全套管鉆孔咬合樁在基坑支護工程中的應(yīng)用

李林森

（廣州珠江工程建設(shè)監(jiān)理有限公司 廣東廣州 510095）

鉆孔咬合樁具有配筋率較低、抗?jié)B能力更強、施工速度快、支護結(jié)構(gòu)的抗剪強度和安全性高等特點，目前在國內(nèi)已成為一項十分成熟的支護結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，在地鐵、道路下穿線、高層建筑物等城市構(gòu)筑物的深基坑工程中已廣泛推廣，特別適用于有淤泥、流砂、地下水富集等不良條件的地層。但是在部分具有巖石地層的基坑支護工程中，因基坑周邊環(huán)境復雜，安全文明施工程度高，工期要求緊，普通的鉆（沖）孔灌注樁和地連墻很難滿足實際要求，咬合樁在此類地形下顯示出了十分突出的技術(shù)優(yōu)勢。

1 工程概況

1.1 工程概述

凱達爾樞紐國際廣場位于廣州市增城新塘鎮(zhèn)，該工程用地面積38697.1m2，規(guī)劃總建筑面積約38萬m2，由四層地下室、六層裙房以及兩棟超高層塔樓（西塔樓260m，東塔樓182m）組成。基坑開挖面積35026.9m2，基坑周長約797.0m，略呈三角型布局，裙樓區(qū)域開挖深度17.7m，塔樓區(qū)開挖深度21.4m；屬于典型的超大深基坑工程。

1.2 基坑北側(cè)環(huán)境情況

基坑北側(cè)緊鄰正在進行主體施工的廣州地鐵13號線新塘站，其基坑開挖深度約15m，地鐵13號線基坑支護形式采用地下連續(xù)墻+三道支撐，距本工程北側(cè)支護最近處僅2.3m；詳見圖1。

圖1 施工現(xiàn)場鳥瞰圖

1.3 基坑北側(cè)地質(zhì)、水文情況

1.3.1 地質(zhì)情況

根據(jù)野外鉆探編錄，按成因、狀態(tài)、巖土性劃分，場區(qū)巖土層自上而下可分為：人工填土層、坡積層、殘積層、基巖本工程的基坑北側(cè)中（微）風化巖層埋深較淺，強度較高，中風化最淺埋深-7.71m，其平均強度為11.9MPa，微風化最淺埋深為-8.5m，其平均強度值為90MPa。

1.3.2 水文情況

根據(jù)勘察報告，鉆探期間場地范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)地表水存在，各鉆孔測得混合水靜止水位相對標高為-2.00～-9.70m，場地長期水位變化幅度大概在 3～4m。

1.4 北側(cè)支護設(shè)計概況

1.4.1 北側(cè)豎向支護結(jié)構(gòu)的選型

為保證地鐵結(jié)構(gòu)安全，北側(cè)支護結(jié)構(gòu)施工時造成水土流失，影響地鐵基坑安全，原設(shè)計方案由普通鉆（沖）孔排樁改為與地鐵基坑相同的地下連續(xù)墻支護形式。但因本工程的巖層淺（局部場地下去8m進入微風化）、硬度大（根據(jù)地鐵施工單位的施工經(jīng)驗，強度最大可超過100MPa），能夠進行如此高強度巖層施工地下連續(xù)墻的施工機械少（雙輪銑槽機，受場地限制只能進場一臺），施工速度慢（完成北側(cè)支護需7個月），造價高，不適用于本工程。在項目部進場后，根據(jù)實際情況和地保辦的相關(guān)要求，并經(jīng)過充分市場調(diào)研及實地考察后，決定采用咬合樁的支護形式，且北側(cè)采用咬合樁的施工方案最終也通過了地保辦專家的審核。

1.4.2 咬合樁設(shè)計概況

本工程的基坑北側(cè)咬合樁一共372根（A樁186根，B樁186根），A樁樁底需進入中風化巖層1.5m或微風化巖層1m，B樁樁底需進入基坑底加上嵌固深度（進入全風化巖不少于7.0m或強風化巖不少于5.0m或中風化巖不少于3.0m或微風化巖不少于2.0m），咬合樁樁徑1.2m，咬合0.35m。

2 咬合樁簡介

套管鉆孔灌注咬合樁是采用磨樁機壓套管下沉，采用沖抓斗或旋挖機出土成孔，使樁與樁之間相互咬合排列的一種基坑圍護結(jié)構(gòu)。樁的排列方式為一條不配筋并采用超緩凝素混凝土樁（A樁）和一條鋼筋混凝土樁（B樁）間隔布置，其中鋼筋混凝土樁（B樁）利用套管鉆機的切割能力切割掉相鄰超緩凝素混凝土樁（A樁）相交部分的混凝土，使之形成具有良好防滲作用的整體連續(xù)防水、擋土圍護結(jié)構(gòu)。

3 咬合樁工藝優(yōu)缺點

3.1 優(yōu)點

（1）由于素樁的主要作用為咬合鋼筋混凝土樁，形成整體止水帷幕，不承受荷載，只用進入中風化巖層即可，故整體施工速度較快，造價低；較易滿足本工程的工期要求并在最大程度上節(jié)約成本。

（2）咬合樁采用旋挖成孔的工藝具有噪音低、振動小的特點，完全滿足廣州市地保辦的要求。

（3）咬合樁采用鋼護筒進行護壁，無需泥漿護壁，安全施工文明程度較好，能最大程度防止水土流失，將支護施工對周邊影響減至最低。

3.2 缺點

由于咬合樁的施工工藝要求先施工素樁，再施工鋼筋混凝土樁。為防止形成冷縫，影響止水效果，對素樁混凝土的初凝時間要求較高，一般要求大于60h，鋼筋混凝土樁的成孔時間要求較高。

4 咬合樁工藝流程及施工要點

咬合樁利用轉(zhuǎn)動液壓裝置（全套管鉆機，簡稱磨樁機），采用轉(zhuǎn)動方式入套管，同時沖抓斗從套管內(nèi)取土，一邊抓土、一邊下壓套管。

圖2 磨樁機照片

說明：通過磨樁機將鋼護筒壓入中風化巖層，通過沖抓頭或旋挖機在鋼護筒內(nèi)成孔，可取消泥漿護壁。

套管進入中風化巖層時，因磨樁機壓入套管困難，為防止出現(xiàn)“涌砂”現(xiàn)象，快進入巖層時提前向套管內(nèi)注水反壓保持套管內(nèi)外水土壓力平衡，改用采用旋挖機進行成孔作業(yè)。

圖3 旋挖機成孔作業(yè)

4.1 施工流程

4.1.1 單樁施工流程

導墻施工→鉆機就位對中→吊放并壓入第一節(jié)套管、校對垂直度、旋挖取土→沖抓斗（旋挖機）取土（石）→終孔檢查→（B樁吊放鋼筋籠）→安裝混凝土導管→灌注水下混凝土→樁機移位（重復上述工序）。

備注：A樁施工流程同B樁施工流程，但無吊放鋼筋籠。

4.1.2 咬合樁整體施工順序

如圖4所示，全套管咬合樁總的施工原則是先施工A序列樁（素混凝土樁，簡稱A樁），后施工B序列樁（鋼筋混凝土樁，簡稱B樁），其施工工序是：A1→A2→B1→A3→B2→A4→B3，如此循環(huán)。

圖4 全套管咬合樁施工工序示意圖

4.2 咬合樁施工重要工序操作要點

4.2.1 導墻施工

為保證咬合樁定位誤差要求小于10mm，需要硬化地面并做混凝土導墻，導墻寬3.24m、厚度為0.3m；定位孔直徑比樁徑大4cm。

圖5 咬合樁導墻平面圖

圖6 咬合樁導墻效果圖

4.2.2 鉆機就位對中

導墻混凝土達到強度后，重新定位咬合樁中心位置，將點位反到導墻面上，作為鉆機定位控制點；移動套管鉆機至正確位置，使套管鉆機抱管器中心對應(yīng)咬合樁樁位中心。

4.2.3 吊放并壓入第一節(jié)套管、校對垂直度、沖抓取土

鉆機就位后，將第一節(jié)管吊裝在樁機鉗口中，找正套管垂直度后，磨樁機下壓套管，壓入深度約為2.5～3.5m深，然后用沖抓斗從套管內(nèi)取土，一邊抓土、一邊下壓套管，保持套管底口到開挖面的深度大于2.5m。

第一節(jié)套管全部壓入土中后（套管高出導墻頂面1.2～1.5m，便于接管），檢測垂直度，如不合格則進行糾偏調(diào)整，如合格則安裝第二節(jié)套管繼續(xù)下壓取土。

4.2.4 注水、旋挖取土（巖）

套管進入中（微）風化巖層時，因巖石堅硬，沖抓錐受機械設(shè)備性能限制難以抓土作業(yè)，此時，需向套管中注水，采用旋挖機進行取土（巖）作業(yè)。

4.2.5 終孔檢查

將孔底的虛土全部清除，然后測量孔深、垂直度，直至滿足設(shè)計要求。

4.2.6 灌注水下混凝土

終孔檢查合格后（B樁須吊放鋼筋籠，鋼筋籠標高誤差±10cm），然后安裝φ250導管進行水下混凝土澆灌；澆筑時檢查每車混凝土類型與標號、坍落度情況，以免素樁與鋼筋樁混凝土混用或發(fā)生灌注事故；每根樁制取一組試件，監(jiān)測其緩凝時間及強度；施工時邊澆注混凝土邊拔管，但始終保持套管底低于混凝土面不小于2.5m，樁頂標高誤差±20cm。

5 質(zhì)量控制

5.1 孔口定位誤差的控制

孔口的定位精度，主要靠導墻澆筑精度控制。在進行導墻澆筑前，需對每根樁進行進行定位，保證導墻的中心與樁位中心重合。

5.2 樁的垂直度的控制

當咬合樁垂直度超過允許范圍時，可能造成咬合樁底部未進行咬合。在進行樁位成孔時，需嚴格控制孔口定位誤差外，還應(yīng)對其樁孔垂直度進行嚴格的控制。每節(jié)套管壓完后安裝下一節(jié)套管之前，都要停下來用測斜儀或“測環(huán)”進行孔內(nèi)垂直度檢查，不合格時需進行糾偏，直至合格才能進下一節(jié)套管施工。

成孔過程中如發(fā)現(xiàn)垂直度偏差過大，必須及時利用磨樁機兩側(cè)的油缸進行頂升或推拉套管，調(diào)節(jié)套管的垂直度進行糾偏調(diào)整。

5.3 預防“管涌”

在場地有淤泥、流砂、地下水富集等不良條件的地層，因B樁成孔過程中，A樁混凝土未凝固，還處于流動狀態(tài)，A樁混凝土有可能從A、B樁相交處涌入B樁孔內(nèi)，稱之為“管涌”，克服“管涌”有以下幾個方法：

（1）A樁混凝土的坍落度應(yīng)盡量小一些，不宜超過18cm，以便于降低混凝土的流動性。

（2）套管底口應(yīng)至少低于開挖面2.5m，以便于造成一段“瓶頸”，阻止混凝土的流動。

（3）當套管遇地下障礙物或巖層較淺時，套管底口無法保持低于開挖面標高2.5m，可向套管內(nèi)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(fā)生。

5.4 緩凝時間的確定

A樁混凝土緩凝時間應(yīng)根據(jù)單樁成樁時間來確定，單樁成樁時間與地質(zhì)、樁長、樁徑和鉆機能力等因素有關(guān)。A樁混凝土緩凝時間可根據(jù)下式來計算：

T=3t+K

式中：T——A樁混凝土的緩凝時間（初凝時間）；

K——儲備時間，一般為1～2t；

t——單樁成樁時間，一般取12h。一般超緩凝混凝土初凝時間＞60h，為滿足這一要求，混凝土配合比經(jīng)現(xiàn)場試驗后確定。

6 結(jié)語

凱達爾樞紐國際廣場基坑支護工程具有如下特點：地下巖層埋深較淺（約8m）、巖石硬度大（約90MPa）、入堅硬巖石深度深（約15m）、地鐵保護措施要求高、安全文明施工程度高、水土保持要求高、工期要求緊等。普通的鉆（沖）孔灌注樁和地下連續(xù)墻墻很難滿足實際要求，通過套管咬合樁在本工程中的應(yīng)用，驗證咬合樁在巖層地層中施工的可行性和可靠性，也凸顯了咬合樁在此類地形下的技術(shù)優(yōu)勢。在施工過程中總結(jié)了以下幾點，供后續(xù)類似工程參考。

（1）套管咬合樁施工通過使用全鋼護筒施工工藝，在周邊存在地鐵，地下巖層埋深較淺的復雜地形條件下，有利于環(huán)境保護和水土保持，能滿足地鐵保護區(qū)范圍內(nèi)的施工要求。

（2）相對于排樁，咬合樁具有止水效果好，有利于周邊環(huán)境的水土保持等特點。

（3）與地下連續(xù)墻施工相比，咬合樁具有施工速度快，本工程的咬合樁已施工了206根，每臺設(shè)備的平均施工進度為2根/d，可應(yīng)用于在工期十分緊張且對環(huán)境保護要求高的工程。

（4）咬合樁自身具有較好的止水效果，相對于排樁，不需要再施工止水樁，降低了施工成本；相對于地下連續(xù)墻，其配筋率低，在地質(zhì)情況相近條件下，咬合樁施工成本約為地下連續(xù)墻施工成本的60%。

（5）咬合樁施工在兩個施工段之間無法避免形成冷縫的地方設(shè)置砂樁（B樁成孔后回填砂），并在砂樁背面使用高壓旋噴樁進行止水，減少基坑滲水幾率。

（6）本工程在堅硬巖石埋深較淺、巖石成孔時間較長的情況下，通過先成孔鋼筋混凝土樁（B樁），使用砂回填B樁后，在施工兩側(cè)的A樁，最后再次施工回填后B樁，依次施工，有效減少了因素樁成型后B樁再澆筑混凝土形成冷縫。

[1]沈保漢.全套管鉆孔咬合灌注樁施工工法.

[2]宋志彬，馮起贈，許本沖，等．全套管鉆進機理和全回轉(zhuǎn)套管鉆機的研究[J]．建筑機械，2013（23）：87～91.