全套管钻孔咬合桩在基坑支护应用

钻孔咬合桩具有配筋率较低、抗渗能力更强、施工速度快、支护结构的抗剪强度和安全性高等特点，目前在国内已成为一项十分成熟的支护结构施工技术，在地铁、道路下穿线、高层建筑物等城市构筑物的深基坑工程中已广泛推广，特别适用于有淤泥、流砂、地下水富集等不良条件的地层。但是在部分具有岩石地层的基坑支护工程中，因基坑周边环境复杂，安全文明施工程度高，工期要求紧，普通的钻（冲）孔灌注桩和地连墙很难满足实际要求，咬合桩在此类地形下显示出了十分突出的技术优势。

1工程概况

1.1工程概述

凯达尔枢纽国际广场位于广州市增城新塘镇，该工程用地面积38697.1m2，规划总建筑面积约38万m2，由四层地下室、六层裙房以及两栋超高层塔楼（西塔楼260m，东塔楼182m）组成。基坑开挖面积35026.9m2，基坑周长约797.0m，略呈三角型布局，裙楼区域开挖深度17.7m，塔楼区开挖深度21.4m；属于典型的超大深基坑工程。

1.2基坑北侧环境情况

基坑北侧紧邻正在进行主体施工的广州地铁13号线新塘站，其基坑开挖深度约15m，地铁13号线基坑支护形式采用地下连续墙+三道支撑，距本工程北侧支护最近处仅2.3m；详见图1。

1.3基坑北侧地质、水文情况

1.3.1地质情况根据野外钻探编录，按成因、状态、岩土性划分，场区岩土层自上而下可分为：人工填土层、坡积层、残积层、基岩本工程的基坑北侧中（微）风化岩层埋深较浅，强度较高，中风化最浅埋深-7.71m，其平均强度为11.9MPa，微风化最浅埋深为-8.5m，其平均强度值为90MPa。1.3.2水文情况根据勘察报告，钻探期间场地范围内未发现地表水存在，各钻孔测得混合水静止水位相对标高为-2.00~-9.70m，场地长期水位变化幅度大概在3~4m。

1.4北侧支护设计概况

1.4.1北侧竖向支护结构的选型为保证地铁结构安全，北侧支护结构施工时造成水土流失，影响地铁基坑安全，原设计方案由普通钻（冲）孔排桩改为与地铁基坑相同的地下连续墙支护形式。但因本工程的岩层浅（局部场地下去8m进入微风化）、硬度大（根据地铁施工单位的施工经验，强度最大可超过100MPa），能够进行如此高强度岩层施工地下连续墙的施工机械少（双轮铣槽机，受场地限制只能进场一台），施工速度慢（完成北侧支护需7个月），造价高，不适用于本工程。在项目部进场后，根据实际情况和地保办的相关要求，并经过充分市场调研及实地考察后，决定采用咬合桩的支护形式，且北侧采用咬合桩的施工方案最终也通过了地保办专家的审核。1.4.2咬合桩设计概况本工程的基坑北侧咬合桩一共372根（A桩186根，B桩186根），A桩桩底需进入中风化岩层1.5m或微风化岩层1m，B桩桩底需进入基坑底加上嵌固深度（进入全风化岩不少于7.0m或强风化岩不少于5.0m或中风化岩不少于3.0m或微风化岩不少于2.0m），咬合桩桩径1.2m，咬合0.35m。2咬合桩简介套管钻孔灌注咬合桩是采用磨桩机压套管下沉，采用冲抓斗或旋挖机出土成孔，使桩与桩之间相互咬合排列的一种基坑围护结构。桩的排列方式为一条不配筋并采用超缓凝素混凝土桩（A桩）和一条钢筋混凝土桩（B桩）间隔布置，其中钢筋混凝土桩（B桩）利用套管钻机的切割能力切割掉相邻超缓凝素混凝土桩（A桩）相交部分的混凝土，使之形成具有良好防渗作用的整体连续防水、挡土围护结构。

3咬合桩工艺优缺点

3.1优点

（1）由于素桩的主要作用为咬合钢筋混凝土桩，形成整体止水帷幕，不承受荷载，只用进入中风化岩层即可，故整体施工速度较快，造价低；较易满足本工程的工期要求并在最大程度上节约成本。（2）咬合桩采用旋挖成孔的工艺具有噪音低、振动小的特点，完全满足广州市地保办的要求。（3）咬合桩采用钢护筒进行护壁，无需泥浆护壁，安全施工文明程度较好，能最大程度防止水土流失，将支护施工对周边影响减至最低。

3.2缺点

由于咬合桩的施工工艺要求先施工素桩，再施工钢筋混凝土桩。为防止形成冷缝，影响止水效果，对素桩混凝土的初凝时间要求较高，一般要求大于60h，钢筋混凝土桩的成孔时间要求较高。

4咬合桩工艺流程及施工要点

咬合桩利用转动液压装置（全套管钻机，简称磨桩机），采用转动方式入套管，同时冲抓斗从套管内取土，一边抓土、一边下压套管说明：通过磨桩机将钢护筒压入中风化岩层，通过冲抓头或旋挖机在钢护筒内成孔，可取消泥浆护壁。套管进入中风化岩层时，因磨桩机压入套管困难，为防止出现“涌砂”现象，快进入岩层时提前向套管内注水反压保持套管内外水土压力平衡，改用采用旋挖机进行成孔作业。

4.1施工流程

4.1.1单桩施工流程导墙施工→钻机就位对中→吊放并压入第一节套管、校对垂直度、旋挖取土→冲抓斗（旋挖机）取土（石）→终孔检查→（B桩吊放钢筋笼）→安装混凝土导管→灌注水下混凝土→桩机移位（重复上述工序）。备注：A桩施工流程同B桩施工流程，但无吊放钢筋笼。4.1.2咬合桩整体施工顺序如图4所示，全套管咬合桩总的施工原则是先施工A序列桩（素混凝土桩，简称A桩），后施工B序列桩（钢筋混凝土桩，简称B桩），其施工工序是：A1→A2→B1→A3→B2→A4→B3，如此循环。

4.2咬合桩施工重要工序操作要点

4.2.1导墙施工为保证咬合桩定位误差要求小于10mm，需要硬化地面并做混凝土导墙，导墙宽3.24m、厚度为0.3m；定位孔直径比桩径大4cm。4.2.2钻机就位对中导墙混凝土达到强度后，重新定位咬合桩中心位置，将点位反到导墙面上，作为钻机定位控制点；移动套管钻机至正确位置，使套管钻机抱管器中心对应咬合桩桩位中心。4.2.3吊放并压入第一节套管、校对垂直度、冲抓取土钻机就位后，将第一节管吊装在桩机钳口中，找正套管垂直度后，磨桩机下压套管，压入深度约为2.5~3.5m深，然后用冲抓斗从套管内取土，一边抓土、一边下压套管，保持套管底口到开挖面的深度大于2.5m。第一节套管全部压入土中后（套管高出导墙顶面1.2~1.5m，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。4.2.4注水、旋挖取土（岩）套管进入中（微）风化岩层时，因岩石坚硬，冲抓锥受机械设备性能限制难以抓土作业，此时，需向套管中注水，采用旋挖机进行取土（岩）作业。4.2.5终孔检查将孔底的虚土全部清除，然后测量孔深、垂直度，直至满足设计要求。4.2.6灌注水下混凝土终孔检查合格后（B桩须吊放钢筋笼，钢筋笼标高误差±10cm），然后安装准250导管进行水下混凝土浇灌；浇筑时检查每车混凝土类型与标号、坍落度情况，以免素桩与钢筋桩混凝土混用或发生灌注事故；每根桩制取一组试件，监测其缓凝时间及强度；施工时边浇注混凝土边拔管，但始终保持套管底低于混凝土面不小于2.5m，桩顶标高误差±20cm。

5质量控制

5.1孔口定位误差的控制

孔口的定位精度，主要靠导墙浇筑精度控制。在进行导墙浇筑前，需对每根桩进行进行定位，保证导墙的中心与桩位中心重合。

5.2桩的垂直度的控制

当咬合桩垂直度超过允许范围时，可能造成咬合桩底部未进行咬合。在进行桩位成孔时，需严格控制孔口定位误差外，还应对其桩孔垂直度进行严格的控制。每节套管压完后安装下一节套管之前，都要停下来用测斜仪或“测环”进行孔内垂直度检查，不合格时需进行纠偏，直至合格才能进下一节套管施工。成孔过程中如发现垂直度偏差过大，必须及时利用磨桩机两侧的油缸进行顶升或推拉套管，调节套管的垂直度进行纠偏调整。

5.3预防“管涌”

在场地有淤泥、流砂、地下水富集等不良条件的地层，因B桩成孔过程中，A桩混凝土未凝固，还处于流动状态，A桩混凝土有可能从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：（1）A桩混凝土的坍落度应尽量小一些，不宜超过18cm，以便于降低混凝土的流动性。（2）套管底口应至少低于开挖面2.5m，以便于造成一段“瓶颈”，阻止混凝土的流动。（3）当套管遇地下障碍物或岩层较浅时，套管底口无法保持低于开挖面标高2.5m，可向套管内注入一定量的水，使其保持一定的反压力来平衡A桩混凝土的压力。阻止“管涌”的发生。

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