钻孔咬合桩围护结构施工技术的应用

摘要：钻孔咬合桩是一种新型围护结构形式,它是在平面上沿一条轴线设置单排钻孔桩,相邻的桩互相搭接,为一种特殊的桩列式挡土墙,它与传统的人工挖孔桩、钻孔密排桩相比,具有防渗效果好,无泥浆污染、环境好,不会塌孔等优点。本文结合工程实例，从钻孔灌注咬合桩的施工工艺、关键技术措施、质量控制的几个问题和解决方法等方面探讨了钻孔咬合桩围护结构施工技术。

关键词：钻孔灌注咬合桩；基坑围护方案；施工工艺

前言

随着城市建设的发展和地下空间的开发利用,深基坑工程围护结构技术取得了飞速发展,地下连续墙、钻孔灌注桩加搅拌桩止水帷幕、型钢水泥土搅拌桩 （SMW）等成熟施工工艺得到了广泛运用。钻孔咬合桩作为一种新型围护结构形式 ,在国外早有应用 ,近年来 ,在国内深圳、广州、南京、杭州等城市咬合桩工艺也有实践 ,在施工工艺方面已积累了一些经验 ,但还不足以形成咬合桩的系统理论 ,在全国范围内推广应用。

1.工程概况

本工程周围建筑物已经全部建成，施工场地十分狭小，又由于靠近旅游景点的特殊地理位置，因此环境保护要求相当高。利用常规的围护结构很难达到环境保护的要求，因此部分围护结构采用钻孔灌注咬合桩形式。

1.1围护结构

深度处理综合池基坑围护长154.1m，平挖深度为6-7m，由于南侧已经建成一期深度综合处理池。因而采用高压旋喷桩止水，其余均采用钻孔灌注咬合结构。

钻孔灌注咬合桩中素混凝土桩的直径为700mm，混凝土标号为C15。钢筋混凝土嵌桩的直径为600mm，混凝土标号为C25。相邻素混凝土桩的间距和相邻钢筋混凝土的间距均为800m，桩长均为13m。

1.2工程地质情况

工程现场地下水类型属孔隙潜水型，开挖深度以内土层以粉砂土为主，渗透系数较大。地下水位埋深0.50-2.10m，水位受大气降水影响明显。开挖范围的土层总体特征是：高含水量和大孔隙比、高压缩性、低强度、透水性强、易液化，易产生流砂和管涌。具体地质情况见表1。

2.基坑围护方案的选择

2.1地下连续墙方案

该方案目前在我国技术已经比较成熟，其主要优点可集挡土防渗于一体，整体性好，围护结构稳定，施工无噪声，适宜于城市环境的深基坑施工，但其成本较高。并需在成槽过程中采用泥浆护壁，选用此方案需计算成槽过程中槽壁的稳定性，不然会产生槽壁坍塌。在成槽过程中的稳定性如遇地下水位较高的情况，泥浆对槽壁作用的水平力必须平衡土的侧压力与地下水压力之和，连续墙施工中在地下砂土层中采用泥浆护壁时.其槽壁稳定安全系数Kw可由下式计算：

Kw=2×(γ×γ1)1/2×tgφ/(γ-γ1)

式中 Kw-在有地下水的土层中成槽稳定安全系数Kw>1；

γ-砂土层平均浮容重；

γ1-泥浆的浮容重，一般泥浆相对密度取1.15g/cm3

其γ1=1.15-l=0.15(g/cm3)；

φ-地下水中非粘性砂土层的平均内摩擦角。

依据地质勘探资料γ=0.931、γ1=0.15、φ=27.63°则

Kw=2×(0.931×0.15)1/2×tg27.63°/(0.93l-0.15)=0.496

因为Kw=0.496

2.2钻孔灌注桩+止水帷幕

该方案目前在深基坑中较为多用，止水采用二重管高压旋喷桩，施工技术成熟，但在该工程中钻孔灌注桩成孔穿透的地层②-3层和②-4层砂质粉土性能较差，钻孔桩壁易坍塌，并且在止水帷幕高压旋喷桩的施工中容易引起缩径.基坑较深，存在地下障碍物，容易引起桩间开叉，因此围护结构的止水效果很难保障，容易在后期基坑开挖施工中引发突水、涌砂、管涌等不良现象。这就不仅增加经济成本，且易造成环境污染。

2.3钻孔咬合桩

钻孔咬合桩是一种新型的基坑围护形式，它具有占地面积小，操作灵活的优点。由于施工可随时监测调整垂直度，所以能很好地控制桩的垂直度。桩间搭接可靠，易于形成封闭，止水效果好，可省去止水帷幕，降低围护结构成本。施工中磨桩噪声小。综合以上条件考虑，最终选定采用钻孔咬合桩的深基坑围护方案。

3.钻孔咬合桩的施工工艺

3.1咬合灌注桩的施工工序

为保证施工要求和桩位的定位精度，在桩顶上部开设相应的导流槽两侧流筑钢筋混凝土导墙，导墙采用CD1000型和CD2000型桩相配合施工，总体原则是先施工A序桩后施工B序桩，其施工工序是：A1A2B1A3B2A4B3…………如图2所示

3.2单桩施工工艺

(1)钻机就位：待导墙混凝土有足够的强度后，移动钻机，使磨桩机中心严格对应在导墙孔位中心。

(2)进钻成孔：钻机在人土中的过程中，用两台经纬仪随时检测垂直度，如不合格则进行纠偏，如合格则继续下行，如此重复，直至达到设计孔底。

(3)吊放钢筋笼(B序桩)：成孔检测合格后安放钢筋笼。采取措施保证钢筋笼标高的正确。

(4)灌注混凝土：采用水下混凝土灌注法施工。

(5)灌注成桩：根据导管在混凝土中的埋置深度适时提升、拆除，注意始终保持导管埋深2～4m。

3.3关键质量技术措施

3.3.1清除地下障碍物

地下障碍物将会影响钻孔的垂直度和钻孔时间，而时间上B桩咬合A桩受A混凝土凝结时间和强度的影响，因此施工前必须彻底清除地下障碍物。如遇大的卵石层、孤石、条石基础等，可采用套管护壁，先抽干套管内积水，然后用十字锤将其击碎后抓出。

3.3.2施工导墙

为保证钻孔咬合桩桩孔定位精度，并满足钻机基座地面承载力要求，需在地面桩顶上部施作钢筋混凝土导墙。导墙面应平整，以确保钻机基座水平，从而保证成孔的垂直度。导墙在拆模后，必须立即放置木撑，以免桩孔受周边土的侧压力和导墙上钻机的下压力影响而内缩。导墙可在桩孔处设成下翻口的断面形式，防止坍孔。

3.3.3桩孔定位

导墙上定位桩孔径比设计桩径大20mm，孔口定位允许偏差在±10mm以内。为满足基坑内建筑限界要求，导墙上的桩位需外放一定尺寸，以抵消桩身自身垂直度的偏差，并考虑围护结构基坑开挖时，在外侧土压力作用下向基坑内位移和变形而造成的基坑内衬墙结构净空减小的变化。

3.3.4钻机就位

因钻机自重较大，故钻机精确就位较费时。为此，采用定位钢板辅助就位，以提高钻机就位效率，节省单桩成桩时间。事先将各桩孔圆心位置测线放样到导墙上。先将定位钢板的圆心对准导墙桩孔圆心位置安放固定后，再将钻机的4个基脚对准定位钢板上基脚限位铁位置，用50t吊机吊放到定位钢板上即完成

就位。钻机4个基脚可独立调整高低，以达到机身水平，确保钻杆垂直度。

3.3.5成孔垂直度

咬合桩的咬合厚度，直接关系到连接各桩形成整体，并决定围护的抗渗止水效果。而桩身垂直度又影响到相邻两桩间的咬合厚度。目前，咬合桩的施工，参照国家规范《地基基础工程施工及验收规范》，桩的垂直度控制在3‰以内，而采用CD1500钻机全回转工艺，桩身可达到2‰垂直度。施工中要控制好垂直度，应注意把握以下2个环节。

1.成孔前的钻杆检查

第1次成孔前，必须在平整的场地上进行钻杆全桩长的试拼装，检验钻杆顺直度，通过调整各节钻杆的位置，使拼装好后的顺直度处于最佳状态。此时按序将各钻杆编号，今后施工时依序号下。单节钻杆(6～9m长)顺直度允许偏差5mm，全桩长钻杆顺直度允许偏差为桩长的万分之五。

2.成孔中的垂直度监测和检查

(1)地面监测在地面沿正交方向布置2台经纬仪，每根桩成孔过程中，同步监测钻机上外露钻杆的垂直度，应自始至终不间断。

(2)孔内检查每节钻杆压完后安装下一节钻杆之前，都要用线锤进行钻杆内垂直度检查。

(3)井径仪抽检钻孔完成后，下放钢筋笼前，由监理采用井径仪，对钻杆成孔全桩长进行垂直度检测，现场抽检总桩数的10‰。

3.纠偏

成孔中当发现有机身倾斜或钻杆偏斜迹象时，必须立即进行纠偏。可分别调整钻机4个基脚的高度，达到钻机水平、钻杆垂直的目的。

3.3.6坍落度

混凝土坍落度宜为16～20cm，满足水下混凝土灌注和防止A桩向B桩内“绕流管涌”的要求。

3.3.7有关钢筋笼的技术要求

1.钢筋笼吊装和安放

钢筋笼应设置加强筋，以确保钢筋笼在吊装过程中不发生弯曲和扭曲。钢筋笼底端应做30°的收口，便于吊装入孔。在钢筋笼吊放安装时，应注意钢筋笼朝向坑内侧和坑外侧配筋不同，不得调转方向放反，确保受力符合设计意图。并且钢筋笼应正对基坑内，若偏转到两桩咬合处，则B桩咬合碰到A桩钢筋笼时，将难以成孔。

2.浇混凝土时克服钢筋笼上浮方法

B桩混凝土的骨料粒径不宜大于25mm。在钢筋笼底部焊上钢筋网片φ16@100，以增加其抗浮能力。

3.上拔导管时防止A桩钢筋笼旋转扭曲在浇混凝土过程中，上拔道管时，严禁回转，以防止导管回转时带动道管内的混凝土和钢筋笼一起旋转。钢筋笼偏离设计位置，不仅影响围护受力，更影响到B桩咬合A桩。

3.3.8浇混凝土时拔混凝土导管要求

混凝土导管埋在混凝土内的深度，以3～10m为宜，不宜过深，以防止混凝土浇捣困难堵塞导管，最小不小于2m。

3.3.9防止管涌的措施

1.在地下水丰富有活动水的砂层施工时，应尽量增加泥浆的比重，达到土压平衡，起到防止管涌的作用。

2.对于地下水位变化较大的情部可以采取加高护筒，以平衡护筒外的水压力平衡。

3.在施工过程中随时观测有无涌砂的情况。

3.3.10钻头改进措施

为了保证B桩即钢筋混凝土桩能顺利嵌桩，除在A桩中增加缓凝剂减少A桩混骨料粒径等技术措施外，还应将常用的锥型钻头改为筒型钻头形式。

4.结束语

(1)实践证明，钻孔灌注咬合桩围护结构在该水厂软土深基坑工程中的应用取得了成功。

(2)钻孔灌注咬合桩与普通钻孔灌注桩或地下连续墙二墙合一相比，具有施工噪音低，造价低，止水效果好等优点。但是钻孔咬合桩对施工精度，工艺和混凝土配合比均有严格要求，否则桩体无法充分咬合。

(3)钻孔灌注咬合桩，作为一种基坑围护结构。适用于淤泥、流砂、富水等不良地层，相对于地下连续墙、SMW工法、钻孔灌注桩加旋喷等具有明显优点，是一种新弄的深基坑围护结构形式，选合在城市内环境保护要求高的区域施工，具有推广价值。

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