鉆孔咬合樁在深基坑圍護中的應用

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1 工程實例

1.1 工程概況

新建蘭州局調度樓地處蘭州市城關區民主路與和政路交叉口西南處，位于蘭州鐵路局大院東院內。工程地基埋深約14.45 m，基坑南北長78.30 m，東西最寬處44.90 m，最窄處24.90 m，基坑周長約250.20 m，面積約3 520 m2。

1.2 基坑周邊條件

新建蘭州局調度樓東側緊鄰和政路，且距和政路主路僅12.80 m，西側距鐵路局辦公樓北樓4.15 m，北面距金輪大廈4 m，南面距蘭鐵電視臺4 m（圖1）。

圖1 基坑支護平面示意

1.3 工程地質水文概況

場地在勘察深度內的地層主要由第四系全新統人工填土層、黃土狀粉土層、卵石層和新近系上新統砂巖、泥巖層等構成。該場地地下水為潛水，場地內主要含水層為卵石層，泥巖、砂巖層為隔水層，在勘察期間（6～7月），場地地下水埋深1.00～4.00 m，水位高程1 517.00～1 515.00 m，主要受大氣降水補給，場地地下水位季節性變化幅度0.50～1.00 m。

1.4 圍護結構設計

本工程的圍護結構初始設計為鉆孔灌注樁+止水帷幕的支護方案，根據現場地質勘探情況，場地地下水為層間滯水，主要含水層在卵石層、巖層，由于本工程3面鄰近建筑物，一面鄰近城市主干道，施工場地十分有限，為合理有效地利用現場空間，采用鉆孔咬合樁阻水兼作基坑支護結構、基坑內井點降水的降阻結合的支護形式。不僅解決了施工現場狹小、多工種作業“打架”的問題，還有效地解決了降水、阻水的問題，為基坑開挖及整體工期的完成創造了有利的條件。

最終本基坑鉆孔咬合灌注樁設計樁長17.45 m，嵌固深度5.50 m，采用C35混凝土，樁徑1 000 mm；素混凝土樁設計樁長13.95 m，嵌固深度2.00 m，采用C20超緩凝混凝土。護坡樁共計342根，樁心距750 mm，最小咬合尺寸250 mm。

1.5 鉆孔咬合樁施工工藝

鉆孔咬合樁在設計施工上連續排列，但相間樁分A型樁和B型樁，A型樁為無鋼筋籠的素樁，B型樁為有鋼筋籠的混凝土樁，先施工2根A型樁，再施工中間的B型樁，如圖2所示，施工順序為A1→A2→B1→A3→B2→A4→B3。

圖2 鉆孔咬合樁工序示意

在施工中，必須在A型樁混凝土初凝之前完成B型樁的施工，因此要求A型樁使用緩凝或者超緩凝混凝土，并且A型樁與B型樁的施工速度都要盡量快，以達到2種樁的有效咬合[1]。

1.6 工程重點、難點

1）根據本工程的地質情況，圍護樁樁身較長，且所處地層地質條件較為復雜，樁身成孔需穿過厚約8 m的卵石層及進入巖層近10 m，大大增加了鉆孔咬合樁成孔和樁身垂直度控制的難度。

2）由于工程地處蘭州市中心地帶，鄰近鐵路局辦公樓及居民區，鉆孔咬合樁施工期間因擾民造成無法連續成孔，鄰近素樁由于早凝而導致后施工的圍護樁成孔難度大，以及為滿足工期要求而進行的分段施工過程中，砂樁與素樁咬合形成的冷縫不能夠充分咬合，導致在基坑開挖過程中咬合樁發生滲漏水。

2 鉆孔咬合樁常見問題的處理措施

2.1 鉆孔咬合樁樁位、成孔及垂直度控制

2.1.1 樁位放樣

場地平整后，專業測量人員根據結構線及坐標，采用全站儀確定出鉆孔樁的控制樁及軸線，樁位測量偏差不得大于10 mm，用木樁定位。基準點應妥善保護，防止在施工過程中遭到移位或破壞。同時，施工測量人員必須對控制樁進行定期復核。

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2.1.2 單樁護樁放樣與護樁埋設

沿樁中心呈十字形引出4個樁位點用來控制樁位，單樁護樁采用木樁（3 cm×3 cm），樁頂釘釘，高度80 cm，埋入地下45 cm，并用砂漿或素混凝土保護（圖3）。

圖3 樁位放樣示意

2.1.3 鉆孔咬合樁成孔及垂直度的控制

由于本工程場地狹小，且工期任務重，我們采用的是SR系列旋挖鉆機（泥漿護壁）成孔，利用鉆機的調平系統，可自動保證垂直度在0.30%以內。鉆孔樁成孔后應立即進行清孔，清孔后的沉渣厚度不得大于50 mm。樁混凝土澆筑完畢并初凝后立即對上部空孔進行回填及防護，以保證樁身設計強度及施工安全。

旋挖鉆孔時為保證鉆孔垂直度，減小擴孔率，我們采取了減壓鉆進的辦法，鉆頭（包含配重）在泥漿中的質量只能有70%，在不同的地層采用不同的轉速，并盡量采用大排量的泥漿循環，增大孔內泥漿流速，保持泥漿面始終不低于護筒頂下0.50 m，鉆進過程中隨時檢測垂直度，并隨時調整。

施工過程中應注意以下事項[2,3]：

1）鉆孔過程中根據地質情況控制進尺速度： 在黃土層時，可適當加快鉆進速度；在卵石層及巖層時，則減慢鉆頭鉆進速度，直至達到設計深度。

2）施工過程中如發現地質情況與原鉆探資料不符，應立即通知設計、監理等單位及時處理。

3）鉆進成孔過程中，應經常撈取鉆渣，觀察土層的變化，以及時調整泥漿的稠度，確定是否增加或減少轉速，在巖土層變化處均撈取渣樣，判斷土層情況，并記入鉆孔記錄表中。

4）鉆進過程中要經常檢查鉆桿的垂直度，確保孔壁垂直。必須控制鉆頭在孔內的升降速度，防止因漿液對孔壁的沖刷及負壓而導致孔壁塌方。在進入砂層和卵石層時，應適當減慢進尺速度，提高泥漿的稠度，減少每個鉆進回次的進尺量，保持孔壁穩定。

5）鉆孔樁成孔后應立即進行清孔，清孔后的沉渣厚度不得大于50 mm。清孔采用換漿法施工，即鉆孔完成后，提起鉆錐至距孔底約20 cm，繼續旋轉，然后以相對密度較低的泥漿壓入，逐步把鉆孔內懸浮的鉆渣和泥漿換出，換至孔內泥漿的相對密度低于1.2為止。嚴禁采用加深鉆孔深度的方法來代替清孔作業。

2.2 超緩凝混凝土的施工質量控制

根據鉆孔咬合樁施工工藝，樁的排列方式設計為1根素混凝土樁（A樁）和1根鋼筋混凝土樁（B樁）間隔布置，施工時先施工A樁，后施工B樁，A樁混凝土采用超緩凝混凝土，要求必須在A樁混凝土初凝前完成B樁施工。要確保樁與樁之間的咬合，必須在確保混凝土強度的前提下，嚴格控制A樁超緩凝混凝土的初凝時間，防止混凝土早凝后出現不能咬合或咬合困難的現象。參照其他鉆孔咬合樁工程施工經驗，初步控制A樁初凝時間為60 h，施工中根據現場情況再進行調整。

由于在施工B樁時需要切割相鄰A樁，為保證切割的順利進行且防止由于兩邊混凝土強度的不同造成B樁施工垂直度無法控制，因此要求在進行B樁施工時，A樁混凝土3 d抗壓強度≤3 MPa。

另外，在本工程實際施工過程中，混凝土的使用采取了嚴格的檢查制度和監控措施，每車混凝土均取1組試件，監測其緩凝時間及坍落度損失情況，直至該樁兩側的B樁全部完成為止。

2.3 分段施工節點及冷縫的處理措施

本基坑工程圍護結構全部采用鉆孔咬合樁，為保證工程進度，現場配備2臺旋挖鉆機進行分段施工，為處理好施工段的接頭，常用辦法是在施工段的端頭設置1根砂樁（成孔后用砂灌滿），之后施工段施工時挖出砂并澆筑混凝土即可。

由于本工程地處蘭州市中心地帶，交通擁堵，混凝土供應不及時且受施工時間的限制，以及機械設備故障等原因，砂樁施工處不可避免地產生施工縫，開挖后會出現滲水現象，因此在施工過程中，我們采取在基坑開挖前所施工的砂樁接縫外側另增加1～2根旋噴樁作為防水處理的措施，以確保樁間的整體止水效果[4-6]。

2.4 局部堵水、堵漏的處理措施

在鉆孔咬合樁施工過程中，我們著重控制了成樁質量，使其“咬合”良好，確保了樁間的整體止水效果，因此沒有出現樁間漏水現象。但是在基坑開挖過程中，錨桿施工穿過了紅線，破壞了止水結構，出現了局部漏水情況（在錨桿成孔未注漿前），我們首先在細小出水點處安插了導水管，然后迅速進行錨噴施工，并在錨噴施工所用水泥中添加適量速凝劑。

在漏水量較大的孔洞處，除安插導水管外，還將一定濃度的水玻璃和水泥漿定量、定壓注入滲漏通道中，水玻璃與水泥漿的混合液快速凝結成漿，使巖土層的空隙或孔隙間充滿漿液并固化，迅速封住滲漏通道，取得了很好的效果。

3 基坑監測數據分析

3.1 測點布置

鐵路局調度樓測斜管總共埋設10孔，監測10孔；地表沉降點累計埋設45個，監測45個，支撐力柱總共8個，監測8個；樁頂水平與垂直位移監測點總共設置12個，監測12個；混凝土支撐軸力計總共安裝16個，監測16個。

3.2 監測成果分析

目前，鐵路局調度樓基坑已經開挖完成，其基坑監測頻率為7 d一次，其中，地表最大沉降為-9.50 mm，變形速率為0.10 mm/d；建筑物最大沉降為-7.20 mm；樁頂最大垂直位移為-5.20 mm，變形速率為0.10 mm/d；支撐軸力最大為3 148.52 kN，變化速率為6.62 kN/d；樁頂最大水平位移為4.20 mm，變形速率為0.10 mm/d。由以上監測數據可知，本工程基坑支護結構變形較小，周邊環境幾乎沒有受到影響，監測數據正常，均在允許沉降范圍內，滿足設計和規范要求。

4 鉆孔咬合樁施工質量及基坑支護效果

本工程采用了鉆孔咬合樁阻水兼作基坑支護結構、基坑內井點降水的降阻結合的支護形式，同時根據地層情況及工期要求，采用旋挖鉆機進行施工，先進行素樁施工，再進行支護樁施工，隨后施工1道混凝土內支撐梁，在其強度達到設計強度的80%后，開始采用機械進行基坑土方開挖，邊開挖邊采用集水井疏干卵石含水層中儲存的地下水。

本工程施工鉆孔咬合樁共計342根，其中A樁171根，B樁171根。施工完成后進行樁身混凝土抽芯檢測，其中A樁15根，B樁20根，結果全部合格。基坑土石方開挖后觀察顯示，樁外觀質量良好，樁間咬合效果良好，沒有出現任何明顯的滲水及漏水現象，而且根據監測報告的反饋來看，開挖后支護樁變形小于20 mm，周邊建筑物沉降小于10 mm，周邊道路沉降小于12 mm，均滿足設計要求，達到了施工預期效果[7-9]。

5 結語

在施工過程中，嚴格按設計要求控制旋挖咬合樁樁位與垂直度，是確保樁足夠咬合和止水效果的關鍵。通過本工程實踐證明，鉆孔咬合樁這種阻水兼作圍護結構的施工工法是切實可行的，其具有傳統咬合樁工法的所有優點，且施工速度快，占用場地空間小，保證了施工質量，效果顯著。