摘 要：结合刘家窑桥临近地铁 5 号线刘家窑站桩基施工实例，探讨全护筒桩基施工方法相对于传统桩基施工方法的优越性。 实践证明，全护筒桩基施工，对临近构筑物的影响较小，可在类似工程条件下推广应用。
关键词：桩基施工；钻孔灌注桩；全护筒；临近构筑物
1 工程概况
1）刘家窑桥
北京市南三环刘家窑桥于 1988 年建成通车，桥长331.96 m，宽 29.80 m。 为解决南三环公交车站与地铁5 号线车站之间的乘客换乘问题，现决定对刘家窑桥进行改造，改造工程项目包括：新建主桥 2 座，引桥 4 座，人行天桥 4 座。新建主桥是在旧桥两侧加宽修建的钢-混组合工字梁桥，长 189.28 m，宽 8.2 m。 其下部结构为φ1.5 m 的混凝土灌注桩，设计桩长为 33 m，有 8 棵桩距离地铁 5 号线较近（4.69～7.23 m），新建主桥与地铁5 号线的平面关系见图 1。
2）刘家窑地铁站
刘家窑地铁站中部为地下 1 层，3 拱 2 柱式结构，采用暗挖法施工；两端为地下 2 层，3 跨矩形框架结构，由侧墙、梁、板柱构成，采用明挖顺作法施工。 新建桩基与刘家窑地铁站断面关系见图 2。
车站暗挖段长 75 m，拱部覆土厚度为 7.27 m，采用复合衬砌结构，初期支护为钢架格栅喷射混凝土（厚350 mm），二次衬砌为模筑钢筋混凝土。
3）地质情况
工程所处地区的地貌单元为古漯水河故道，地形基本平坦，自然地面标高（各钻孔孔口标高）在 39.00～40.55 m 之间，地下管线众多。 地层分布从上到下依次为：0.4～4.5 m 人工填土、中轻黏土、碎石层、卵石层、粉砂土层。
2 施工方案
该工程中新建桥梁有 8 棵桩基与地铁距离过近，如采用常规方法施工有可能会对现况地铁结构的稳定造成影响。 采用常规桩基施工的危险源分析如下：
1） 钻孔过程中易造成塌孔 ， 对地铁结构造成影响；
2）泥浆可能会渗入地铁站内。
为了确保地铁 5 号线的运营安全，经设计单位及施工单位研究决定，拟采用全护筒钻孔灌注桩施工。采用全护筒施工方法，钢护筒能分隔现状土，护筒外壁承受筒外土压力，可保持原状土土体压力平衡。 此外，在钢护筒内施工不会产生泥浆。
3 安全评估
根据《北京地铁工务维修规则（试行）》规定，地铁5 m 范围以内不准有较大扰动的施工，该工程距地铁结构的最近距离仅 4.69 m，因此需要对全护筒桩基施工进行安全评估。
3. 1 评估内容
1）预测刘家窑桥桩基钻孔施工以及后期的桥梁使用荷载对既有地铁车站结构变形及应力变化的影响。
2）根据预测结果评估桥梁施工对既有地铁结构的安全性影响。
3. 2 评估方法
采用通用有限元软件 ANSYS 进行模拟计算，考虑到施工沉降与地层的关系密切，因此采用地层-结构模型进行分析。
3. 2. 1 计算模型及评估范围（见图 3）
根据新建桩基与既有地铁 5 号线刘家窑车站的相对位置关系，考虑车站主体变形缝、区间相对位置、开挖影响范围，得到该工程的评估范围。
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3. 2. 2 计算结果分析
新建桩基施工完成后，既有地铁结构变形见图 4、5。
由图 4、5 可知，随着刘家窑桥改造施工的进行，既有地铁车站中部结构产生了一定程度的下沉变形和水平位移，桩基成孔后，车站结构横向最大变形值为 0.031 mm，发生在左侧侧墙处；竖向最大变形值为0.051 mm，发生在左侧侧墙处。 桩基施工完成后，车站结构横向最大变形值为 0.085 mm，发生在左侧侧墙处；竖向最大变形值为 0.130 mm，发生在底板处。 施工影响范围为桥桩所对应地铁结构位置的两侧外扩 8 m。
3. 3 评估结论
由数值模拟结果可以推断，刘家窑桥改造工程对既有地铁 5 号线刘家窑车站结构的影响满足规范要求
[1-4]，既有地铁车站结构及附属设施在该变形条件下是安全的。
4 施工过程
4. 1 施工工艺（见图 6）
4. 2 施工步骤
1）桩位放样
测量人员根据设计图，采用全站仪进行桩位放点，由监理工程师复核无误后，在纵、横 2 个方向用 4 个点引出，拴桩固定。
2）场地平整
为了保证钻孔的垂直度和防止在施工过程中钻机倾斜，施工前必须对场地进行平整和加固，并在钻机工作位置的下方辅设厚度不小于 20 mm 的钢板。 钢板要求中间有 1 个圆形孔，四周有固定点拉十字 线。
3）钻机就位
确认钻机套管中心与桩径中心重合后，启动钻机，调整钻机四周支腿，使钻机处于水平状态。
4）钻进
全护筒桩基施工过程见图 7。 全旋转钻机的油压系统抱住套管向下压，并转动套管，使下端装有切土刃脚的钻头切削贯入土层中，用旋挖钻机钻斗取出套管里的土层。 影响钻进速度的主要因素是套管贯入土体的深度，而套管贯入的难易很大程度上受套管底部钻头刃尖面和底面相对位置的影响，所以必须经常注意油压表的指针读数及套管的转数。 全旋转钻机和旋挖钻机紧密配合，相互影响又相互协作，为了使每次取土量最多，一要注意选用合适的钻斗，二要注意操作方法。
5）清孔
该工程中桩基为端承摩擦桩，所以在灌注混凝土时，如果孔底沉淀厚度大于规范要求，将会大大降低桩基的承载能力，使上部结构留有沉降隐患，因此必须对每个桩孔进行检查。采用全旋转钻机施工时，清孔的具体方法如下：在成孔作业结束后，静候 15～20 min，如孔内出现沉淀物，将旋挖钻机的双底钻斗慢慢放入孔底，捞出孔底的沉渣，直至达到设计及规范要求
[5]。
6）检查验收
成孔以后必须对桩身直径、扩头尺寸、孔底标高、桩位中线、井壁垂直度、沉淀厚度进行全面测定，成孔质量标准见表 1。 经监理、地勘、设计单位共同验收后，办理隐蔽验收手续，并经现场监理检查签字后方可进行封底施工。
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7）钢筋笼的制作、安装
钢筋笼的制作、安装方法与常规施工方法相同，这里不在复述。
8）灌注混凝土
①在成孔和清孔质量检验合格后，开始下放灌注导管，进行混凝土灌注施工。
②首批混凝土灌注后，导管埋入混凝土深度应不小于 1.5 m；检查导管是否漏水，有无泥浆回灌现 象。
③混凝土灌注应连续进行，严禁中断。 当导管内混凝土不满（含有空气时），后续混凝土要徐徐放入，不可一次放满，以免产生气囊。
④在准确计量混凝土灌注深度和导管埋深后，方可拔管。 导管埋深不得大于 6 m，也不得小于 2 m。
⑤为确保桩顶质量，灌注混凝土至超过桩顶设计标高 0.5～1.0 m。
⑥在灌注将近结束时，由于导管内混凝土柱高度降低，超压力随之降低。 此时如出现混凝土顶升困难，可适当减小导管埋深，使灌注工作顺利进行。 在拔出最后 1 节长导管时，拔管速度要慢，避免孔内上部泥浆进入桩中。
5 结语
随着城市建设的发展，在现况构筑物周围新建桥梁等工程项目不可避免，此时各种不良地质条件和施工条件会在一定程度上制约工程施工。 全护筒桩基施工方法可以有效地减少桩基施工对周围构筑物的影响，将会在国内得到更为广泛的应用。
参考文献：
[1] 北京城建设计研究总院． GB 50157-2003 地铁设计规范[S]．北京：中国计划出版社，2003．
[2] 中国建筑科学研究院． GB 50010-2002 混凝土结构设计规范[S]． 北京：中国建筑工业出版社，2002．
[3] 中国建筑科学研究院． GB 50009-2001 建筑结构荷载规范[S]． 北京：中国建筑工业出版社，2002．
[4] 铁道第二勘察设计院. TB 10003-2001 铁路隧道设计规范[S]． 北京：中国铁道出版社，2001.
[5] 北京市市政工程总公司． DBJ 01-46-2001 北京市城市桥梁工程施工技术规程[S]． 北京：北京市市政工程总公司，2001．
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