基坑支護工程中旋挖軟切割法咬合樁的應用

洪明堅

(深圳市工勘巖土集團有限公司　深圳　518063)

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基坑支護工程中旋挖軟切割法咬合樁的應用

洪明堅

(深圳市工勘巖土集團有限公司深圳518063)

通過對深基坑支護工程中采用旋挖成孔軟切割法施工咬合樁工藝的研究，結合工程實例詳細介紹了旋挖機的套管驅動系統，軟切割法的施工工藝和原理，對其實際施工效果進行評價。實踐證明，旋挖成孔硬切軟法施工咬合樁工藝是合理可行的，該工藝具有良好的社會和經濟效益，施工工效高，成樁質量良好，文明施工良好，適用于多種地層咬合樁成孔施工，具有廣闊的應用前景。

咬合樁；旋挖咬合樁；軟切割法；全護筒鉆進；基坑支護

0　引言

咬合樁是近年來常用的一種新型圍護結構，隨著我國經濟的高速發展和城市建設的需要，被廣泛用于深基坑支護工程中[1]。鉆孔咬合樁垂直度高，各樁間止水效果好，成孔時可做到無泥漿作業；易于文明施工、控制樁身質量、保證安全，減少對周邊環境的影響，具有良好的社會經濟效益[2]。

傳統的咬合樁采用套管鉆機施工，但其有自身的局限性：全套管鉆機設備體積大，施工需要有較大場地，工程邊界到邊樁中心的距離要求較大，在建筑工程中不利于地下空間的充分利用；受到全套管鉆機設備扭矩的限制，在堅硬地層中套管難以下壓跟進，使得咬合樁在傳統施工工藝條件下無法在這類土層中施工[3]。

旋挖成孔作為一種高效的鉆進方法，在國內外各個領域都得到了普遍使用[4]。隨著基坑支護技術的發展，圍護結構對支護樁的樁徑、樁身進入堅硬土層的要求越來越多；同時，隨著在城市市區中的工程建設對于文明施工的要求越來越高，采用全護筒跟進的旋挖成孔軟切割工藝施工咬合樁的工藝成為一種合理可行的選擇。這一工藝近年來逐漸成熟，也不斷拓寬了咬合樁的適用范圍[5]。

本文結合工程實例，對深基坑支護工程中采用旋挖成孔軟切割法施工咬合樁工藝進行了詳細介紹，并對實際的開挖效果進行了評價。

1　工程概況

擬建項目規劃塔樓43層，高度190m，裙房35m，懸挑群房49m，共5層地下室。基坑深度約為21.65m～24.05m之間，基坑周長約508.8m，基坑平面布置詳見圖1。

工程場地位于深圳市福田區，周邊環境復雜。場地北側為福中三路，隔福中三路為黃埔雅苑二期；東側為鵬程一路；南側為廣電大廈已建28層一期塔樓，其為兩層地下室；西側為新洲路，對基坑沉降變形要求嚴格。

2　地質概況

場地內分布的地層為人工填土層、第四系全新統沖洪積層、第四系全新統坡洪積層、第四系上更新統沖洪積層、第四系殘積層，下伏基巖為燕山期粗粒花崗巖。

場地地下水穩定水位埋深4.50～6.30m。

3　設計概況

基坑設計安全等級為一級，基坑支護的安全使用期限為2年，其中支護樁按照永久結構考慮。基坑采用鉆孔咬合樁加三道內支撐的支護形式。

支護咬合樁樁徑1.2m，間距2.0m，嵌固深度6m或嵌固深度為進入中風化2m；素混凝土樁(A樁)和鋼筋混凝土樁(B樁)交錯搭接。

其中，A樁為超緩凝混凝土，混凝土緩凝時間≥60h，坍落度為18～20cm，混凝土的3d五強度R3d不大于3MPa。

A樁混凝土強度C15，B樁混凝土強度C25。孔底沉渣厚度不大于100mm。咬合樁不能有嚴重漏水或滲水現象。

根據設計要求，咬合樁需要進入堅硬土層，局部需要進入中～微風化花崗巖。采用傳統全套管鉆機施工咬合樁受到機械扭矩的限制難以施工，只能采用旋挖機來施工咬合樁，施工時選擇軟切割工藝。

典型剖面如圖2所示。

4　旋挖機護筒驅動系統

4.1旋挖機性能

根據現場實際情況，施工時選用德國寶峨BG30旋挖機進行施工。其主要性能參數如表1所示。

表1　寶峨BG30旋挖機性能參數

4.2護筒驅動器

旋挖機能夠實現護筒跟進工藝是靠KDK動力頭和驅動器實現的。

德國寶峨BG系列旋挖鉆機KDK動力頭配置有萬向接頭，可用于聯結護筒驅動器，直接驅動護筒進行全套管施工。利用鉆機動力頭的動力輸出，主桅桿前的兩個油缸可以控制護筒驅動器的提升與下壓(見圖3所示)。

護筒驅動器的作用是將扭矩和加壓力傳遞給套筒及筒靴。通過動力頭與驅動盤、連接盤、套管驅動器及套管、筒靴連接，將扭矩及加壓力傳遞給套管、筒靴，邊旋轉邊下壓鉆入地層，套管鉆入與鉆機取土交替進行，降低了埋設套管阻力。護筒驅動器上部通過銷軸與連接盤連接，下部與套管連接。護筒驅動器直徑需與套筒直徑相符；護筒驅動器下部有定位凹槽及止口，便于與套管連接(見圖4所示)。

動力頭驅動器下套管是利用動力頭反正轉搓動和加壓油缸加壓使護筒切入土中。操作方便，并能確保護筒埋置夯實性，縮短挖坑埋置時間，提高成孔效率。

4.3套管及其附屬配件

(1)套管

套管(如圖5所示)上端通過銷軸可與護筒驅動器或套管連接，套管下端可與筒靴或套管連接。套管具有防護支撐及導向作用。

(2)管靴

管靴(如圖6所示)前端鑲嵌合金鉆齒，通過旋轉及向下加壓，環切各類地層及巖石，減緩埋設套管阻力，提升套管鉆入能力。

5　旋挖軟切割法施工咬合樁工藝

5.1工藝原理

咬合樁施工時，先施工素樁，后施工葷樁，素樁采用超緩凝混凝土，在素樁混凝土初凝前全套管跟進進行葷樁的成孔作業。葷樁成孔時切割相鄰素樁相交部分的混凝土，從而實現咬合。

旋挖軟切割法施工咬合樁工藝的基本原理是旋挖成孔時利用上文中的套管驅動系統，實現套管跟進，達到軟切割素樁混凝土的效果[6]。

旋挖成孔時護筒驅動器下設護筒至預定深度，測定和保證護筒的垂直度在允許范圍內，然后在利用鉆頭在筒內取土，可以實現干作業成孔。遇土質較硬的地層護筒不能一次下到位時，可采用邊拼接、邊取土、邊跟進護筒的方法，直至將護筒下設到土質穩定或巖層的頂面[7,8]。

在鉆至設計標高后，用旋挖鉆具清除孔底浮土，然后放入鋼筋籠，進行混凝土澆注。

5.2導墻施工

導墻對咬合樁起到控制定位、控制咬合樁的咬合間距，穩定機座提高施工效率的作用，咬合樁施工前必須先施工導墻。

咬合樁樁徑為1.2m，為保證護筒順利鉆進，導墻設置間距為1.24m。導墻施工前先對導槽下方進行清障，并用素土分層碾壓回填密實。導墻模板采用鋼模。

導墻混凝土采用C30商品混凝土，混凝土強度達到設計強度的70%以上時方可上機。

5.3單樁施工流程

旋挖軟切割法施工咬合樁工藝流程見圖7所示。

5.4套管鉆進工藝

套管跟進工藝如圖8所示。

套管鉆進工藝流程如下：

(1)首先檢查驅動器連接器與鉆機動力頭連接是否牢固并正確連接。選擇合適鉆具，與旋挖鉆桿連接。

(2)管靴與第一節套管用螺栓連接，要求全扣旋入，做到牢固，不退扣。

第一節套管底部裝有管靴及呈環狀排列的切削齒，以使套管能夠較快的切削至密實、堅硬地層中。

(3)用吊機將第一節護筒吊至鉆機工作回轉半徑內(套管靴向下)，并盡量保持垂直，以利于驅動器與護筒的連接。

(4)操作鉆機，將驅動器由上方套入套管，微旋動力頭并調整鉆機角度，驅動器接頭下端面與套管公接頭承壓的端面重合為止，再次微旋動力頭，將驅動器接頭的4個鎖銷順時針旋入護筒公接頭的圓錐孔內，并保證為鎖閉狀態。

(5)利用驅動器將套管壓入孔位，如圖9所示。

壓入雙臂套管前，檢測和調整套管的垂直度。在套管壓入地面數米后，對護筒的垂直度再次進行校驗。

(6)采用接銷連接第一、二節套管，繼續進行孔內掏土。

(7)套管鉆進與孔內掏土交替進行，每次確保孔口露出的套管長度盡可能不超過2m，根據套管長度合理選擇孔內掏土每輪次的鉆進深度。

6　工藝效果評價

采用旋挖軟切割法施工咬合樁工藝，通過實踐證明，取得了良好的施工效果。

(1)鉆孔速度快，工效高

BG設備通過全液壓傳動，扭矩、驅動力及提升能力大大提高，鉆孔速度快，本項目采用套管直徑1.2m，下放護筒深度22m，護筒鉆進與孔內掏土單樁用時約2.5h。

(2)鉆孔能力強、鉆孔質量好

該設備有電腦自動控制，鉆進過程中一些施工參數如轉速、鉆進壓力、深度等有電腦顯示，可有效的控制成樁的垂直度、防止超挖和欠挖。采用全程鋼套跟進還可以避免縮徑等樁身質量缺陷，切實解決了復雜地層護壁難的問題，鉆孔質量好。

(3)鉆孔不需泥漿、孔底無沉渣，施工場地整潔

與正、反循環不同，旋挖鉆機自帶取土器取土，不需泥漿循環攜帶沉渣，造孔泥漿少，僅為正、反循環鉆機所需泥漿量的1/20～1/10，特別是針對嵌巖樁孔底無浮渣；采用全程鋼套筒后，鉆孔不需泥漿，故而樁周無泥皮，且孔底無沉渣，有利于保證設計樁基承載力；同時，由于無泥漿，取出的渣土能及時運出現場，施工場地整潔，易于現場文明施工。

(4)樁身質量有保證

采用全程護筒跟進成孔，孔底無沉渣；根據低應變及高應變檢測結果，采用全程護筒跟進鉆孔的施工工藝，樁身完整性好，單樁承載力高于常規鉆進(泥漿護壁)成樁條件下的單樁承載力。

旋挖軟切割法咬合樁在基坑開挖后的表觀質量由圖10所示。

(5)施工機具適用地層廣

施工時利用旋挖鉆機護筒驅動器進行壓、拔護筒，護筒長短不一(鉆機需配備護筒：7.0m長2根、3m長3～5根、2m長2～4根、1.5m長2～4根、1m長2～4根、0.5m長2根、與護筒連接的接口2個)，根據地層基巖面深度的不同，可配出不同的長度；護筒接口處為外平連接，內螺栓固定。BG鉆機配有短螺旋、

嵌巖鉆、旋挖鉆、嵌巖旋挖鉆等多種鉆具，能針對不同的地層條件選用不同的鉆具進行從護筒內取土，最終滿足樁端入巖的要求。

7　結語

旋挖鉆配合不同的鉆具，適合各種土層鉆進施工，旋挖機驅動全護筒鉆進施工較之于采用振動或液壓方式壓入鋼護筒護壁施工，成本更低，減少工序交叉，提高施工效率。該工藝有以下優點：

(1)對周邊建筑物基礎擾動小，無泥漿排放，不污染環境；

(2)適用于淤泥層、流砂層、填土層等復雜地層；

(3)不存在泥漿護壁產生的泥皮及孔底沉渣對樁的承載力側摩阻力影響；

(4)混凝土灌注中避免了灌注樁可能產生的塌孔、縮頸、泥漿侵入斷樁等問題。

采用旋挖軟切割施工咬合樁工藝具有良好的施工效果及經濟效益，適用地層廣，值得其它項目借鑒。

[1]劉國彬，王衛東.基坑工程手冊[M].北京：中國建筑工業出版社,2009.

[2]楊引娥.全套管旋挖鉆進技術及其應用[J].探礦工程,2009,36(12):39-42.

[3]王召磊，吳旭君，彭帥，等.旋挖咬合灌注樁在基坑支護工程中的應用[J].巖土工程學報,2013,35(Supp.2):1192-1195.

[4]楊志銀，付文光，吳旭君，等.深圳地區基坑工程發展歷程及現狀概述[J].巖石力學與工程學報,2013,32(Supp.1):2730-2745.

[5]趙偉，吳旭君，王召磊，等.旋挖灌注樁在(深圳)沿海地區復雜地層中的應用[J].巖土工程學報,2013,35(Supp.2):1196-1199.

[6]田川江，高元.利用旋挖機施工咬合樁替代現行基坑圍護樁的設想[J]公路.2011,7:35-39.

[7]黎中銀，王宏偉，王三文，等.旋挖鉆機與鉆孔咬合樁施工工法[J]建筑機械.2006,278(5):44-47.

[8]黎中銀，王宏偉，王三文，等.旋挖鉆機與鉆孔咬合樁施工工法[J].建筑機械,2006,278(5):44-47.

Application of occlusive pile using rotary drilling rig soft-cutting method in deep excavation engineering

HONGMingjian

(Shenzhen Gongkan Geotechnical Group Co.Ltd, Shenzhen 518063)

By studying on occlusive pile using rotary drilling rig soft-cutting technology in deep excavation engineering, this paper introduces its principle and construction technology in detail based on engineering example.Also, this paper evaluates its actual construction effects.Practice has proved that this technology is reasonable and feasible and it has broad application prospects as its good social and economic benefits, that is, fast construction efficiency, good quality of pile, well civilized construction, suitable for multi-stratum.

Occlusive pile; Rotary drilling occlusive pile; Soft-cutting method; Full casing drilling; Retaining and protection of excavation

洪明堅(1986.06-)，男,助理工程師。

E-mail:geozwr@126.com

2016-03-22

TU4

A

1004-6135(2016)06-0047-05