旋挖硬切割法咬合支護樁施工研究

摘要：旋挖硬切割法咬合支護樁工藝有利于施工質量控制和保障安全，且各樁間止水效果良好，能為主體結構創造一個良好的施工作業環境。文章結合工程實例，介紹了旋挖硬切割法咬合支護樁施工工藝，分析了施工中存在的問題與對策，為類似工藝施工提供參考。

關鍵詞：旋挖;硬切割法;咬合支護樁;施工

U445.4A361225

0 引言

咬合支護樁傳統的施工工藝采用全套管鉆機+素樁超緩凝混凝土施工，全套管鉆機體積大，對工作面要求高，套管在砂礫等地層中難以下壓，造成套管超前入巖深度不夠，而且素樁須采用超緩凝混凝土，也容易出現質量隱患，所以全套管鉆機的使用就容易受到現場施工條件的限制。鑒于此，本項目對比多種施工工藝，決定采用旋挖硬切割法施工咬合支護樁。

1 工程概況

1.1 工程簡介

南寧市心圩江上游污水處理廠調蓄池基坑上口長度為97 m，寬度為79 m，面積為7 720 m2。原地面高程為82.00 m，上部放坡分二級開挖至高程74.00 m后，再施工基坑下部咬合支護樁，最后開挖坑內土方至67.95 m，局部開挖至65.95 m，開挖深度為14.05～16.05 m。

咬合支護樁分A樁（素樁）和B樁（葷樁）兩種：A樁為素混凝土樁，樁長分為15 m和16.5 m兩種，強度等級為C15;B樁為鋼筋混凝土樁，樁長分為19 m、19.5 m及20 m三種，強度等級為C30。兩種樁樁徑均為1 000@1 500 mm，設計咬合厚度為250 mm，均為水下商品混凝土灌注。

基坑支護平面圖見圖1，基坑支護典型剖面圖見圖2。

1.2 地質水文情況

1.2.1 地質情況（見表1）

1.2.2 水文情況

1.2.2.1 上層滯水

賦存于素填土層中，地下水補給源主要來自大氣降水，水位、水質、水量變化主要受日常氣候影響，無穩定地下水位。地下水總體徑流方向心圩江河道，主要排泄方式為蒸發、下滲及側向徑流。

1.2.2.2 孔隙水

賦存于圓礫層中，地下水補給源主要來自上層滯水越流及場地外圍地下水的側向徑流，地下水位、水質、水量變化主要受季節氣候影響，動態相對穩定。排泄方式主要為側向徑流，徑流方向為心圩江，與心圩江呈互補關系，枯水期排入心圩江，洪水期接受心圩江河水反向補給。其中在邕江II階地上的勘察期間測得初見水位埋深大多位于含水層頂部，鉆孔施工結束后1 d左右進行穩定水位測量，穩定水位埋深4.20～7.60 m，對于高程為73.20～75.42 m，稍具承壓性，水量豐富，年水位變幅為1.00～3.00 m。

2 旋挖硬切割法咬合支護樁施工工藝

2.1 工藝原理

采用旋挖硬切割法施工咬合樁，就是用旋挖機先施工A樁（素樁），待相鄰素樁混凝土終凝且產生一定的強度后，再施工B樁（葷樁），葷樁成孔時，利用旋挖機鉆頭對與葷樁相交部分的素樁混凝土進行硬切割，從而實現葷素樁之間的咬合。旋挖硬切割法施工咬合樁工藝，無需套管跟進，無需施工砂樁，成孔利用泥漿護壁，施工葷樁時，相鄰素樁混凝土已終凝且產生一定的強度，杜絕了素樁超緩凝混凝土向葷樁孔內流動的可能性，有效地避免了一些成樁質量隱患。同時，素樁也無需采用超緩凝混凝土，能有效控制成本和保證施工質量。

2.2 施工準備

2.2.1 機械設備選定

通過對本工程地質情況的研究可知，咬合樁下穿的地質主要是粉質黏土、圓礫及強風化泥巖，旋挖鉆機對該類地質施工非常有利。施工素樁時使用直筒式土層鉆斗，在硬切割施工葷樁成孔時，則使用錐筒式截齒鉆斗。該種鉆斗筒身和底板均使用強度高、耐磨性好的錳合金鋼板制作，能快速切割素樁，提高成孔速度。其他機械的配備滿足咬合樁施工即可，如汽車吊、履帶吊及挖掘機等。

2.2.2 施工場地

基坑開挖至74.0 m標高后方能施工咬合樁，此時作業面揭露的土質為粉質黏土，遇水后呈軟塑狀。為滿足旋挖鉆機施工的作業面要求，對場地進行片石換填，厚度為1.0 m，上鋪20 mm厚鋼板，作業面坡度控制在3.5%以內。

其他的施工準備工作按旋挖樁常規施工推進即可，在此就不過多闡述。

2.3 施工工藝流程

2.3.1 咬合支護樁施工工藝流程（見圖3）

2.3.2 導槽板施工及埋設護筒

（1）導槽板厚300 mm，底部配10@100×100鋼筋，混凝土強度等級為C25商品混凝土，內模采用鋼模。導槽板對咬合樁起到控制定位的作用，并能控制素樁的咬合間距，提高施工效率。導槽板施工完成后強度達到75%以后方可上機施工。

（2）導槽板強度達到要求后，采用旋挖機在導槽內埋設護筒。護筒鋼板厚度≥6 mm，直徑誤差<10 mm，內徑大于鉆頭直徑200～300 mm。護筒埋設時，護筒中心與樁位中心偏差≤50 mm，護筒的傾斜度應≤1%，高出地面≥300 mm，護筒就位后，四周對稱、均勻地回填黏土，并分層夯實，夯填時應防止護筒偏斜移位。

2.3.3 旋挖鉆孔灌注樁成孔

（1）泥漿制備。經試驗，場地內粉質黏土具備造漿性能，施工過程中，可利用地層自行造漿，鉆進圓礫層時需特別注意調整泥漿的性能（見表2），防止塌孔。

（2）鉆斗轉速。旋挖機鉆斗在鉆進時必須嚴格控制轉速，轉速過慢或是過快均會影響成孔效率。根據鉆機的扭矩及鉆斗的阻力情況及現場反復確認，在粉質黏土和強風化泥巖土層中轉速≤20轉/min，在圓礫土層中轉速≤10轉/min，能取得良好的鉆進速度。

（3）鉆斗的升降速度。鉆斗在上下移動中速度過快，泥漿流將以較快的速度由鉆斗外側和孔壁之間流過，導致沖刷孔壁，也會在上提鉆斗時在其下方產生負壓而導致孔壁坍塌。根據本工程樁徑為1.0 m的情況，鉆斗升降速度宜控制在0.86 m/s，圓礫土層中則要根據實際情況再調低升降速度，這樣才能有效防止孔壁坍塌。

（4）孔內水位。在鉆進和提升鉆斗的過程中，如孔內泥漿面低于地下水位，地下水沒有泥漿壓進行平衡，必會向孔內流動，導致孔壁被水流沖刷，造成坍塌。所以，在整個成孔過程中，必須確保孔內水位高出地下水位2.0 m以上，防止塌孔。

2.3.4 清孔

旋挖鉆至設計孔深后，將鉆斗降至孔底，免壓慢轉清掏，緩慢提升鉆斗進行清孔。

2.3.5 鋼筋籠吊放

本工程樁長度不長，鋼筋籠一次制作到位，用履帶吊進行吊裝。吊放時應對準孔中心，避免碰撞孔壁，應緩慢垂直自由下放，鋼筋籠就位后立即固定。

2.3.6 水下混凝土灌注

（1）水下混凝土灌注前應再次檢查孔底沉渣，如沉渣厚度超標，應進行二次清孔合格后方可進行水下混凝土灌注。

（2）導管應居中下放，直徑應≥250 mm，采用雙螺紋快速接頭，接頭應安裝密封橡膠圈。整套導管在使用前須進行水壓試驗，水壓取0.6～1.0 MPa。導管須配備長0.5～1.0 m的短管，以便調節導管總長。

（3）開始灌注水下混凝土時，導管下口距孔底為300～500 mm，并計算好混凝土的最小初灌量，灌注首批混凝土量應使導管埋入混凝土中深度≥1.0 m，即首批混凝土方量最少需要=π×樁半徑2×1.5=1.18 m3。水下混凝土灌注必須連續無中斷，并保持導管埋入混凝土面深度為2～6 m。嚴禁將導管提出混凝土灌注面，并控制好提管速度，提出導管前應對孔內混凝土灌注面高度進行測量，樁頂超灌高度≥0.8 m。派專人測量做好記錄，必須保證鑿除浮漿高度后樁頂暴露的混凝土強度達到設計強度等級。

2.3.7 旋挖硬切割法咬合施工

施工完一定量的素樁后，在保證工作面的情況下，就可以安排另一臺旋挖機對相鄰素樁進行硬切割法施工葷樁（葷樁施工工藝與素樁相同，只是增加了鋼筋籠制作與吊放工序），此時素樁已經終凝且產生一定的強度（或完全達到設計的強度）均不影響鉆斗的切割，因為素樁混凝土本身設計強度就不高。葷樁施工順序如圖4示。

2.4 施工常見問題分析及應對措施

2.4.1 塌孔

（1）主要原因分析：①泥漿比重過低，對孔壁支撐壓不足;②泥漿pH值>11，泥漿膠體變為懸浮液而分層起不到護壁作用;③制備泥漿的原材料不符合要求;④泥漿水位偏低導致孔壁支撐不足;⑤地下存在洞穴造成漏漿塌孔;⑥泥漿補充不及時;⑦承壓水壓力被釋放造成涌水塌孔;⑧鉆斗升降、鉆進及轉速過快;⑨泥漿過分擾動;⑩鉆斗未對準樁中心導致撞塌孔壁。

（2）主要應對措施：①選擇良好的制漿原材料，泥漿池設沉淀池和儲液池，在鉆進過程中對泥漿比重、pH值等性能指標勤量測勤調整，保證泥漿的質量;②保證泥漿池容量，確保孔內泥漿水位高于地下水位;③鉆進過程勤觀察，及時補充泥漿;④針對不同的土質，合理選擇鉆斗升降、鉆進速度及轉速，做好旋挖機操作手的交底工作。

2.4.2 縮徑

（1）主要原因分析：在流塑的黏土層鉆進時，鉆斗升降、鉆進速度過快。

（2）應對措施：①針對不同的土質，合理選擇鉆斗升降、鉆進速度及轉速，保證鉆斗流水暢通;②利用探孔器檢查，出現縮徑現象及時用鉆斗進行掃孔處理。

2.4.3 鉆桿傾斜

（1）主要原因分析：①鉆桿垂直度不夠;②鉆斗選擇不合理;③沒有處理好地下洞穴;④沒有清理孔壁探頭石。

（2）應對措施：①鉆機作業面要平整堅實，要求機手經常觀察水平儀，及時糾正鉆桿傾斜問題;②在軟硬互層的土層，選用雙進口鉆斗，避免產生鉆孔導向傾斜;③有地下溶洞時要采取填充溶洞等防止鉆孔傾斜的措施;④如孔壁出現探頭石，要采取兩步鉆進法，即先松動再取土。

2.4.4 吸鉆

（1）主要原因分析：①鉆孔時冒鉆;②鉆斗在黏土層中靜止時間過長。

（2）應對措施：①成孔時嚴禁冒鉆;②在黏土或膨脹土層中鉆進時，提鉆速度不宜過快，也不要在土層中停留時間過長。

2.4.5 卡鉆

（1）主要原因分析：①石子卡在素樁混凝土或巖層與鉆斗之間;②鉆齒嵌入素樁混凝土或是巖縫。

（2）應對措施：①合理選擇鉆具;②施工葷樁時，要經常檢查鉆齒磨損情況，磨損嚴重的要及時更換，以免卡鉆。

2.4.6 超方

（1）主要原因分析：①主機晃動過大;②鉆具選用不合理;③泥漿配比與土質不符，造成孔壁泥皮脫落;④鉆機操作不當，提放鉆斗速度過快，水流沖掉泥皮;⑤特別是造成塌孔的因素，必將引起大量超方。

（2）應對措施：①平整、堅實的工作面和穩定的主機可從根本上解決晃動;②泥漿的制備質量必須符合要求，鉆進過程要根據地質的不同及時調整;③規范操作鉆機，防止一切人為因素導致塌孔而引起混凝土的超方。

3 結語

綜上所述，在施工條件和地質條件允許的情況下，采用旋挖硬切割法施工咬合支護樁具有良好的經濟效益，施工工效高，成樁質量良好，具有廣闊的推廣前景。

[1]左文榮，洪明堅.旋挖硬切割法施工咬合樁在深基坑支護工程的應用[J].福建建筑，2015（6）：64-66.

[2]王 昱，王 巖，欒文偉，等.砂卵石地層旋挖樁施工常見問題分析及質量控制[J].市政技術，2013（S1）：142-144.

作者簡介：田明干（1977—），工程師，主要從事房屋建筑及市政施工管理工作。