全套管鉆孔咬合樁在地鐵工程圍護結構中的應用

趙榮

(廣州軌道交通建設監理有限公司，廣東廣州510010)

1 工程概況

南京地鐵三號線清水亭西路站位于清水亭西路與長亭路交叉路口西側，沿清水亭西路東西向布置。車站總長286.25m(設折返線)，標準段寬 19.6m，底板埋深16.9m;端頭井段寬 23.6m，底板埋深 18.0m。車站覆土厚度約3.7m，局部2.8m。車站主體基坑明挖順做法施工，采用鉆孔咬合樁+水平內支撐的支護體系。鉆孔咬合樁樁徑為1.0m，間距為0.8m，咬合部分最大厚度為0.2m;采用鋼筋混凝土樁和素混凝土樁間隔布置。

1.1 工程地質

清水亭西路站地貌類型為崗間坳洼區，為全新世沖積平原，地勢低平，地面標高約8.4～8.8m。車站范圍內穿越的主要土層由上至下依次為:①－2b2－3雜填土;②－1b2－3軟－可塑粉質粘土、[2]－2b4流塑淤泥質粉質粘土 、②－3b3－4軟－流塑粉質粘土、③－1b1－2可 －硬塑粉質粘土、③ －2b2－3可 －軟塑粉質粘土、[3]－4e可－硬塑含礫粉質粘土、K1g－2強風化泥質粉砂巖。其中②－2b4即流塑淤泥質粉質粘土層含水量高，壓縮性高，土質差，基坑開挖時極易產生側向變形或土體流動，從而引起開挖面失穩。

1.2 水文地質

該車站場地地下水主要為孔隙潛水，局部分布有弱承壓水，底部基巖主要為白堊系葛村組(K1g)泥質粉砂巖，裂隙不甚發育，且呈緊密閉合狀，裂隙連通性差，含水微弱。

根據清水亭西路站巖土詳勘報告，通過干鉆測得地下水初見水位埋深0.8～1.0m，地下水靜止水位為1.10～2.70m，水位隨地勢起伏變化，年水位變化幅度約0.5～0.8m。潛水層底板埋深最深約20m，承壓水頂板埋深平均約27m，局部最淺處埋深21.5m，總厚度為3.5～8.5m，受側向徑流補給、排泄，承壓水頭埋深約4m。

1.3 圍護結構施工方法比較

車站圍護結構鉆孔樁數量較大(共約792根)，與采用地下連續墻施工工法相比，鉆孔咬合樁相對造價低、施工難度小、安全風險較低，對周圍環境影響小。與鉆孔灌注樁+止水帷幕施工工法相比，鉆孔咬合樁防水效果好、結構剛度大、環境污染小，且能達到很好的技術要求，尤其是樁身質量和樁的咬合質量有很好的保證。

經過比較分析知，清水亭西路站圍護結構采用的全套管施工方法同其他鉆孔方法比較而言，具有噪聲低，振動小;用套管護壁，孔壁不會坍落，可靠近既有建(構)筑物(如高壓線塔)施工;易于控制樁斷面尺寸形狀;可挖掘小于套管內徑1/3的石塊;因使用套管護壁，挖掘土中的含水比例小，較容易處理孔底虛土，且對環境的污染小;鉆機有導向糾偏機構，樁的垂直度容易控制等優點。同時全套管法也有一定的局限性，主要是套管鉆機自重大，采用全套管施工需要有較大場地，工地邊界到邊樁中心的距離要求較大，此外，對場地地面的承載力要求也高一些。本車站工程由于場地較開闊，便于采用全套管法施工，故綜合以上特點，決定采用全套管法施工鉆孔咬合樁。

2 全套管法鉆孔咬合樁施工工藝原理

全套管施工工法，又叫貝諾特(Benoto)施工法，最先是由法國貝諾特公司采用的邊沖抓鉆進，邊跟進套管護壁的施工方法。全套管鉆孔咬合樁正是利用沖抓斗抓土，使鋼套管與土層間的摩阻力大大減少，再壓入套管，然后利用沖抓斗挖掘取土，直至套管下到設計樁端持力層為止。成孔后在套管內放入鋼筋籠，再在鉆孔中心下導管，灌注混凝土成樁，最后拔出導管。

2.1 全套管鉆孔咬合樁導墻施工

為了提高鉆孔咬合樁孔口的定位精度并提高就位效率，在樁頂上部施作混凝土導墻或鋼筋混凝土導墻，這是鉆孔咬合樁施工前必須具備的首要條件，也有利于鉆機安裝及作業的穩定。導墻平面、橫斷面圖示見圖1。

圖1 導墻施工平面和橫斷面

施工步驟為①平整場地，清除地表雜物，填平碾壓地表面。②測放樁位，根據設計圖紙提供的坐標放線。(實踐當中外放200mm，以防開挖中變形或測量誤差引起的結構侵線)，測量專監復核經計算的樁中心坐標。③導墻溝槽開挖，樁位放樣符合要求后即進行溝槽開挖，開挖結束對溝槽整平夯實，將溝槽中心線引入溝槽下，確保導墻中心線無誤。④鋼筋綁扎，溝槽施工的同時綁扎導墻鋼筋網片，由監理驗收。⑤模板施工，模板采用定型鋼模。⑥混凝土澆注施工，混凝土采用C20商品混凝土，混凝土澆注時兩邊對稱交替進行，嚴防跑模。導墻關系到鉆孔咬合樁順利成孔和成孔精度，施工中應嚴格控制導墻施工精度，確保軸線誤差 ±20mm，內墻面垂直度0.3%，平整度3mm，導墻頂面平整度5mm。⑦導墻混凝土達到設計強度后，拆除鋼模，再次定位樁樣中心，將點位標記在導墻頂面，作為鉆機定位控制點。

2.2 全套管鉆孔咬合樁施工流程和成孔順序

2.2.1 鉆孔咬合樁單樁施工工藝流程

樁機就位對中→吊裝安放套管→控制垂直度→壓入套管(校核垂直度)→抓斗取土套管鉆進(連接套管)→達到設計標高(測量孔深)→清除孔底沉渣(驗孔簽認)→吊放鋼筋籠(鋼筋籠驗收，隱蔽簽認)→放入混凝土導管(導管拼接檢查)→澆筑混凝土逐次拔管(制作混凝土試塊)→澆筑完成(檢測混凝土標高)→樁機移位(注:括符標明的部分為有監理參與的工作)。

以上是鉆孔咬合樁鋼筋混凝土樁的澆筑過程，素混凝土樁澆筑只需去掉鋼筋籠安放和檢測環節，其中葷樁使用C30普通混凝土，素混凝土樁使用C20超緩凝混凝土。

2.2.2 鉆孔咬合樁施工成孔順序

首先定義A樁為鋼筋混凝土樁，B樁為素混凝土樁。在一段連續的施工段上鉆孔咬合樁的成孔原則是:先施工B樁，灌注素混凝土，再在相鄰兩B樁間切割超緩凝素混凝土B樁成孔施工鋼筋混凝土A類樁。其成孔順序為:B1→砂樁→B2→A1→B3→A2→B4……Bn→An－1→砂樁，見圖2。

圖2 鉆孔咬合樁成孔順序圖

作為地下工程的圍護結構，鉆孔咬合樁往往數量較多，一般會采用多臺機組同時施工的辦法。即是采用分區段作業的組織方式，這樣上圖中的砂樁是為分區作業的咬合樁在最后連接成整體時留下A樁的咬合企口，也就是說到時候將砂樁位置的填砂取出，置換成鋼筋混凝土樁，完成企口咬合，形成整體剛性封閉結構。

2.2.3 超緩凝混凝土

根據施工工藝的特點，鉆孔咬合樁B樁所采用的超緩凝混凝土初凝時間不早于60h，終凝時間不宜遲于72h。超緩凝混凝土各項性能指標滿足設計施工要求是鉆孔咬合樁施工工藝成功的前提，因此對混凝土生產質量控制及現場施工組織管理要求較高。本工程所采用的超緩凝混凝土為商品混凝土廠家在施工、監理方參與下多次試配確定的。具體參數為:初凝時間不小于60h，終凝時間小于72h，3d強度不大于3MPa，坍落度16～18cm，強度等級滿足C20混凝土的要求。

3 鉆孔咬合樁施工過程質量控制要點

3.1 樁位定位控制

為了保證鉆孔咬合樁底部有足夠的咬合量，應對其樁位定位誤差進行嚴格的控制。通常導墻上樁位定位孔的直徑宜比樁徑大20mm，鉆機就位后，將第一節套管插入定位孔后并反復檢查調整到最佳，使套管周圍與定位孔之間的空隙保持均勻。

3.2 樁身垂直度控制

鉆機就位后使套管中心、鉆機搖管裝置的中心與樁心保持在同一軸線上，利用鉆機的調平系統，調整水平。第一根套管下壓時采用兩臺測斜儀附貼在套管外壁兩垂直方向進行校核，并在相互垂直的方向上布置兩臺經緯儀復核垂直度。套管在切壓過程中，兩臺經緯儀隨時檢查套管與樁孔的垂直度，發現偏差及時糾正。

3.3 素樁(B樁)超緩凝混凝土質量控制

(1)根據施工時氣候條件配制各種溫度環境下的多組配合比參數，并能滿足初凝大于60h、終凝小于72h且滿足強度標準。

(2)嚴格控制拌合場集料、水泥等原材料的質量，控制拌合過程和運輸時間，確保到場混凝土滿足使用要求，對達不到坍落度指標的超緩凝混凝土堅決不用。

(3)強化施工組織，特別是鉆孔進度和混凝土到場時間的協調，避免超緩凝混凝土澆筑過程因機組設備的原因造成成樁質量缺陷。

3.4 鋼筋籠制作質量控制

鋼筋籠制作嚴格按照相關驗收標準進行檢驗，監理驗收時重點檢查主筋配置長度、數量、間距，各焊點的焊接質量，加密區的位置和長度等指標。吊裝過程加強安全督促。

3.5 混凝土澆筑過程控制

成樁混凝土灌注采用下導管法灌注，對樁內有水的排樁，樁身混凝土采用水下混凝土灌注的方法。水下混凝土灌注用導管要根據孔深進行配管，導管的吊放采用吊車吊裝，導管的接長加墊圈，防止灌注混凝土時出現漏氣漏水，影響樁身混凝土的質量。灌注混凝土時，邊灌注邊拔導管和套管并控制導管和套管的拔升速度，保持與混凝土的灌注速度相同，且控制好導管和套管埋深，套管的埋深應保持在混凝土面下1m以上。

4 鉆孔咬合樁常見事故的預防和處置

清水亭西路站施工，由于工程地質變化、起伏很大，地下水分布位置和水量差異很大，在本工程的施工中遇到了較多的問題。

4.1 鋼筋籠上浮的控制

因鋼筋籠偏移、變形及成孔垂直度偏差，使得鋼筋籠與不動套管壁面大面積接觸，或鋼筋籠箍筋接頭與套管接頭處勾掛，混凝土最大粒徑石子卡在鋼筋籠與套管壁之間等原因，導致起拔套管時鋼筋籠被提起上浮。具體應注意:

(1)嚴格控制成孔垂直度，認真檢查鋼筋籠加工質量，保持套管搖管起拔的均勻、慢速。

(2)為增加鋼筋籠抗浮能力，可在鋼筋籠底加焊厚10～15mm、約為鋼筋底面積1/3的鋼板。

(3)在鋼筋籠外緣焊上Ф10mm的起保護層作用和定位的耳形筋，減少鋼筋籠與套管內壁的摩阻力。

4.2 鋼筋籠下沉的控制

因基底土層軟弱，成孔過程中土體擾動遇水軟化，或因基底超挖回填不密實，鋼筋籠易在自重作用下下沉。可采取孔內回填25cm厚的塊石，以提高基底承載力，同時鋼筋籠應預留沉降量50～100mm。樁身混凝土灌注時，若孔內有水，應采用水下灌注工藝。

4.3 管涌問題的控制

在成孔過程中，依據套管的最大切割下壓能力，一般情況下始終保持套管超前于沖抓面至少1m以上，輕抓慢挖，使孔內留有一定厚度的反壓土層，防止管涌現象的發生。當穿越松散砂層及淤泥質土等易受沖抓擾動影響的流動性較大的地層時，應使套管底口始終下壓超前于沖抓面。

4.4 樁孔偏斜的處置

發現鋼套管有傾斜趨勢時，立即通過反復搖動、微量扭、挪套管支座等方法，將鋼套管傾斜消除在初始狀態。

如垂直度偏斜超過3‰，無法靠機臺本身調整時，采取向孔內填砂，向上拔出套管重新校正精度成孔。

無法利用套管鉆機重新成孔時，在待處理樁位的兩側注漿，形成隔滲帷幕攔截地下水。

4.5 鉆進入巖的處置

鉆孔咬合樁僅適用于軟土地質。若施工中遇到局部小范圍區域少量樁入巖情況時，可采用“二階段成孔法”進行處理。第一階段:不論A樁還是B樁，先鉆進取土至巖面，然后改換成旋挖鉆機施工，直到鉆進到設計高程。第二階段:再換用抓斗取出旋挖沉積物。例如本工程西端頭井位置就有776號～792號樁是采用這樣的施工辦法解決的，這一過程中遭遇到了③－4e層較大的承壓水層。

另外對于這種情況，還可以采用:第一階段先沖抓鉆進到巖面，然后卸下抓斗換成沖擊錘，從套管內用沖擊錘沖鉆至樁底設計高程，成孔后向套管內填土，一邊填土一邊拔出套管(即第一階段所成的孔用土填滿)。第二階段再按鉆孔咬合樁正常施工方法施工，保證成孔質量。

4.6 冷縫的處置

施工鉆孔咬合樁，造成冷縫的原因主要有:前文中提到的施工組織原因形成的砂樁一側的素樁，在最后接頭處施工時早已凝固的冷縫;由于C20超緩凝混凝土本身不穩定所造成的一邊出現早凝現象，而在其后進行中間葷樁施工時對早凝一側不能正常的割切，必須進行樁位偏移處理，從而造成的冷縫事故樁。不管是第一種還是第二種情況，基本的處理原則是采取平移葷樁，早凝邊相接緩凝邊切割，相接邊采用高壓旋噴樁止水的措施，見圖3。

同樣地，施工中因機械設備故障造成早凝事故樁也是采用同樣的處置方式，所以加強設備故障的檢修和保障顯得極其重要。

4.7 事故樁的背樁補強處置

圖3 冷縫樁的處置示意圖

A樁成孔施工時，若其兩側B1、B2樁的混凝土均已凝固，在這種情況下，則放棄A樁施工，在外側增加三根咬合樁及兩根旋噴樁作為補強、防水處理。在基坑開挖過程中將B1和B2樁之間的夾土清除噴上混凝土即可，見圖4。

圖4 背樁補強平面示意圖

此種處置對于鋼筋籠上浮較大，不能保證結構剛度的情況也可以采用。對于預留咬合企口的砂樁而言，補強措施是抓取出填砂，置換成鋼筋混凝土A樁，然后在相交的樁體咬合部位的外側加補高壓旋噴樁進行止水。施工中因水下混凝土澆筑控制失誤造成的斷樁，則主要是在背樁側加補高壓旋噴樁進行止水處理。

4.8 混凝土穿孔的處置

鉆孔咬合樁施工中混凝土穿孔現象，簡單的說就是在咬合樁施工過程中出現已施工的主要是超緩凝混凝土樁下部混凝土流動，樁頂混凝土面下沉的現象。這種情況可能發生在后續素樁施工期間，或者葷樁施工期間。

發生穿孔的原因主要是施工人員操作不當，套管未壓到位即超挖、震動等造成混凝土穿孔，下泄到正在施工的套管里面。解決措施是及時下壓套管，保證抓土面在套管底口以上，確保已澆筑混凝土面的穩定后，再重新灌注C20超緩凝混凝土到設計標高。

5 施工質量評價

從清水亭西路站的施工來看，根據地勘報告和設計文件，31.94～33.94m的設計樁長顯示插入基坑底板以下的深度為14.50～17.17m之間，樁底已進入K1g－2強風化泥質粉砂巖，③－4e砂礫石層等。在施工情況理想沒有大的樁身開叉或者即使發生了個別的施工質量問題，但經過后期的補樁和旋噴樁補強處理，基坑能形成一個較為良好的封閉體系，能很好地解決基坑開挖中止水及基坑穩定的目的。

從目前開挖的部分來看，局部還是存在一定的滲透情況，減壓井抽排③－4e砂礫石層的降水始終有很大的流量，比如6號減壓井排水量始終在20～24 m3/24h，可以想見由于基坑底部已經形成局部的連通體系，以致始終有補給水源進入。為了保證周圍環境特別是基坑南側中高層住宅的安全，需要及時補水回灌，但回灌始終是有滯后性的，這說明鉆孔咬合樁的施工中，不同程度地反映了以上事故樁可能的問題。

當然從結果來看，以上事故都是在可控范圍內。清水亭西路站鉆孔咬合樁施工監理過程的啟示，那就是必須理解并嚴格執行工程質量控制過程中每一個環節，每一個工序的工作，認真做好施工過程資料的收集和對照，對過程中出現的問題及時采取可靠的應對措施加以處理，對出現的質量隱患絕不回避，確保在后期的補強中加以處理。只有這樣把過程中的工作做好了，才能保證基坑圍護結構工程整體結果良好。

6 結語

全套管鉆孔咬合樁施工工法作為地下工程圍護結構的一種新工藝，通過南京地鐵三號線清水亭西路站工程的實踐證明，樁間咬合良好、表面平順、防水效果好。除個別樁間有濕漬外，無明顯滲漏水，成樁垂直精度高，無侵限情況發生，達到了設計預期的效果，很好地實現了鉆孔咬合樁在主體結構施工中起到支護、承重、止水的三重功效。

目前全套管鉆孔咬合樁施工工法已在國內多個城市地下工程圍護結構中得到應用和推廣，相關施工機具已經實現國產化。本文正是出于對地鐵車站圍護結構的施工監理實踐，做一些有益的總結，希望為以后類似工程的施工控制，提供一些借鑒和參考。

［1］江蘇南京地質工程勘察院.南京地鐵三號線XK04標清水亭西路站巖土工程詳細勘察報告［R］.南京:江蘇南京地質工程勘察院，2011.

［2］北京城建設計研究總院有限公司.南京地鐵三號線清水亭西路站主體圍護結構施工圖［R］.北京:北京城建設計研究總院有限公司，2011.

［3］北京城建設計研究總院GB50157―2003地鐵設計規范［S］.北京:中國計劃出版社，2003.

［4］中華人民共和國住房和城鄉建設部.YB 9258―97建筑基坑工程技術規范［S］.北京:中華人民共和國住房和城鄉建設部，1997.

［5］國家質量監督檢驗檢疫總局.GB 50204―2002混凝土結構工程施工質量驗收規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2002.

［6］北京市城鄉建設委員會.GB 50299—1999地下鐵道工程施工及驗收規范［S］.北京:中國計劃出版社，2003.