復雜地質及周邊受限條件下的咬合樁嵌巖施工技術

許萬強

( 1.福建省巖土與環境企業工程技術研究中心; 2.福建永強巖土股份有限公司 福建龍巖 364000)

復雜地質及周邊受限條件下的咬合樁嵌巖施工技術

許萬強1，2

( 1.福建省巖土與環境企業工程技術研究中心; 2.福建永強巖土股份有限公司 福建龍巖 364000)

結合某基坑支護工程采用雙回轉套管鉆機施工咬合樁結合潛孔錘嵌巖的工程經驗，解決了舊城區基坑緊鄰舊民居房屋，場地地質復雜的咬合樁嵌巖施工難題，介紹了咬合樁嵌巖施工技術。

咬合樁；雙回轉套管鉆機；嵌巖；潛孔錘

0 引言

咬合樁是指平面布置的排樁間相鄰樁相互咬合(樁周圍相嵌)而成的鋼筋砼樁墻，可用作建(構)筑物的深基坑支護結構，實現擋土止水的目的[1]。

咬合樁遇到堅硬巖層時的常見解決方法主要有：①設法加大鉆機的動力、扭矩；②在鉆具上下功夫，采用滾刀鉆頭、牙輪鉆頭；③改變施工方法，如改用沖擊鉆進。

本文結合工程案例，介紹了在高強度巖石地質條件及舊城區復雜環境條件下咬合樁結合潛孔錘嵌巖施工技術。

1 工程概況

1.1 工程簡況

某基坑支護工程位于縣城東街南側，地處老城區中心，地質情況復雜，基坑緊鄰多層舊民居房屋，均采用柱下獨立基礎或毛石基礎等淺基礎，持力層為中砂層，舊建筑與地下室基坑開挖邊線最小距離僅5m，基坑平面如圖1所示。基坑開挖面積8 982m2，基坑周長380m，為兩層地下室，開挖深度10.0m～11.4m。

圖1 基坑平面圖

1.2 地質概況

場地主要土層分布如下：雜填土、粉質粘土、中砂、卵石、全風化花崗巖、砂礫狀強風化花崗巖、碎塊狀強風化花崗巖、中風化花崗巖。典型地質剖面如圖2所示。

圖2 典型地質剖面

該場地卵石粒徑大于20mm的顆粒占50%，一般粒徑在5cm～15cm之間，少量大于20cm，質地堅硬。花崗巖強度大，巖石單軸飽和抗壓最大值大于120MPa，基巖面起伏較大，甚至局部基巖面裸露地表，開孔即遇基巖。

1.3 工程難點

該工程主要難點為：①場地均分布中砂及深厚卵石層，鉆進容易出現塌孔問題；②地下水位較坑底高出近10m，坑側的中砂、卵石層透水性強，在高水位條件下易引起流砂、管涌，從而導致基坑失穩；③支護樁需嵌入中風化花崗巖，最大嵌巖深度為2m，嵌巖效率難保障；④場地緊鄰舊房屋，對振動、噪音、變形敏感。

2 施工方案比選

原設計方案采用“Φ800@1 200mm旋挖鉆孔樁+圓形內支撐+二重管旋噴截水樁”支護形式。經現場試樁，發現旋挖樁鉆進中風化花崗巖極其困難、成本昂貴、施工工期長、施工效果欠佳。如果改用沖孔方法嵌巖，沖孔嵌巖過程對鄰近多層舊民居房屋的振動、變形及噪音擾民等影響難以控制，如果處理不好，可能導致工程停工，且成孔質量難以保證。

經反復討論，決定改用雙回轉套管鉆機結合潛孔錘技術進行嵌巖，潛孔錘嵌巖具有速度快、振動小、無泥漿污染等特點。采用套管跟進的雙回轉套管鉆機，可以完全解決孔壁支護問題，特別是可以解決中砂層及深厚礫卵石層的塌孔問題，避免地面沉降對相鄰建筑的影響，并且潛孔錘嵌巖的費用明顯低于旋挖樁嵌巖費用。

在試成孔過程中發現旋噴樁在卵石層施工困難，無法形成有效的止水帷幕，經多方討論，進行技術及經濟比較分析，決定將旋噴樁止水改為咬合樁止水。由砂漿樁與鋼筋混凝土樁咬合而成，樁徑均為800mm，間距為1 200mm，砂漿樁的樁長為8.0m～10m，主要作用是截滲；鋼筋混凝土樁主要由穩定要求控制，樁長為13.0m～16.0m。

由于雙回旋套管鉆機具有切割穿透能力強，且土層鉆進與鋼管護壁同步進行對周邊環境影響極小等優點，加上場地位于老城區，周邊環境對變形、振動、污染控制要求高，且地質條件復雜，樁身垂直度必須滿足5‰的要求，因此施工上采用雙回轉套管鉆機實現咬合樁施工工藝。

3 雙回轉套管咬合樁嵌巖施工技術及施工特點

3.1 施工工藝

雙回旋套管咬合樁采用雙回轉套管鉆機鉆孔施工，由砂漿樁與鋼筋砼樁咬合而成，即先施工砂漿樁(A)，后通過雙動力頭鉆機沉入鋼套管切割相鄰已施工的砂漿樁，施工鋼筋混凝土樁(B)，實現砂漿樁與鋼筋砼樁相互咬合的一種聯體樁墻基坑支護結構[2]。施工順序如圖3所示。

圖3 施工順序示意圖

3.1.1 A樁施工工藝

場地平整→測量放樣→雙回轉套管鉆機就位→潛孔錘嵌巖至設計標高→測量孔深、清孔→提升鉆桿，鋼管留下→澆搗砂漿→拔管成樁→樁機移位，如圖4(a)所示。

3.1.2 B樁施工工藝

施工前場地平整→測設樁位→雙回轉套管鉆機就位→套管切割A樁，潛孔錘跟管鉆進嵌巖至設計標高→測量孔深、清底→提升鉆桿，鋼管留下→吊放鋼筋籠→灌注砼→拔管成樁，如圖4(b)所示。

(a) A樁(砂漿樁)施工

(b) B樁(鋼筋混凝土樁)施工圖4 施工工藝流程圖

3.1.3 施工關鍵技術

(1)當遇到堅硬巖層或深厚礫卵石層時，為了實現嵌巖咬合，即B樁施工時采用雙回轉套管鉆機結合潛孔錘切割相鄰A樁相交部分砼及基巖至設計要求孔深，潛孔錘如圖5所示，鑿巖施工B樁示意如圖6所示。

圖5 潛孔錘

圖6 B樁鑿巖施工示意圖

(2)施工時先施工砂漿樁后施工支護樁，在砂漿樁砂漿強度達到70%后再施工相鄰支護樁，砂漿樁可添加紅粘土，起緩凝和止水作用[3]。

(3)雙回旋鉆機在嵌巖成樁過程中，慢速啟動動力頭回轉并調整壓力，下鉆前先將潛孔錘放置在孔口地面上，送氣試沖。觀察潛孔錘工作是否正常。

(4)雙回旋鉆機鉆孔產生的渣由潛孔錘排渣孔排出。為保證鋼套管較好的護壁作用，防止卡鉆、埋鉆和提高鉆進效率，在進入巖石前鉆進時，要保持潛孔錘與套管的同步跟進，并且要進行 1～2次提拔；先啟動空氣壓縮機，當氣壓達到12MPa壓力時，潛孔錘形成隨旋轉振動，開動鉆機內外動力頭進行沖鉆。為防止偏孔，開孔時要采取慢速沖擊；套管隨潛孔錘進尺而跟進至基巖面后關閉外動力頭，跟管停止，內動力頭帶潛孔錘繼續沖鉆入巖至設計孔深。

(5)成樁后雙回旋反轉拔管，若拔管有困難時，采用高頻錘輔助。若周邊環境對高頻振動有極高要求時，可采用雙套管回轉鉆機重新就位，將套管跟動力頭連接，旋轉拔出套管。

3.2 施工特點

咬合樁嵌入巖層，可大幅度提高支護的抗剪強度和安全性，同時具有良好的截水性和強維護功能，抗滲能力強。適用于各種復雜地質條件的城市地鐵、房屋建筑、市政工程的基坑支護，尤其是地下水位高的基坑支護。

此外，雙回轉套管咬合樁結合潛孔錘嵌巖由于采用全鋼套管護壁施工而且無振動，特別適用于城市建筑物密集區或老城區的基坑支護。

4 基坑開挖效果

嵌巖情況：該場地花崗巖強度最大值大于120MPa，該工藝采用潛孔錘嵌巖，工效高、效果好，如圖7所示。

圖7 嵌巖情況圖

咬合情況：咬合樁施工完成后進行土方開挖，止水效果很好，止水咬合情況如圖8所示。

圖8 止水咬合圖

基坑周圍舊民居影響：咬合樁施工及基坑開挖完成，基坑周圍舊民居建筑監測無出現裂縫、沉降等，咬合樁施工過程振動小、噪音小、無泥漿污染，沒有出現擾民引起的投訴。

基坑現場開挖情況：基坑開挖后，監測結果顯示，最大變形值小于20mm,變形小，開挖效果滿足要求，如圖9所示[4]。

圖9 現場開挖情況圖

5 結語

與旋挖樁機、沖孔樁機等其他樁工機械設備嵌巖能力相比，雙回轉套管鉆機結合潛孔錘可高效應用于堅硬的巖層鉆進，鉆進效率是普通金剛石回轉鉆進效率的5～10倍，而且鉆頭磨損小、壽命長；同時解決了嵌巖樁施工對緊鄰舊房屋的振動、沉降及變形影響[5]。

雙回轉套管鉆機結合潛孔錘用于深厚、大粒徑礫卵石層的鉆進，解決了入巖困難、市區施工噪音影響大等問題。

在地下水位高、深厚卵石層的基坑支護工程中，與沖孔灌注樁、旋挖樁等排樁結合旋噴樁止水帷幕支護方式對比，雙回轉套管咬合樁所起到排樁擋土止水效果更加顯著，而且結構剛度大、環境影響控制好、節能經濟，能滿足城市與鄉鎮綠色文明施工的要求[6]。

[1] JGJ 120-2012 建筑基坑支護技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[2] 尚月波，王體.特殊情況下咬合樁施工技術[J].低溫建筑技術，2012,34(8)：131-132.

[3] 聶宗泉，朱川鄂，孟少平，等.深基坑鉆孔咬合樁特點及關鍵施工技術[J].建筑技術，2007,38(12)：918-921.

[4] 譚現峰，朱學順，胡克幀，等.潛孔錘旋挖鉆機組合在基巖樁施工中的應用[J].探礦工程，2006，33(7)：22-23.

[5] 徐佩林，陳中華.鉆孔灌注咬合樁基坑圍護結構的施工技術[J].探礦工程，2007，34(5)：12-14.

[6] 劉家榮，王建華，王文斌，等.氣動潛孔錘鉆進技術若干問題[J].探礦工程，2010，37(5)：40-44.

The construction technology of rock-socketed secant piles under complex geological and surrounding restricted conditions

XUWanqiang1，2

(1.Geotechnical and Environmental Enterprise Engineering Technology Research Center of Fujian province; 2.Fujian Yongqiang Geotechnical Co.，Ltd,Longyan 364000)

In this paper， the experience of double-turn casing drilling rig combined with submerged hammer rock is used to solve the construction problem of socketed secant piles in complex geological and near the old residential houses of the old town， the construction technology of rock-socketed secant piles was introducted.

Secant Pile；Dual rotary casing drilling rig；Rock；DTH

許萬強(1973.10- )，男，高級工程師。

E-mail:yqytxwq@163.com

2017-05-08

TU74

A

1004-6135(2017)06-0096-04