钻孔咬合桩在南京地铁施工中的应用

【摘要】钻孔咬合桩是采用全套筒冲抓机械成孔，桩与桩之间相互咬合排列的一种基坑围护结构。为便于切割，桩的排列方式设计为一个素混凝土桩(A桩)和一个钢筋混凝土桩(B桩)间隔布置，施工时先...

摘要：以南京地铁一号线南延线TA08标胜太路站为例，介绍了钻孔咬合桩施工工艺在实际车站围护结构施工中的应用，探讨了其在施工中容易出现的问题，从而为推广此施工工艺以及安全施工，提供一些有针对性的技术措施。

关键词：咬合桩；施工工艺；技术措施

一、 工程简介

胜太路站设计为地下二层双跨结构，有效站台中心里程为K10+432.9，顶板覆土厚约3.0米。地质主要以粉土、粉质粘土等为主。结构选用10米单柱式，岛式站台，车站标准段宽度为19.00m，车站总长度166.80m，总高度12.69米。车站主体采用明挖法施工。胜太路站主体结构围护形式采用φ1000@800钻孔咬合桩围护。桩长35米。

二、施工工艺流程

钻孔咬合桩是采用全套筒冲抓机械成孔，桩与桩之间相互咬合排列的一种基坑围护结构。为便于切割，桩的排列方式设计为一个素混凝土桩(A桩)和一个钢筋混凝土桩(B桩)间隔布置，施工时先施工A桩，后施工B桩，A桩混凝土采用超缓凝型混凝土，要求必须在A桩混凝土初凝前完成B桩的施工。B桩为基坑围护的骨架桩。钻孔咬合桩采用液压全套管钻机施工，B桩施工时，利用套管钻机的切割能力切割掉相邻A桩相交部分的混凝土，则实现了咬合，如下图所示。

图2钻孔咬合桩平面示意图

总的原则是先施工A桩，后施工B桩，其施工工艺流程是：

A1A2B1A3B2A4B3……，如图所示。

图4 钻孔咬合桩的施工顺序图

三、施工方法

1.导墙的施工技术

为了提高钻孔咬合桩孔口的定位精度并提高就位效率，在桩顶上部施作砼或钢筋砼导墙，这是钻孔咬合桩施工的第一步。导墙板的宽度应保证导墙的整体稳定，并满足咬合桩的施工精度要求，导墙到达设计强度要求时，才可进行咬合，不得偏转。

2.单桩的施工技术

（1）钻机就位：待导墙有足够的强度后，移动套管钻机，使抱管器中心对应定位在导墙孔位中心。

（2）取土成孔

先压入第一节套管(每节套管长度约7～8m)，压入深度约2.5～3.0m，然后用抓斗从套管内取土，一边抓土，一边继续下压套管，要始终保持套管底口超前于开挖面的深度不小于1.0m。第一节套管全部压入土中后(地面以上要留1.2～1.5m，以便于接管)，检测垂直度，如不合格则进行纠偏调整，如合格则安装第二节套管继续下压取土，如此继续，直至达到设计孔底标高。

1）基坑开挖宽度应考虑钻孔咬合桩的施工误差及基坑开挖过程中产生的水平位移，设计按外放不小于100mm考虑，钻孔咬合桩平面定位应准确，桩顶中心线偏差不得大于30mm；A、B桩排列顺序无误。

2）桩分两种：B桩为钢筋砼桩，A桩为素砼桩。咬合桩的施工顺序为：采用套管护壁成孔，先间隔施工A桩，在A桩混凝土初凝前，施工A桩之间的B桩，最终形成A桩与B桩的咬合结构。钻孔咬合桩正式施工前应做试验，把握好施做B桩与A桩的最佳间隔时间。施工要严格控制桩身垂直度偏差不大于3‰，以确保相邻桩体的充分咬合。

3）成孔设备就位后，必须平整、稳固，确保在施工中不发生倾斜、移动。为准确控制成孔深度，在桩架或桩管上应设置控制深度的标尺，以便在施工中进行观测记录。

（3）钢筋笼制作和吊放钢筋笼

1）主筋净距必须大于混凝土粗骨料粒径3倍以上。

2）钢筋笼的内径应比导管接头处外径大100mm以上。

3）加劲箍宜设在主筋外侧，主筋一般不设弯钩，根据施工工艺要求所设弯钩不得想内圆伸露，以免妨碍导管工作。

4）钢筋笼的制作允许偏差符合规范要求；

5）在搬运和吊装钢筋笼时，应采取必要措施防止变形。

6）钢筋笼安放要对准孔位，其顶面标高和平面位置的误差均不得大于20mm，就位后应立即固定。

7）钢筋笼主筋的保护层垫块应固定牢固，并且数量充足。

（4）混凝土灌注

1）混凝土必须具有良好的和易性，配合比应经试验确定。细骨料应采用干净的中、粗砂，粗骨料粒径应不大于40mm。

2）每车商品混凝土在使用前必须进行塌落度现场试验，塌落度应满足规范要求。

3）混凝土应连续一次灌注完毕，一边浇注砼，一边拔管，φ1000每米浇灌约0.785方，φ800每米浇灌约0.502方，并保证密实度。

4）灌注混凝土导管管节应连接严密、牢固，使用前应试拼，并进行隔水栓通过实验。

5）混凝土灌注时应符合以下规定：

A.混凝土灌注前应在导管内临近泥浆面位置掉挂隔水栓；

B.导管埋入混凝土深度应>3m，并随提升随拆除；

C.导管吊放和提升不得碰撞钢筋笼。

3.砂桩的施工技术同单桩B施作方法，净空小于1m时外移施作，用旋喷桩进行封补端口，外作旋喷桩防水。

四、技术要点措施

1.施工过程控制

为了保证钻孔咬合桩底部有足够的咬合量，应对其孔口的定位误差进行严格的控制，为了有效地提高孔口的定位精度，在钻孔咬合桩桩顶以上设置砼或钢筋砼导墙，导墙上定位的直径比桩径大20～40mm。钻机就位后，将第一节套管插入定位孔并检查调整，使套管周围与定位孔之间的空隙保持均匀。

2. 桩的垂直度控制

为了保证钻孔咬合桩底部有足够厚度的咬合量，除对其孔口定位误差严格控制外，还应对其垂直度进行严格的控制，根据我国《地下铁道工程施工及验收规范》规定，桩的垂直度允许偏差应不大于3‰―5‰；成孔过程中要控制好桩的垂直度，必须抓好以下三个环节工作。

(1）套管的顺直度检查和校正

(2）成孔过程中桩的垂直度监测和检查

1）地面监测。在地面选择两个相互垂直的方向采用经纬仪或线锤监测地面以上部分的桩的垂直度，发现偏差时随时纠正。这项监测在每根桩的成孔过程中应自始至终坚持，不能中断。

2）孔内检查。每节套管压完后安装下一节套管之前，都要停下来用三面挂线

进行桩护筒垂直度检查，不合格时需进行纠偏，直至合格才能进行下一节套管施工。

(3）纠偏

成孔过程中如发现垂直度偏差过大，必须及时进行纠偏调整，纠偏的常用方法有以下三种。

1）利用钻机油缸进行纠偏。

2）A桩的纠偏方法，如果A桩在入土5m以下发生较大偏移，可先利用钻机油缸直接纠偏，如达不到要求，可向套管内填沙或粘土，一边填土一边拔起套管，直至将套管提升到上一次检查合格的地方，然后调直套管，检查其垂直度合格后再重新下压。

3）B桩的纠偏方法。B桩的纠偏方法与A桩基本相同，其不同之处是不能向套管内填土而应填入与A桩相同的砼，否则可能在桩间留下土夹层，从而影响排桩的防水效果。

(3）A桩砼缓凝时间的确定

A桩砼缓凝时间是根据单桩成桩时间来确定，单桩成桩时间与地质条件、桩长、桩径，和钻机能力等有直接联系。因此。A桩砼缓凝时间可以根据以下方法来确定。

测定单桩成桩所需时间t，确定A桩砼的缓凝时间，可根据下式计算。T=3t+K式中：

T――A桩砼的缓凝时间(初凝时间)；

K――储备时间，一般取12小时；

t――单桩成桩所需的时间。

（4）如何克服“管涌”

在B桩成孔过程中，由于A桩砼未凝固，还处于流动状态，因此，A桩砼有可能从A、B桩相交处涌入B桩孔内，称之为“管涌”，克服“管涌”有以下几个方法可以采用。

1）A桩砼的塌落度：干孔不宜超过14cm，水下灌注18～20cm，以便降低砼的流动性。

2）套管底口应始终保持超前于开挖面一定距离，至少不应少于1.0m，以便造成一段“瓶颈”阻止砼的流动。

3）B桩成孔过程中应注意观察相邻两侧A桩砼顶面，如发现A桩下陷应立即停止B桩开挖，并一边将套管尽量下压，一边向B桩内填土或注水，直到完全制止住“管涌”为止。待A桩缓凝混凝土塌落损失一段时间后再继续施工B桩。

图6 B型桩施工过程中的砼管涌现象示意图

（5）克服钢筋笼上浮的方法

由于套管内壁与钢筋笼外援之间的空隙比较小，因此在上拔套管的时候，钢筋笼将有可能被套管带着一起上浮。其预防措施主要有：

1）B桩混凝土要求和易性好，坍落度宜为20~22cm，骨料粒径应尽量小一些，不宜大于25mm；防止出现钢筋笼与套管之间出显卡管现象。

2）保证钢筋笼与套管同轴度，保证套管和钢筋笼间隙，并且周圈间隙均匀。

3）对钢筋笼随时监测，一旦发现上浮迹象及时处理，通常采用上下左右磨动或其他方法，使套管、钢筋笼、导管脱开。

4）钢筋笼的加工的径向尺寸应确保合理、精确，在加工、转运、吊装过程中采取可靠措施防止钢筋笼扭曲变形。钢筋笼要保证足够的刚度。

5）必要时焊接抗浮板，在钢筋笼底部焊一块比钢筋笼直径略小的薄钢板或其他配重以增加抗浮能力；抗浮板与钢筋笼的连接方式应恰当、尺寸合理，并保证与钢筋笼在同一轴线上。

6）施工前准备适合的擦壁器，对套管内壁进行刷洗，保证套管内壁光滑，减少在浇筑时套管内壁与砼、粘土等的不必要粘连而造成浮笼。

7）砼浇筑的导管外径尺寸、接头形式要合理，避免在浇筑时导管带动钢筋笼而造成浮笼。

8） 一般采用振动锤起拔套管，高频振动的液化减摩效应，减少浮笼现象。

9）套管底口应始终保持超前于开挖面一定距离，至少不应少于1.0m，以便造成一段“瓶颈”阻止砼的流动以及地下水的汇集。

10） 一旦成孔后视情况及时灌注，进行压力平衡，防止时间过程长产生涌土、涌砂现象。

11） 在灌注时要保证套管埋入混凝土的数量，防止因套管埋入混凝土太少而产生挤土现象。

（6）分段施工接头的处理方法

往往一台钻机施工无法满足工程进度，需要多台钻机分段施工，这就存在一个段与段之间的接头问题。采用砂桩接头是一个比较好的方法，如图所示。在先施工段的端头设置一个砂桩(成孔后用砂灌满)，待后施工段到此接头时挖出砂灌上砼即可。

图7 分段施工接头预设砂桩示意图

（7）导管的安装

1）导管：导管用无缝钢管制作或钢板卷制焊成，导管壁厚不小于3mm，直径为250mm，导管长度为1.5米，接头用双螺纹扣快速接头。导管使用前试拼装、试压，试水压力为0.6～1.0Mpa，不漏水为合格。

2）漏斗：漏斗用4～6mm钢板制作，安装于导管顶部，用于接盛、泄漏混凝土，要求不漏浆、不挂浆、泄漏顺畅彻底。漏斗容量为1m3。

3）隔水栓：隔水栓采用厚度较大的橡胶球胆，充气后置于导管内，在初始灌注混凝土时隔离泥浆。当混凝土冲出导管后球胆会浮起，可重复使用，简便易行。

4）导管吊放时，应确保导管密封良好，位置居中，防止跑管，导管底口距孔底高度为50cm左右。

五、结束语

一般情况下通常认为咬合桩在沙层土中成桩质量不太理想，不适合在沙层土中施做。成桩质量更重要的是依靠施工过程中的质量控制，做好事前和事中的控制，把握好工序的时间间隔，使各工序衔接紧凑，咬合桩就可以在砂性土中取得很好的效果，使咬合桩工艺得到更广泛的运用。

钻孔咬合桩成桩垂直度高，在软土地质中有很好的防水效果，钻孔咬合桩相邻混凝土排桩间部分圆周相交，使之形成具有良好防渗作用的整体连续挡土支护结构。对沉降及变位容易控制，能够紧邻相近的建筑物、地下管线施工；全套管的跟管钻进及其掘进方法，有效的防止了孔内流沙、涌泥，并可进行嵌岩，保证了成桩质量。

钻孔咬合桩与钻孔灌注桩相比，可省去桩体背后的止水帷幕和约25%的钢筋用量。由于其造价较低，施工速度较快，止水性好，因此采用该结构形式作为基坑围护结构可以很好的解决围护结构施工中遇到的难题。

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