地鐵深基坑施工全套管鉆機鉆孔咬合樁的應用

徐長生

（中鐵十八局集團公司 天津）

一、工程概況

南京地鐵三號線秣周路站為地下兩層側式車站，車站設計總長198.10 m(含配線區風道總長302.98 m)，標準寬度為20.9 m，車站北端寬30 m，南端寬22.75 m；明挖站前配線長度121.027 m，明挖站后配線長度206.477 m，站前、站后配線為明挖地下一層矩形結構。

秣周路站圍護結構為Φ1000@800套管咬合樁，插入比為1∶0.7，樁徑 1m，樁之間咬合 200 mm，樁間距為 800 mm，樁長分為27.1 m，28.1 m，28.83 m 的3種，共計鋼筋砼樁869根(簡稱B樁)，素砼樁865根(簡稱A樁)。B樁成孔后吊入鋼筋籠，然后采用C30水下混凝土灌注成樁，A樁采用C20超緩凝混凝土灌注成樁。

二、鉆孔咬合樁作為圍護結構的技術優勢和效益優勢

鉆孔咬合樁由我國地下工程界知名專家王振信教授在國外考察時發現，并將其引進到國內推薦給深圳地鐵工程。國內首次應用深圳地鐵一期工程會購區間，由鐵道部第三勘察設計院設計，咬合樁施工由昆明捷程樁工采用自行研制的全套管鉆機承擔。如今經過大量工程實踐，鉆孔咬合樁在地鐵、道路下穿線、高層建筑物等城市構筑物的深基坑工程中已廣泛推廣，特別適用于有淤泥、流砂、地下水等富集不良的地層。

1.技術優勢

咬合樁的混凝土終凝出現在樁的咬合以后，成為無縫的連續"樁墻"，與普通鉆孔支護排樁相比，大幅度提高了支護結構的抗剪強度和安全性，具有良好的截水性能，不需普通鉆孔排樁的輔助截水及樁間擋土措施。鉆孔咬合樁與地下連續墻相比有5個優勢。

（1）配筋率相對較低，咬合樁通常采用鋼筋砼樁和素砼樁間隔布置的排列方式，大大降低了支護結構的配筋率。

（2）施工更加靈活，鉆孔咬合樁適用于施工一些平面多變的幾何圖形或呈各種弧形的基坑，譬如明挖施工的站前配線弧度大，彎折比較多，更適合采用鉆孔咬合樁工藝。

（3）采用全套管鉆機，在施工過程中，始終有超前套管護壁，所以無需泥漿護壁，從而節約了泥漿制作、使用和廢漿處理的費用，在當今地鐵工程中保證文明施工的要求下更適合。

（4）擴孔系數較小，因為在施工過程中始終有鋼套管護壁，完全避免了孔壁坍塌，從而減少了擴孔系數，控制混凝土虧方。

（5）鉆孔咬合樁特別適用于城市建筑物密集區，可降低工程造價，提高施工速度，切實保證支護結構質量。

2.經濟效益

鉆孔咬合樁垂直度高、外形標準、防滲能力強、無需泥漿護壁、擴孔系數小、配筋率低、在穿過軟弱、富水地層時無需增加其它輔助措施、施工速度快、造價相對較低、具有良好的經濟效益。鉆孔咬合樁與人工挖孔樁、地下連續墻、鉆孔密排樁等的經濟效益比較表1。

表1 鉆孔咬合樁與其他密排樁經濟效益比較

三、鉆孔咬合樁施工技術

1.工藝原理

鉆孔咬合樁是采用全套管鉆機施工，在樁與樁之間形成相互咬合排列的一種基坑支護結構（圖1），為了便于切割，樁的排列方式一般為一條素砼樁（A樁）和一條鋼筋砼樁（B樁）間隔布置，施工時先施工A樁后施工B樁，A樁采用超緩凝砼，要求必須在A樁砼初凝之前完成B樁的施工。B樁施工時采用全套管鉆機切割掉相鄰A樁相交的砼，實現咬合。

2.施工操作要點

圖1 鉆孔咬合樁平面示意圖

（ 1） 導墻的施工。為了提高鉆孔咬合樁孔口的定位精度并提高就位效率，應在樁頂上部施工砼導墻，在溝槽施工前，弄清地下管線位置，確保地下管線遷改完畢后再施工溝槽，然后在精確測放樁位后支設整體式鋼模，導墻預留定位孔直徑為管套直徑放大4 cm，這是鉆孔咬合樁施工的第一步。

（2）單樁施工工藝流程。鉆機就位。等導墻有足夠的強度后，移動套管鉆機，使套管鉆機抱管器中心對應定位在導墻孔位中心。

取土成孔。先壓入第一節套管（每節套管長度約6～8 m），壓入深度約2.5～3 m，然后用抓斗從套管內取土，邊取土邊下壓套管，保持套管底口超前于取土面且深度≥2.5 m；第一節套管全部壓入土中后檢測成孔垂直度，如不合格則進行糾偏調整，如合格則安裝第二節套管下壓取土，直到設計孔底設計標高；

吊放鋼筋籠。如為鋼筋砼樁，成孔檢查合格后安放鋼筋籠，采用1臺50 t自行式履帶吊配合鋼筋籠下放，在鋼筋籠底部焊接一塊砼圓板，作為混凝土澆筑中抗浮板使用。

安放混凝土導管。在鋼筋籠吊放完畢后，將直徑為250 mm的導管按節吊入套管內，然后每節拼裝后與料斗連接好，確保導管長度足夠，保證導管底離孔底≤2 m；

（3）排樁的施工工藝流程。總的原則是先施工A樁，后施工B 樁，施工工藝流程：A1-A2-B1-A3-B2-A4-B3……An-Bn-1。

3.施工控制要點

（1）孔口定位誤差的控制。為保證鉆孔咬合樁底部有足夠的咬合量，應對其孔口的定位誤差進行嚴格的控制，孔口的定位誤差的允許值可按下表來進行選擇。表2中孔口的定位誤差允許值單位以mm計。

表2 孔口的定位誤差允許值 mm

為有效孔口定位精度，應在咬合樁頂設置砼或鋼筋砼導墻，導墻上定位孔的直徑宜比樁徑大20 mm。樁機就位后，將第一節套管插入定位孔并進行檢查調整，使套管周圍與定位孔之間保持均勻。

（2）樁的垂直度的控制。為保證鉆孔咬合樁底部有足夠的咬合量，除對其孔口的定位誤差進行嚴格的控制外，還要對其垂直度進行嚴格的控制，根據我國《地下鐵道工程施工就驗收規范》規定，樁的垂直度標準為3‰。

（3）成孔垂直度的控制。套管的順直度檢查和校正，鉆孔咬合樁施工前在平整地面上進行套管的順直度檢查和校正，首先檢查和校正單節套管的順直度，然后將按照樁長配置的套管全部連接起來，套管的順直度偏差控制在1‰～2‰。

成孔過程中樁的垂直度監測和檢查。①地面監測。在地面選擇兩個相互垂直的方向采用線錘監測地面以上部分套管的垂直度，發現偏差隨時糾正。這項檢測在每根樁的成孔過程中應自始自終堅持，不能中斷。②孔內檢查。每節套管壓完后安裝下一節套管之前，都要停下來用"測環"或"線錘"進行孔內垂直度檢查，不合格時要進行糾偏，直至合格后才能進行下一節套管施工。

糾偏。成孔過程中如發現垂直度偏差過大，必須及時進行糾偏調整，糾偏的常用方法有3種。①利用鉆機油缸進行糾偏：如果偏差不大于或套管入土不深于5 m，可直接利用鉆機的2個頂升油缸和2個推拉油缸調節套管的垂直度，即可達到糾偏的目的。②A樁的糾偏：如果A樁在入土5 m以下發生較大的偏移，可先利用鉆機油缸直接糾偏，如達不到要求，可向套管內填砂或粘土，一邊填土一邊拔起套管，直至將套管提升到上一次檢查合格的地方，然后調直套管，檢查其垂直度合格后在重新下壓。③B樁的糾偏：B樁的糾偏方法和A樁基本相同，其不同之處是不能向套管內填砂或粘土而應填入與A樁相同的砼，否則有可能在樁間留下土夾層，從而影響排樁的止水效果。

（4）分段施工接頭的處理方法。南京地鐵3號線TA17標秣周路站圍護結構總計1734根樁，1臺鉆機無法滿足工程進度，需要多臺鉆機分段施工，為了保證施工進度，秣周路站進駐了5臺鉆機共同作業，5臺鉆機分段施工，這就存在了與先施工段的接頭問題。采用砂樁是一個比較好的方法，如圖2所示。在施工段與段的端頭設置一個砂樁，成孔后用砂灌滿，待后施工段到此時挖出砂灌上砼即可。

圖2 采用砂樁

四、超緩混凝土的質量對咬合樁施工的影響

1.A樁砼緩凝時間的確定

A樁的緩凝時間過短會造成施工相鄰B樁時套管鉆機不能按正常要求軟切割A樁，形成事故樁，所以應該通過測定單樁成樁時間后確定A樁砼緩凝時間T，T=3t+K，其中t為單樁成樁時間，K為儲備時間，一般取1t；

2.超緩凝砼塌落度

超緩凝混凝土坍落度不宜過大，否則流動性過大，在施工B樁時容易出現管涌，所以控制現場灌注的超緩凝砼的損失快一些，坍落度控制在16～18 cm；

3.超緩凝砼3 d強度值R3d≤3 MPa

超緩凝砼的3 d強度值不能過大，為了防止設備故障，外力因素等施工中不能遇見的意外情況拖延B樁成孔時間，以致于A樁砼終凝后才施工B樁，這時砼早期強度不高，使A樁咬合部分砼處理起來方便。

五、施工中事故及預防措施

1.如何克服管涌

在B樁成孔過程中，A樁混凝土還未凝固，還處于流動狀態，A樁砼有可能從A、B相交處涌入B樁孔內，從而形成管涌，預防管涌可采用3種方法處理。

（1）A樁混凝土的坍落度應盡量小些，不宜超過18 cm，以便于降低混凝土的流動性。

（2）套管底口應始終保持超前離開砼面一定距離，以防止造成一段“瓶頸”，阻止混凝土的流動，如果鉆機能力許可，這個距離應≥2.5 m。

（3）如有必要(如遇地下障礙物套管底無法超前時)可向套管內注入一定量的水，使其保持一定的反壓力來平衡A樁混凝土的壓力，阻止管涌的發生。

2.克服鋼筋籠上浮的方法

由于套管內壁與鋼筋籠外緣之間的空隙較小，因此在上拔套管的時候，鋼筋籠將有可能被套管帶著一起提升，形成鋼筋籠上浮，預防措施：B樁混凝土的骨料粒徑盡量≤20 mm；在鋼筋籠底部焊接一個比鋼筋籠直徑略小的砼板以增加其抗浮能力；砼灌注必須按操作規程進行。

3.事故樁的處理

在鉆孔咬合樁施工過程中，現場因A樁超緩凝混凝土質量不穩定出現早凝現象或機械設備故障等原因，造成鉆孔咬合樁的施工未能按正常要求進行而形成事故樁。事故樁的處理主要分3情況。

（1）平移樁位單側咬合。如圖3所示，B樁在成孔施工時，其一側的A1樁的砼已經凝固，使套管鉆機不能按正常要求切割A1A2樁。在這種情況下，可以采取向A2方向平移B樁樁位，使套管鉆機單側切割A2樁施工B樁，并在A1樁和B樁外側另增加一根旋噴樁進行防水處理。

圖3 平移樁位單側咬合

（2）背樁補強。如圖4所示，B1樁在成孔施工時，其兩側A1A2樁的混凝土均已凝固，在這種情況下，則放棄B1樁的施工，調整樁序繼續后面咬合樁的施工，以后在B1樁外側增加3根咬合樁及2根旋噴樁作為補強、防水處理，在基坑開挖過程中將A1和A2樁間的夾土清除噴上混凝土即可。

圖4 咬合樁背樁補強

（3）預留咬合鍥口。如圖5所示，在B1樁成孔過程中發現A1樁砼已有早凝傾向但還未完全凝固時，此時為避免繼續按正常施工造成事故樁，可及時在A1樁右側施工一砂樁以預留咬合鍥口，待調整完成后再繼續后面樁的施工。

圖5 預留咬合鍥口

六、質量情況

秣周路站于2011年7月底開始站前配線基坑開挖，到2011年10月站前配線開挖完成。基坑開挖后，樁間無滲漏水現象，圍護結構安全、穩定。經監理和業主驗收，鉆孔咬合樁的咬合質量及樁身垂直度等合格率100%。

鉆孔咬合樁因為自身的技術優勢，在地鐵深基坑圍護，建筑基坑圍護中使用越來越廣泛，但是面對新型工藝，還有許多需要去總結去探索的東西，確保鉆孔咬合樁圍護結構施工的質量。