CN109056808A - 一种地铁车站中桩及钢管柱施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地铁车站中桩及钢管柱施工法，施工前破除导洞仰拱，施做导坑加强圈梁，并进行人工挖孔，利用竖井作为泥浆池，出渣及进浆采用管道输送至竖井内，在竖井内设置沉淀区和泥浆区，并在小导洞内设置缓冲泥浆池。使用反循环钻机成孔时，在钻机周围使用桁架支撑并固定在导洞壁上以保证钻孔垂直度，钻进时仔细观察进尺和砂石泵除渣的情况。机械成孔后分节下放桩基钢筋笼，再分节下放钢管柱。最顶节钢管柱最后统一施工，首先安装钢管柱顶节工具节，与钢管柱同型号，顶节工具节采用法兰与钢管柱连接并使用支撑桁架固定在小导洞侧壁上。通过合理设置泥浆循环、使用反循环钻机保证成孔质量，优化施工工艺、采用工具节与调垂机以保证钢管柱的垂直度，提高了施工安全性与施工效率。

Description

一种地铁车站中桩及钢管柱施工方法

技术领域

本发明涉及一种工程施工技术，尤其涉及一种地铁车站中桩及钢管柱施工方法。

背景技术

近年来城市中心区域新建地铁车站已基本不具备明、盖挖施工条件，暗挖工法中以其特殊的优势为人们所关注，在城市复杂工程环境中的地铁车站及区间段修建中得到了广泛的应用。其中传统PBA工法施工需先开挖上下两层导洞和提前降水，边桩成孔及中柱成孔采用人工挖孔的形式导致安全风险较大。机械成桩法仅需开挖上层导洞，施工引起沉降量小且整个施工中的支护转换单一，降水周期短，交叉作业少且机械化程度高。

机械成桩法要完成泥浆与渣土外排管路布置、钢筋笼制作与吊装连接、钻孔、中桩及钢管柱施工、混凝土灌注等多项作业，中桩及钢管柱的施工是机械成桩工序中的关键步骤，将决定地铁车站的工程进度与工程质量，组织不利则造成互相干扰，故合理、有序安排是地铁车站的工作重点。

发明内容

本发明的目的是提供一种地铁车站中桩及钢管柱施工方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的地铁车站中桩及钢管柱施工法，包括步骤：

A、泥浆及准备

施工前破除导洞仰拱，施做导坑加强圈梁，并进行人工挖孔，利用竖井作为泥浆池，出渣及进浆采用管道输送至竖井内，在竖井内设置沉淀区和泥浆区，并在小导洞内设置缓冲泥浆池。

B、钻进成孔施工

使用反循环钻机成孔时，在钻机周围使用桁架支撑并固定在导洞壁上以保证钻孔垂直度，钻进时仔细观察进尺和砂石泵除渣的情况；

成孔时先向孔内输入一定数量的泥浆后，开始钻进时进尺应适当控制，在护壁脚处应低档慢速钻进，使刃脚处有坚固的泥浆护壁，钻进时仔细观察进尺和砂石泵排除渣的情况。

C、钢筋笼的制作、吊装

包括中桩钢筋笼和钢管柱内钢筋笼，安装钢筋笼之前，先检查成孔质量，测试泥浆指标，测量孔底沉渣厚度。

D、钢管柱的洞内运输与安装

E、灌注混凝土

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的地铁车站中桩及钢管柱施工方法，合理设置泥浆循环、使用反循环钻机保证成孔质量，优化施工工艺、采用调垂机以保证钢管柱的垂直度，提高了施工安全性与施工效率。

附图说明

图1为本发明实施例的中桩及钢管柱施工流程示意图。

图2a、图2b分别为本发明实施例的钢管柱固定用工具节的主视和俯视结构示意图。

图中：

1、工具节，2、支撑桁架，3、法兰。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本发明的地铁车站中桩及钢管柱施工方法，其较佳的具体实施方式是：

包括步骤：

A、泥浆及准备

施工前破除导洞仰拱，施做导坑加强圈梁，并进行人工挖孔，利用竖井作为泥浆池，出渣及进浆采用管道输送至竖井内，在竖井内设置沉淀区和泥浆区，并在小导洞内设置缓冲泥浆池。

B、钻进成孔施工

使用反循环钻机成孔时，在钻机周围使用桁架支撑并固定在导洞壁上以保证钻孔垂直度，钻进时仔细观察进尺和砂石泵除渣的情况；

成孔时先向孔内输入一定数量的泥浆后，开始钻进时进尺应适当控制，在护壁脚处应低档慢速钻进，使刃脚处有坚固的泥浆护壁，钻进时仔细观察进尺和砂石泵排除渣的情况。

C、钢筋笼的制作、吊装

包括中桩钢筋笼和钢管柱内钢筋笼，安装钢筋笼之前，先检查成孔质量，测试泥浆指标，测量孔底沉渣厚度。

D、钢管柱的洞内运输与安装

E、灌注混凝土

所述中桩钢筋笼与钢管柱内钢筋笼在地面加工；

中桩钢筋笼每段长2.5m，采用直螺纹套筒加锁紧螺母连接，接头等级为一级，桩基钢筋笼下端1m范围内主筋按照1:10比例收成闭合状，中间桩基长度为10m，桩径为1.8m，主筋为20根φ20钢筋，主筋外侧为φ10@100mm螺旋箍筋，内侧设φ22加强箍筋每节钢筋笼两根，并设置4根后注浆管；

钢管柱内钢筋笼长2m，主筋24根φ25钢筋，主筋外侧为φ10@150mm螺旋箍筋，钢筋笼两端内侧设置φ18架立箍筋，钢筋笼下端1m位于钢管柱内，上端1m锚入顶纵梁内，为了保证钢筋笼质量要求，在转运过程中采取加固措施保证钢筋笼不变形，钢筋笼竖直后，检查垂直度。

所述钢管柱每节为2.5～3.5m，由调垂机和叉车配合完成吊装。机械成孔后分节下放桩基钢筋笼，再分节下放钢管柱，采用法兰盘及高强螺栓连接，钢管柱的吊起和下放采用吊装盖板，钢管柱内混凝土浇筑完成后，根据监测情况再进行拆除及机械移位。

最顶节钢管柱最后统一施工，首先安装钢管柱顶节工具节，与钢管柱同型号，顶节工具节采用法兰与钢管柱连接并使用支撑桁架固定在小导洞侧壁上，以保证钢管柱的垂直度和稳定性。

所述钢管柱在最顶节工具节法兰盘上前后左右四个位置点采用水准仪调整钢管柱标高，采用调垂机四个角的螺杆顶紧接触面，调整卡盘位置和调垂机底座标高调节钢管柱使得柱底中心、柱顶中心、两道纵向轴线中心这四点在一条直线上保证钢管柱垂直度或利用倾角传感器调整并监控钢管柱垂直度。

所述钢管柱调垂及固定完成，下放导管二次清孔沉渣以满足要求后，进行灌注桩混凝土灌注。混凝土施工分两次浇筑，首先浇筑桩基及钢管柱内混凝土，同时采用中粗砂回填钢管柱与孔壁间隙，桩基强度达到7d设计强度后，拆除顶节钢管柱工具节，再进行下一根钢管柱安装，桩基强度达到28d设计强度及沉降稳定后，统一施做顶节钢管柱及柱内钢筋笼并进行第二次浇筑混凝土。

本发明的地铁车站中桩及钢管柱施工方法，采用全站仪进行桩位放样，中心点固定在对应的小导洞拱顶上，然后吊线锤对桩位中线进行控制。施工前破除导洞仰拱，施做导坑加强圈梁，并进行人工挖孔，挖孔时采用钢筋混凝土护壁。

具体实施例，如图1、图2a、图2b所示：

1.泥浆及准备

利用竖井作为泥浆池，出渣及进浆采用管道输送至竖井内，在竖井内设置沉淀区和泥浆区，两区采用钢板隔离，并在隔离钢板上设置溢浆孔。如竖井存储泥浆量无法满足钻机钻孔需求量或者竖井无法利用，可在小导洞内设置泥浆池，泥浆池采用加气块砌筑，砌筑高度为1.8m，采用防水砂浆抹面或改性沥青防水卷材防止泥浆渗漏。

2.钻进成孔施工

(1)钻机经竖井吊放至横通道并进入工作小导洞，就位时应保持底座平稳，不发生倾斜移位。在钻机周围使用桁架支撑装置1与导洞壁固定装置2以保证钻孔垂直度，钻头中心采用桩***对准桩位，误差不大于2cm。为保证钻孔的垂直度，在钻进过程中，测量钻杆垂直度以确保钻杆垂直。在钻进过程中，要做好泥浆的维护管理，每1小时测一次泥浆的粘度和相对密度，根据泥浆成分的变化做出相应的处理措施。

(2)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，使钻头吸口不产生堵水。

(3)开始钻进时，进尺应适当控制，在护壁脚处应低档慢速钻进，使刃脚处有坚固的泥浆护壁。钻至刃脚下1m后可按土质情况以正常速度钻进。钻进时仔细观察进尺和砂石泵排除渣的情况；排量减少或出水中含渣量较多时，应控制钻进速度，防止因循环液比重太大而中断反循环。加接钻杆时，应先停止钻进，将钻具提离孔底20cm左右，维持冲洗液循环1～2分钟，以清洗孔底并将管道内的钻渣排净，然后停泵加接钻杆。

(4)钻进时如孔内出现坍孔、涌砂等异常情况，应立即将钻具提离孔底，控制泵量，保持冲洗液循环，吸除坍落物和涌砂；同时向孔内输送性能符合要求的泥浆，保持水头压力以抵制继续涌砂和坍孔，恢复钻进后，泵排量不宜过大以防坍孔。

(5)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。对孔深、孔径、孔壁、垂直度等进行检查，不合格时采取措施处理。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。

(6)成孔检验

钻孔清孔完毕后，在安装钢筋笼之前，先由质量检查人员检查成孔质量，泥浆指标测试，测量孔底沉渣厚度等。

(7)桩孔质量标准

①桩径允许偏差：≤±50mm；

②垂直度允许偏差控制在H/300内，H为基坑深度，且不可向坑内倾斜。

③桩孔底沉渣不应大于200mm。

④桩位水平偏差控制在H/300内，H为基坑深度。

3.钢筋笼的制作、吊装

(1)钢筋笼制作

中桩钢筋笼每段长2.5m，采用直螺纹套筒加锁紧螺母连接，接头等级为一级。桩基钢筋笼下端1m范围内主筋按照1:10比例收成闭合状，中间桩基长度为10m，桩径为1.8m。主筋为20根φ20钢筋，主筋外侧为φ10@100mm螺旋箍筋，每节内侧设φ22加强箍筋两根，并设置4根后注浆管。

钢管柱内钢筋笼长2m，主筋24根φ25钢筋，主筋外侧为φ10@150mm螺旋箍筋，钢筋笼两端内侧设置φ18架立箍筋，钢筋笼下端1m位于钢管柱内，上端1m锚入顶纵梁内。

钢筋笼直径偏差不应大于10mm；主筋间距偏差不应大于10mm；箍筋间距偏差不应大于10mm；钢筋笼长度偏差不应大于50mm；钢筋保护层偏差不应大于10mm。

(2)钢筋笼吊装

①在吊装过程中，为了保证钢筋笼质量，在转运过程中采用加固措施以保证钢筋笼不得变形。在导洞内吊装钢筋笼，节与节之间采用直螺纹连接。钢筋笼竖直后，检查垂直度。第一节下放到最后一节加强筋位置时，将钢筋笼支撑在孔口工字钢上，再起吊第二节，使上下两节在同一竖直轴线上采用套筒及螺栓连接好，抽出支撑工字钢后下放钢筋笼。如此循环，使钢筋笼下放至设计标高，定位于孔中心上，完成安装。最后一节钢筋笼安装就位后固定于孔口。

②钢筋笼间连接采用同一截面直螺纹套筒加锁紧螺母连接，接头等级为一级接头。

③保证钢筋笼轴线与桩轴线吻合，以保证钢筋保护层符合设计要求，钢筋笼最外侧钢筋净保护层为50mm。

4.钢管柱的洞内运输

(1)钢管柱在加工厂加工，经验收合格后再运往工地。

(2)在运输过程中要加强成品保护工作，钢管柱底部按规定的间距、高度进行隔离，防止轴向变形。法兰盘和衬管栓钉部位防止受力和碰撞，妥善保护，避免成品的碰伤。

(3)运至竖井场地后，进行必要的覆盖和隔离，防止锈蚀，防止因碰撞而变形。

(4)钢管柱在由地面至竖井底的垂直运输过程中，使用双轨桥式龙门吊吊运(可利用竖井龙门吊)，钢管柱由竖井底至架设工作面的水平运输由叉车完成。

5.钢管柱的安装

钢管柱每节为2.5～3.5m，采用法兰盘及高强螺栓连接。钢管柱吊装由调垂机和叉车配合完成，钢管柱分节吊装。钢管柱的吊起和下放采用吊装盖板。钢管柱内混凝土浇筑完成后(浇筑面低于顶部节点1m)，根据监测情况再进行拆除及机械移位。整洞中桩完成后，再进行顶部最后一节钢管柱安装。

(1)钢管柱安装步骤

①调垂机到达孔口后，利用护桩十字线对中调垂机卡盘中心，然后调节底盘四角的丝杆调平调垂机底座，利用水平尺和水准仪进行测量，调平和对中完成后，调垂机底座四角利用千斤顶固定在导洞侧壁上，将调垂机固定。

②钢管运输至孔口处，利用调垂机进行钢管柱吊装，钢管柱下端用叉车抬起，上端用调垂机吊钩吊起；

③钢管柱上端缓慢吊起，下端缓慢下放，直至钢管柱垂直吊起，注意钢管柱在调整垂直时不能碰触地面，钢管柱下端始终要与地面保持10cm距离。

④钢管柱调整垂直稳定后，缓慢下放，人工配合，使上节钢管柱与下节的螺栓孔位按照标记对齐，然后安装螺栓，螺栓分两次拧紧，第一次进行初拧，初拧力矩为221N/m，第二次进行终拧，终拧力矩为408N/m。

⑤钢管柱螺栓终拧后，调垂机吊起已经安装好的钢管柱，松开卡具，然后将已安装的钢管柱下放，在最新安装一节钢管柱上端的法兰处，用卡具固定好钢管柱，继续采用相同办法安装下一节钢管柱。

(2)钢管柱定位调整

①钢管柱安装完成后，在最顶节工具节法兰盘上前后左右四个位置点采用水准仪调整钢管柱标高，标高调节采用跨顶调节调垂机底座标高，调节完成后，采用调垂机四个角的螺杆顶紧接触面。

②用全站仪在导洞两侧侧壁投放柱纵向轴线两道，两道纵向轴线上下间距宜为1m，并在纵向轴线上投放柱中心点，并做好标记。

③工具节法兰盘上前后左右四个位置点采用水准仪调整钢管柱标高，调整卡盘位置和调垂机底座标高，使得柱底中心、柱顶中心、两道纵向轴线中心这四点在一条直线上保证钢管柱垂直度或利用倾角传感器调整并监控垂直度。

④在安装钢管柱最顶一节前，首先安装钢管柱顶节工具节1两节，采用法兰3与钢管柱连接，与钢管柱同型号，通过支撑桁架3固定在小导洞壁上。调垂及浇筑混凝土完成后拆除至下一根钢管柱循环使用。最顶一节钢管柱，最后统一安装，安装前应将先浇筑的混凝土凿毛，并清理干净，采用吊架安装，再安装柱内钢筋笼，最后浇筑混凝土。

6.灌注混凝土

(1)导管安装及操作

钢管柱安装完成，下放导管二次清孔沉渣满足要求后，进行灌注桩混凝土灌注，混凝土运输采用泵送形式，坍落度为200±20mm。水下灌注采用直径300mm导管，导管单节长度不宜过长，管节连接应严密、牢固，使用前应试拼，并进行气密性及水密性试验，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和钢管柱。

(2)混凝土浇筑

第一次浇筑至顶节钢管柱节点以下1m处。

①用C30混凝土浇筑至桩顶，期间增加孔深量测次数。

②对钢管柱与孔壁间空隙四周回填中粗砂，回填高度保证四周混凝土表面下降，柱内混凝土面上升。上拔导管至钢管柱下口处，此时导管埋深2m。

③回填完后，使用高标号(C50)自密实微膨胀混凝土继续灌注钢管柱内混凝土，然后将C30混凝土顶出，保证钢管柱内为C50自密实微膨胀混凝土，混凝土浇筑完成后将混凝土面人工开挖至最顶节钢管柱节点(不包括工具节)以下1m处。调垂机继续固定钢管柱，待桩基混凝土达到7d设计强度后，再拆除顶节工具节并移走调垂机进行下一根中桩及中柱施工。移走调垂机后，每天至少两次对钢管柱的沉降和倾斜度进行监测，根据监测数据调整钢管柱固定时间。

第二次为最顶节钢管柱柱内钢筋笼浇筑。

桩基强度达到28d设计强度及沉降稳定后，统一施做顶节钢管柱及柱内钢筋笼并浇筑混凝土。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种地铁车站中桩及钢管柱施工法，其特征在于，包括步骤：

A、泥浆及准备

施工前破除导洞仰拱，施做导坑加强圈梁，并进行人工挖孔，利用竖井作为泥浆池，出渣及进浆采用管道输送至竖井内，在竖井内设置沉淀区和泥浆区，并在小导洞内设置缓冲泥浆池；

B、钻进成孔施工

使用反循环钻机成孔时，在钻机周围使用桁架支撑并固定在导洞壁上以保证钻孔垂直度，钻进时仔细观察进尺和砂石泵除渣的情况；

成孔时先向孔内输入一定数量的泥浆后，开始钻进时进尺应适当控制，在护壁脚处应低档慢速钻进，使刃脚处有坚固的泥浆护壁，钻进时仔细观察进尺和砂石泵排除渣的情况；

C、钢筋笼的制作、吊装

包括中桩钢筋笼和钢管柱内钢筋笼，安装钢筋笼之前，先检查成孔质量，测试泥浆指标，测量孔底沉渣厚度；

D、钢管柱的洞内运输与安装

E、灌注混凝土。

2.根据权利要求1所述的地铁车站中桩及钢管柱施工法，其特征在于，所述中桩钢筋笼与钢管柱内钢筋笼在地面加工；

中桩钢筋笼每段长2.5m，采用直螺纹套筒加锁紧螺母连接，接头等级为一级，桩基钢筋笼下端1m范围内主筋按照1:10比例收成闭合状，中间桩基长度为10m，桩径为1.8m，主筋为20根φ20钢筋，主筋外侧为φ10@100mm螺旋箍筋，内侧设φ22加强箍筋每节钢筋笼两根，并设置4根后注浆管；

钢管柱内钢筋笼长2m，主筋24根φ25钢筋，主筋外侧为φ10@150mm螺旋箍筋，钢筋笼两端内侧设置φ18架立箍筋，钢筋笼下端1m位于钢管柱内，上端1m锚入顶纵梁内，为了保证钢筋笼质量要求，在转运过程中采取加固措施保证钢筋笼不变形，钢筋笼竖直后，检查垂直度。

3.根据权利要求2所述的地铁车站中桩及钢管柱施工法，其特征在于，所述钢管柱每节为2.5～3.5m，由调垂机和叉车配合完成吊装，机械成孔后分节下放桩基钢筋笼，再分节下放钢管柱；

采用法兰盘及高强螺栓连接，钢管柱的吊起和下放采用吊装盖板，钢管柱内混凝土浇筑完成后，根据监测情况再进行拆除及机械移位。

4.根据权利要求3所述的地铁车站中桩及钢管柱施工法，其特征在于，最顶节钢管柱最后统一施工，首先安装钢管柱顶节工具节，与钢管柱同型号，顶节工具节采用法兰与钢管柱连接并使用支撑桁架固定在小导洞侧壁上，以保证钢管柱的垂直度和稳定性。

5.根据权利要求4所述的地铁车站中桩及钢管柱施工法，其特征在于，所述钢管柱在最顶节工具节法兰盘上前后左右四个位置点采用水准仪调整钢管柱标高，采用调垂机四个角的螺杆顶紧接触面，调整卡盘位置和调垂机底座标高调节钢管柱使得柱底中心、柱顶中心、两道纵向轴线中心这四点在一条直线上保证钢管柱垂直度或利用倾角传感器调整并监控钢管柱垂直度。

6.根据权利要求5所述的地铁车站中桩及钢管柱施工法，其特征在于，所述钢管柱调垂及固定完成，下放导管二次清孔沉渣满足要求后，进行灌注桩混凝土灌注；

混凝土施工分两次浇筑，首先浇筑桩基及钢管柱内混凝土，同时采用中粗砂回填钢管柱与孔壁间隙，桩基强度达到7d设计强度后，拆除顶节钢管柱工具节，再进行下一根钢管柱安装，桩基强度达到28d设计强度及沉降稳定后，统一施做顶节钢管柱及柱内钢筋笼并进行第二次浇筑混凝土。