硬法切割咬合樁在深基坑工程中的應用分析

林 剛,黃坤雄,趙 毅,郭帥帥

(浙江省地礦勘察院,浙江 杭州 310007)

硬法切割咬合樁在深基坑工程中的應用分析

林 剛,黃坤雄,趙 毅,郭帥帥

(浙江省地礦勘察院,浙江 杭州 310007)

結合杭州市中糧大悅城項目基坑工程,介紹了硬法切割咬合樁施工技術。著重對硬法切割咬合樁的清障和止水能力進行了總結,從而為后續施工提供了借鑒。

硬法切割咬合樁；深基坑工程；清障

1 工藝原理

1.1 傳統咬合樁

傳統咬合樁是指采用機械磨孔、套管下壓、套管內抓斗取土,現澆混凝土灌注,樁與樁之間相互咬合(相交)排列的一種基坑圍護結構形式(圖1，2)。

圖1 有筋樁和無筋樁搭配的咬合式排樁

圖2 有筋樁和有筋樁搭配的咬合式排樁

傳統咬合樁是國內較成熟的施工工藝,有很多成功的案例。但在實際施工中,其施工工藝有幾點不足：

1)施工中咬合成敗主要依托于超緩凝劑的效用,一旦受到各種外界因素干擾,先成樁成樁時間超過緩凝劑緩凝時間,將導致施工后成樁咬合成樁失敗,影響工程質量并引發各種工程事故,帶來巨大的經濟損失；

2)由于采用超緩凝劑,混凝土初凝時間延緩,雖然有利于咬合切割,但是也埋下了后成樁咬合施工過程中受動水沖刷作用降低先成樁樁身混凝土質量的隱患；

3)由于先成樁尚未初凝,后成樁咬合施工的過程中易發生管涌,影響成樁質量；

4)施工機械由于其自身動力及套管下壓模式的局限,當遇到較堅硬的大面積地下障礙物時將束手無策,此時只能先進行清障工作,隨后回填好優質土方后再進行施工,該過程既延滯了工期,也帶來很大的經濟浪費。而且，對于地下障礙物埋深較深的情況,清障工作難以開展,該工藝適應性較差,難以解決問題。

1.2 硬法切割咬合樁

硬法切割咬合樁即貝諾特(Benoto)灌注樁工法,主要區別于傳統咬合樁工法。它在傳統咬合樁施工工藝基礎上,通過先進的設備機具使用360°全回轉套管機,采用硬切割的施工方法成樁,施工步驟大致與傳統咬合樁施工方法相同。這種新工藝從原理上講有三點最大的突破。

1)避免了采用超緩凝混凝土咬合樁工藝在完成切割咬合時,容易產生相鄰孔混凝土管涌現象的發生而造成質量事故,同時由于采用了常規混凝土,從而降低了對混凝土的要求,節約了成本。

2)由于采用硬切割工藝,允許混凝土先成樁強度正常發展,無須依賴緩凝劑控制混凝土初期強度,并且不會出現由于先成樁成樁時間過長導致無法進行后成樁咬合施工的弊病,具備超強切削能力的成孔機械對付終凝后的C30以上混凝土是綽綽有余。

3)由于機械本身較大扭矩而具備的超強切削能力,使得清障和成樁兩個工序一次性完成,于是可以解決存在大面積和深度較深的地下障礙物時圍護樁的施工問題,同時圍護樁可以兼做止水樁,保證止水帷幕體系的完整性。

綜上所述,硬法切割咬合樁施工工法可以擴充既有的圍護施工技術,并提高在復雜地帶成樁的技術水平,是一種集清障、止水和圍護功能于一體的新型綠色圍護施工技術。

2 杭州中糧大悅城應用案例

2.1 工程概況

本項目位于杭州市拱墅區莫干山路西南側,隱秀路東南側，永固路東北側,余杭塘河西北側,即原杭州市熱電廠地塊內。項目用地面積約6.6萬m2,總建筑面積約46萬m2,其中地上部分建筑面積約28.3萬m2,地下部分約17.76萬m2。基坑圍護總平面圖見圖3。

圖3 基坑圍護總平面簡圖

2.2 基坑開挖深度

本工程±0.000 m相當于黃海高程5.100 m,現狀場地周邊標高主要為4.400 m(即相當于建筑標高-0.700 m)。地下室底板面標高為-15.200 m,承臺高度1 600 mm,墊層厚度300 mm,承臺墊層底標高為-17.100 m,基坑開挖深度為16.4 m。

2.3 障礙物概況

1)老基礎：場地原為杭州北大橋熱電廠舊址,原有建筑現已拆除,拆除后,遺留有老基礎等地下障礙物,根據勘察鉆孔揭示,混凝土、碎塊石等厚度較大,最厚可達1.0 m左右。埋深最大達7 m。部分基坑圍護樁位置還存在承臺或樁基礎,給圍護施工造成很大困難。

2)廢棄碼頭：場地的西南側為廢棄的運河碼頭,靠運河一側主要成分為鋼筋混凝土。碼頭基礎下存在預制方樁(豎直樁和斜樁兩種)。見圖4。

圖4 原熱電廠碼頭基礎圖紙

2.4 工程地質和水文地質條件

2.4.1 工程地質條件

場地原為杭州北大橋熱電廠舊址,原有建筑現已拆除,場地地形較平坦,場地四周建設有圍墻。場地的西南側為廢棄的運河碼頭,主要成分為鋼筋混凝土。表層一般為1.0～1.4 m厚度的鋼筋混凝土,其下為空洞,高0.8～3.1 m,底部一般為碎石填土。土層性質見表1。

表1 土層性質

2.4.2 水文地質條件

場地地下水主要為第四系松散孔隙型潛水和孔隙型承壓水,深部為基巖裂隙水。勘察期間在勘探孔內測得地下水位埋深在現地表下0.00～5.30 m,地下水對混凝土具有微腐蝕性。

2.5 硬法切割咬合樁應用示例

采用大直徑鉆孔灌注樁(φ1 300@1 450)結合兩道鋼筋混凝土支撐支護,鉆孔灌注樁外側采用三軸水泥攪拌樁止水止土,坑底采用三軸水泥攪拌樁對被動區進行加固。

針對障礙物區域,采用φ1 500@1 200硬法切割咬合樁替代普通的大直徑鉆孔灌注樁和三軸水泥攪拌樁止水帷幕,起到“兩樁合一”的效果。具體做法見圖5、圖6。

3 施工流程及質量控制要點

1)全回轉套管咬合樁樁徑1 500 mm,混凝土等級為C30。先行樁(A樁)應先于嵌樁(B樁)施工,兩根先行樁樁之間施工嵌樁,嵌樁咬入先行樁內300 mm。A樁與B樁超灌高度為800 mm。

2)咬合樁施工前需先完成余杭塘河側鋼板樁圍堰并清除原碼頭結構面板,再進行場地平整。

3)先行樁與嵌樁均采用全鋼套管液壓鉆機成樁,樁機就位對中必須精確,要求對中誤差小于5 mm。施工過程中要求軸線和垂直軸線方向偏差均不超過50 mm。垂直度偏差不大于0.3%,并對鉆機成孔進行監測和糾正偏差。

4)成孔過程中常用糾偏方法有以下三種。利用鉆機油缸進行糾偏：適用于偏差不大或套管入土不深(5 m以下)時；A樁的糾偏：如油缸直接糾偏達不到要求時,可向套管內填砂或黏土,一邊填入一邊拔起套管,直至將套管提升到上一次檢查合格的地方,然后調直套管重新下壓；B樁的糾偏：與A樁基本相同,不同之處在于應填入與A樁相同強度混凝土,否則可能在樁間留下夾層,從而影響防水效果[1]。

5)A樁一次成孔,雜填土層中鉆進時,必須使鋼套管的深度比鋼套管內的土面深3～5 m,以防止鋼套管內涌水。切割碼頭基礎老樁等障礙物時鉆進速度宜控制在0.6～1.0 m/h且鋼套管轉速控制宜在1轉/min左右,其他土層的鉆進速度宜控制在1.2 m/h且鋼套管轉速宜控制在1.5～2轉/min左右。

6)B樁施工時,A樁混凝土強度應達到設計強度的30%以上,雜填土層中鉆進時,必須使鋼套管的深度比鋼套管內的土面深3～5 m,以防止鋼套管內涌水。切割碼頭基礎老樁等障礙物時鉆進速度宜控制在6～10 cm/h而鋼套管轉速控制宜在1轉/min左右,B樁硬切割A樁鉆進速度宜控制在0.9～1.0 m/h、鋼套管轉速宜控制在1.2～1.5轉/min左右。

圖5 圍護樁碰到老樁時咬合樁剖面圖

圖6 圍護樁碰到熱電廠老樁時咬合樁平面布置

7)由于咬合灌注樁施工連續性的特點,須切實抓好現場施工組織管理,確保混凝土供應和工序銜接正常[2]。

4 結 語

硬法切割咬合樁使用360°全回轉套管機,保證了成孔質量,避免了縮頸、塌孔等通病,同時能避免泥漿的排放；采用硬切割的施工方法成樁,能同時完成清障及成孔兩道工序,可用于存在大面積、深層障礙物的場地,而且不會出現A、B樁無法咬合施工的弊病。由于本工法無須采用緩凝劑控制混凝土初期強度,因而避免了切割咬合時鄰孔混凝土管涌的現象,也節約了混凝土成本。

從中糧大悅城項目基坑開挖出的樁體來看,硬法切割咬合樁施工順利、樁間咬合緊密,在清障、止水及成樁質量等方面均達到了預期的設計效果。基坑監測得出的數據也反映該工法很好地滿足基坑圍護的要求。本工法與鉆孔灌注樁結合止水帷幕的工藝對比,具有止水效果好、無泥漿排放、無塌孔、成樁質量好等優點。

[1] 趙鵬力,陳衛華.灌注咬合樁支護技術在工程中的應用[J].浙江建筑,2010,27(11)：42- 52.

[2] 鄭建榮,陸學水,楊威長.鋼筋混凝土咬合樁在杭州奧體主體育場深基坑臨江堤支護工程的應用[J].浙江建筑,2016,33(7)：16- 23.

Analysis on the Application of Hard Cut Secant Pile in the Deep Foundation Pit Engineering

LINGang,HUANGKunxiong,ZHAOYi,GUOShuaishuai

2017- 03- 29

林剛(1985—)，男，安徽樅陽人，工程師，從事巖土工程設計、監測及檢測工作。

TU473

B

1008- 3707(2017)04- 0025- 04