含水紅砂巖地層深基坑支護中高精度咬合樁的作用與效果

邸永健

（甘肅建投巖土科技有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

隨著城市建設的快速發展，超高層建筑項目不斷涌現，城市發展的空間逐步轉向地下空間開拓，基坑規模也不斷向“深”“大”方向發展。因此在深大基坑中選擇一個安全可靠的設計施工方法顯得尤為重要，但在傳統基坑施工中面對部分地區含水紅砂巖地層頗為棘手，主要體現為基坑施工難度大和安全性低等方面。

淺層風化紅砂巖具有特殊地質特性，紅砂巖被譽為世界級地質難題，其富含裂隙水，風化嚴重、膠結程度弱、水理性質差。在各種自然條件作用下極易軟化、分解，承載力、粘聚力快速下降。紅砂巖的特性導致基坑降水效果差，從而造成紅砂巖地層樁錨支護施工困難。如果砂巖層支護不及時、效果不良好，極易導致基坑涌砂、坍塌事故發生。如何處理含水紅砂巖地層支護成為城市地區深基坑支護施工的難點。因此，加強咬合樁在含水紅砂巖地層中將隔水措施與支護措施組合應用，有效解決含水紅砂巖地層支護施工難題。

甘肅建鳳巖土科技有限公司（以下簡稱“我公司”）目前開展的主要業務為深大基坑支護，一般情況下在支護過程中混凝土噴射到含水地層上時由于混凝土未來得及初凝就會被含水層中的水流沖刷，導致混凝土中的膠結材料流失，無法形成堅固結實的混凝土面層。為保證項目正常開展、降低施工成本、提高施工質量，需選用一種新型基坑噴錨施工技術。

1 含水紅砂巖地層中基坑支護方案選擇

為解決含水紅砂地巖基坑支護噴錨難的問題，通過調查研究和查找資料發現可以從先隔水后噴射混凝土（施工咬合樁隔水帷幕、基坑開挖后人為增設隔水帷幕）、先引水后噴射混凝土、加防水劑噴錨3個方面進行對比分析，并且確定最佳方案。

1.1 先隔水后噴射混凝土方案分析

1.1.1 先隔水后噴射混凝土技術原理

該方案是通過采用特殊方法對含水紅砂巖表面采取隔水措施后，將地層中的裂隙水及表面無組織的流水封堵在噴錨面層內側，形成有效穩定的隔水帷幕后再進行噴射混凝土工藝的正常工序施工，從而保障基坑的安全性和穩定性。

1.1.2 先隔水后噴射混凝土施工工藝

施工隔水帷幕→檢查隔水效果→綁扎鋼筋網→噴射面層混凝土→灑水養護。

1.1.3 施工難點及安全性評價

該方案的施工難點為在施工過程中難以形成大面積有效的隔水帷幕，不論是施工咬合樁隔水帷幕還是開挖后人為實施隔水帷幕都難以保障形成的隔水帷幕100%合格有效，所以此項技術對咬合樁咬合率要求極高，必須高精度咬合后方能達到該技術所具備的功能和效果。不過該技術在建筑領域已廣泛應用，因此安全性得以保證，具有較強的操作性和可實施性。

1.2 先引水后噴射混凝土方案分析

1.2.1 先引水后噴射混凝土技術原理

該方案是將基坑開挖后紅砂巖表面無組織的水流及內部富含的裂隙水通過人工引水槽（溝）有組織地收集到特定位置，然后通過引流管或漏水槽排到基坑底部的排水溝再經集水坑收集后用水泵抽出，以確保噴錨面層內側的水流不隨意流動，保證其不沖刷噴錨面層，并形成堅固穩定的噴錨面層，引水后在干作業面上噴射混凝土。

1.2.2 先引水后噴射混凝土施工工藝

施工引水槽（溝）→匯集地層表面的地下水→安裝引流管（漏水槽）→局部防水處理→排水→綁扎鋼筋網片→噴射面層混凝土→養護。

1.2.3 施工難點及安全性評價

該方案的施工難點為在地層表面難以形成穩定有效的引水措施，施工后的引水裝置不能保證將含水紅砂巖地層中的水完全排出，并且地下水引流排出的速度慢，施工繁瑣，噴錨過程中對引水裝置造成擾動影響施工進度。

1.3 加防水劑噴射混凝土方案分析

1.3.1 加防水劑噴射混凝土技術原理

該方案是通過在自拌混凝土原材料中直接加入防水劑和其他外加劑后通過做實驗確定最佳配合比，然后按照該比例將砂石料、水泥、添加劑等粗細骨料拌合均勻后直接用混凝土噴射機在紅砂巖表面噴錨，該方案不對含水紅砂巖地層內和表面的水流做任何處理。

1.3.2 加防水劑噴射混凝土施工工藝

通過實驗確定配合比→準備砂石料、水泥、添加劑→攪拌均勻原材料→綁扎鋼筋網→噴射面層混凝土→養護。

1.3.3 施工難點及安全性評價

該方案的施工難點為混凝土原料比例在施工現場難以把控，噴射的混凝土不易附著在基坑側壁，安全穩定性相對較低。

1.4 確定最佳方案

通過對各個方案調查分析以及從技術性、安全性、穩定性、有效性等方面進行調查分析和現場測量，還有試驗等方面對比統計后，發現在含水紅砂巖地層基坑支護噴錨中采用先隔水后噴射混凝土（施工咬合樁隔水帷幕后噴射混凝土）的施工總方案較為合理。

2 咬合樁施工咬合率影響因素分析

近年來，隨著我公司地基基礎資質的升級成功，承接的基坑支護項目增長趨勢迅猛，尤其是深、大基坑的支護比例亦在不斷增長。而作為深、大基坑主要支護形式之一的咬合樁工程承建量也在不斷增長。但作為諸多以地基基礎施工為主要業務的建筑企業中的佼佼者，對咬合樁施工的研究仍不完善、經驗尚不豐富，作為衡量咬合樁施工質量最重要的要素——咬合率，是迫切需要研究的課題之一。

2.1 咬合樁施工咬合率影響因素現狀調查

通過對我公司以往施工的咬合樁咬合率進行統計發現，咬合率尚不足93%，這不僅使咬合樁施工質量大打折扣，影響基坑支護的安全性能，而且大大增加了支護后的降排水成本。因此，為提高咬合樁施工的質量及安全性，降低降排水施工成本，保證公司市場競爭力，咬合樁的施工咬合率低下的問題急需解決。

通過與咬合樁施工操作人員及我公司專家溝通，根據以往施工經驗、現場情況，對咬合樁施工過程中出現的問題進行分析和總結，具體問題見表1所列。

表1 影響咬合樁咬合率的因素統計表

通過影響因素統計表可以看出，樁身垂直度偏差超標的影響因素占據所有因素的51.3%，因此樁身垂直度偏差超標是引起咬合樁施工咬合率低的主要原因。

2.2 咬合樁施工咬合率低的原因分析

針對“咬合樁止水施工咬合百分率低”這個主要因素，對造成這一結果的各種原因進行分析，經匯總歸類后有以下幾點。

（1）操作工人的責任心不強、經驗不夠。雖然勞務隊伍施工經驗比較豐富，但個別操作人員對于關鍵工序施工的重視程度不足。

（2）安裝鋼筋籠時碰撞孔壁。通過現場檢查發現，樁孔垂直度及鋼筋籠平直度不符合要求，或安裝鋼筋籠時碰撞孔壁會有大概率引起塌孔，而出現咬合遺漏點。

（3）泥漿稠度小，護壁效果差。通過現場檢查發現，現場泥漿稠度較小，護壁效果較差，不滿足施工要求，極易發生塌孔。

（4）樁頭開孔時，樁位偏差較大。一般情況下開孔時鉆頭是否對準由人工目測完成，且開鉆時鉆頭有小距離偏移。

2.3 提高咬合樁施工咬合率對策分析

對上述導致咬合樁止水施工咬合率低的各個原因，通過查找資料尋找解決對策，最終確定經濟、高效、方便實施的對策提高咬合樁的施工咬合率，主要對策如下。

（1）對各部位重要工序操作人員進行登記，實行嚴格的獎罰制度。通過責任到人，制定質量獎罰制度，提高操作工人的責任心和積極性，進而提高施工質量。

（2）派專人監督鉆機成孔垂直度，指揮鋼筋籠起吊和安裝。該措施實施后減少了塌孔現象，降低了材料浪費，有效預防了咬合樁咬合部位夾泥夾塊等咬合遺漏點的問題。

（3）針對不同地質情況，調整合適的泥漿稠度。通過調整不同稠度泥漿的混凝土，保證泥漿護壁效果，有效避免塌孔造成的咬合遺漏點的問題。

（4）制作咬合樁導墻。通過制作咬合樁導墻，提高樁頭開孔時的樁位精準度，可有效控制樁頂標高。

通過采取以上措施對現場咬合樁施工過程進行逐步管控，咬合樁咬合率完全滿足預期控制要求。通過抽樣檢查發現在同一場地、相同地層及相同樁身規格基礎上，在措施實施前后分別統計了200根咬合樁的咬合率。措施實施前共有15根樁不合格，咬合率為92.5%；措施實施后共有4根樁不合格，咬合率為98%。措施實施后較措施實施前咬合率提升5.5%，成功提高了咬合樁成樁的施工質量，主要問題得到了有效控制，提高了基坑支護的安穩性，減少了后期降排水施工成本。

2.4 提高咬合樁施工咬合率鞏固措施分析

為了使咬合樁施工水平穩步提高，工程施工過程中應注意以下措施落實到位。

（1）施工過程中，應明確管理人員的職責分工，加強勞務班組的施工管理，嚴格按照作業指導書進行施工。

（2）管理人員應切實做好技術交底工作，讓各環節的每位工人熟練掌握支護樁施工的工序和方法，牢記成功經驗、關鍵注意事項，建立良好的職業操守。

（3）嚴把質量關，建立提前防范、過程管控、整改及時、以防為主、防控結合的精細化質量管理模式，并建立健全相應的處罰機制。

（4）施工期間，要求設備必須按規定定期保養、保修，要避免機械設備疲勞運作。保養時要做好相關記錄并存檔。

（5）人員要加強理論知識的學習，提高現場發現問題及解決問題的能力，管理人員應按施工情況不定期召開施工問題討論學習會議，提高管理人員發現問題、解決問題及總結問題的主動性。對于工程施工過程中遇到的各種難點、可優化點進行研討，不斷提高管理人員管理水平。

3 咬合樁的作用與效果

3.1 含水紅砂巖地層中采用咬合樁的優點

一般情況下在基坑支護過程中混凝土噴射到含水地層上時由于混凝土未來得及初凝就會被含水層中的水流沖刷，導致混凝土中的膠結材料流失，無法形成堅固結實的混凝土面層。

傳統的深基坑噴錨支護施工時，卵石層及以上地層的地下水通過管井降水與集水明排結合的方式有效降低了潛水水位，噴錨支護不受地下水的干擾，按照設計要求順利實施。施工至紅砂巖層后，由于紅砂巖中富含裂隙水，風化程度重、膠結性質差，通過以上的降水方式效果并不明顯，且紅砂巖長時間暴露地表極易風化坍塌。若長時間等待紅砂巖中潛水水位下降，不但影響工期，而且威脅基坑安全。

采用高咬合率的咬合樁圍護結構，既可以解決含水紅砂巖地層支護難的問題，又能有效止水，保證基坑的安全穩定，為坑內干環境作業提供前提條件。通過該施工方法在我公司某深基坑支護中的成功應用，有效保證了周邊道路及建筑物的安全穩定。以我公司應用咬合樁技術的某項目為例，該基坑施工自2021年8月26日開工，2021年12月5日竣工驗收，經監測組在施工全過程對基坑的監測數據顯示，基坑頂部水平位移最大累計值12 mm，基坑頂部豎向位移最大累計值9 mm，監測結果均在報警值范圍以內，符合設計規范，基坑處在安全穩定狀況。

3.2 采用咬合樁的負面影響分析

對于基坑支護形式而言，安全、經濟、合理是其最主要的要求，而咬合樁便是這樣的新型圍護結構之一。咬合樁作為一種平面布置靈活、建設用地占用率低、抗滲能力強及相對經濟的基坑支護形式，已被越來越多的深基坑所采用。

不過咬合樁臨建時相對施工成本高、工藝復雜、難度大，如果不施工導墻將耗費大量的人力及物力以確保咬合樁咬合率合格，但是施工咬合樁導墻將直接增加項目的人材機成本，并且該技術相對于樁錨支護技術、土釘墻施工技術等進度緩慢。

4 結束語

相對于先引水后噴射混凝土和直接加防水劑噴射混凝土等方案，總的來說在含水紅砂巖地層中選擇先隔水后噴射混凝土（施工咬合樁隔水帷幕、基坑開挖后人為增設隔水帷幕）施工技術具有較高的性價比。

通過采用咬合樁施工既能解決含水層紅砂巖基面無法進行噴射混凝土支護的難題，又能滿足支護結構安全的要求并達到良好的止水效果。近兩年我公司通過采用該施工方法，在臨洮、臨夏松散的砂卵石層、天水的飽和土地層以及成都的細砂層等地質環境中均取得了良好的基坑支護效果，社會及經濟效益顯著。因此，咬合樁在深基坑支護中具有范圍適用性較強、施工效率高、安全可靠等優點，具有很好的推廣應用價值。