兩側(cè)邊刀或防護(hù)條的高度是否一致［2］。

5）嚴(yán)格控制旋挖機(jī)每次鉆孔—倒土—鉆孔過(guò)程中回轉(zhuǎn)角度的控制，要求必須回正到機(jī)械記錄首次記憶位置，確保每次回轉(zhuǎn)角度數(shù)顯為“0.00°”。

6）在鋼筋籠下放、連接過(guò)程中，支架下層鋼筋籠應(yīng)使用型鋼或枕木在鋼護(hù)筒外側(cè)作為扁擔(dān)梁架立基礎(chǔ)，嚴(yán)禁將鋼筋籠扁擔(dān)梁直接架放在鋼護(hù)筒上，同時(shí)應(yīng)使用水平尺保證架立基礎(chǔ)基本處于同一水平面上。

3 實(shí)施效果分析

在某樁位第二次垂直度復(fù)核過(guò)程，發(fā)現(xiàn)護(hù)筒傾斜度達(dá)到 1.2 %，超過(guò)設(shè)計(jì)允許偏差值 0.2 %，超過(guò)內(nèi)控允許偏差值 0.7 %，立即停止鉆進(jìn)。通過(guò)分析認(rèn)為，由于為方便施工，未對(duì)之前孔位臨時(shí)泥漿池進(jìn)行移位，鉆孔孔位距離臨時(shí)泥漿池較近，周邊車輛通過(guò)時(shí)造成擠土，致使護(hù)筒偏位。調(diào)整護(hù)筒及泥漿池位置后，繼續(xù)鉆孔并加密觀測(cè)頻率，最終成孔垂直度控制在 0.8 %，滿足設(shè)計(jì)要求。

通過(guò)截樁后樁位復(fù)測(cè)，地鐵盾構(gòu)影響范圍內(nèi) 59 根灌注樁均滿足設(shè)計(jì)允許偏位要求，最大偏位值 4.32 cm。認(rèn)為使用該方法進(jìn)行樁位、垂直度精度控制可行、有效。

4 結(jié)語(yǔ)

旋挖鉆孔灌注樁施工工藝成熟，但樁基工程屬于隱蔽工程，關(guān)系到整個(gè)構(gòu)筑物的穩(wěn)定、安全，尤其是在本工程中涉及到地鐵盾構(gòu)下穿影響，灌注樁成孔精度的控制格外重要。GPS-RTK 放樣和垂球法測(cè)量垂直度雖然為工程施工中常見的方法，但是在過(guò)程中的應(yīng)用細(xì)節(jié)、精度控制與測(cè)量觀測(cè)節(jié)點(diǎn)等因素都能夠?qū)嘧妒┕ぞ仍斐捎绊?。在本工程中，通過(guò)對(duì)灌注樁成孔過(guò)程中樁位、垂直度精度的把控，較好地滿足了設(shè)計(jì)精度要求，為相關(guān)類型工程灌注樁成孔精度控制提供了思路。Q