土巖地層深基坑懸掛咬合樁支護體系關鍵施工技術

李光強 劉陽

中鐵四局集團第二工程有限公司 江蘇 蘇州 215000

1 引言

咬合樁具有止水帷幕和基坑支護的雙重作用，目前在地鐵工程深基坑支護中應用較廣，多數適用于軟弱土層和富水砂層的基坑，常采用軟咬合的方式成樁。在土巖結合的復合地層中，嵌巖部分施工周期較長，施工難度較大，成本較高，嵌巖咬合樁施工難道較高[1]。

本文以寧波軌道交通2號線紅聯站B號基坑圍護體系為研究對象，在土巖復合地層采用咬合樁作為支護體系。通過對施工工藝要點進行分析，對開挖過中咬合樁的實際變形量進行研究，進一步優化嵌巖咬合樁建議。

2 工程概況

2.1 車站設計

紅聯站為2號線與6號線“T”字型換乘車站，其中2號線為地下兩層、兩柱三跨島式車站，劃分為A和B兩個基坑組織施工。其中B基坑標準段寬約21.2～22.5m，深約17.29～17.72m，端頭井寬約26.5m，深約19.18m，基坑總長221.22m。咬合樁主要通過樁間咬合來保證基坑形成封閉的整體，采用Φ1000@750，咬合面為250mm，樁長14.5～29.5m，嵌入巖層深度隨巖層變化而變化，需保證嵌入中等風化巖層不少于3.5m，局部形成懸掛支護體系，考慮軟土基坑變形的特點，咬合樁均采用配筋設計，采用硬咬合法施工。

2.2 工程地質

紅聯站從上向下所揭示的地層依次為雜填土、淤泥、黏質粉土、淤泥質黏土、粉質黏土、黏土、粉砂、礫砂、塊石、全風化、強風化、中等風化晶屑玻屑熔結凝灰巖凝灰巖。基坑挖深范圍內以淤泥、淤泥質黏土為主，寧波軟土具有天然含水量高，壓縮性高、觸變性強、流變性強、強度低，透水性低等特點。同時B號基坑內存在約2.3萬方巖石，呈現出基坑兩端低中間高，東側高西側低的特點，本工程咬合樁全部嵌入中等風化晶屑玻屑熔結凝灰巖，巖質堅硬，巖體較完整。

2.3 水文地質

場地淺層承壓水，主要賦存于黏質粉土中，含水層呈透鏡體狀，分布不連續，含水層厚度較小，滲透系數介于5.714～6.87×10-4cm/s。主要承壓水賦存于細砂、礫砂中，透水性好，滲透系數約8.19～8.89×10-4cm/s，水量豐富。

第Ⅱ層孔隙承壓水賦存于⑩2b層塊石中，主要由塊石、碎石、礫等組成；粒徑大小一般為20-40cm，含量約70%。⑩2b層透水性好，滲透系數約1.29～1.39×10-3cm/s，水量豐富，水位埋深為0.9m，相應標高為2.36m。

2.4 周邊環境

基坑周邊建筑物密集，東側距離小港廣播電視站距基坑只有4.5m，西側均是江南新村小區，建筑物年度久遠，現場陳舊，場地周邊地下管線種類眾多，且分布密集，距離基坑較近，西側5m處為渡口路。

3 基坑支護體系選擇

基坑開挖范圍內上部存在大量的高含水率、高壓縮性、承載力低、流變性強淤泥質軟土，基坑內下部存在大量塊石、全風化、強風化、中風化巖層，典型的上軟下硬土巖復合地層基坑。基坑軟土方開挖過程中，改變了原狀土體的受力狀態，由于軟土的流變性、觸變性和低強度特性可能產生塌方的風險。

塊石層滲漏量大，全風化巖遇水易軟化，開挖過程中若不采取相應措施極易失穩，防止因地下水滲入基坑而造成滲流破壞或坑壁坍塌，為防止鄰近建(構)筑物因地下水位急劇下降致使沉降超過允許值，需采取相應的截水措施，將地下水阻隔在基坑范圍之外。但若采取常規的深層攪拌、樁間旋噴等措施，難于在巖層中形成有效的止水帷幕，極易出現失誤和滲漏水情況，結合地層特征，從安全性和經濟性，綜合比選東側采用咬合樁止水及支護形式。

咬合樁剛度大，作為圍護結構能有效抵擋基坑外側水土壓力，樁之間咬合緊密，能充分發揮止水作用，且比連續墻更經濟，因此本項目采用咬合式排樁作為圍護結構兼止水帷幕。

考慮巖層起伏比較大，咬合樁嵌入中風化巖層不小于3.5m，形成懸掛的吊腳樁，樁腳處設置錨索固定，樁腳處預留1.5m開挖平臺，避免后期基坑巖層開挖對鎖腳處巖層破損擾動。為避免對周邊原有建筑物基礎的擾動，該基坑支護設計安全等級為一級，鎖腳樁以上采用混凝土支撐，以下采用鋼支撐，具體支護形式見圖1。

圖1 基坑支護典型剖面圖

4 咬合樁施工

4.1 主要設備配置

本工程是典型土巖復合地層，巖層具有強度高，深度長的特點，因此選擇DTR2106H液壓全回轉鉆機配合寶峨280旋挖鉆機。全回轉鉆機主要軟土及全風化和強風化土層鉆進，采用120t履帶起重機配合沖抓斗取土。旋挖鉆機主要在中風化巖層鉆進引孔，為全回轉鉆機創造臨空面，破碎巖層，加快全回轉鉆在中風化巖層鉆進速度，同時解決抓取巖層難題。

4.2 施工工藝流程

施工流程具體如下：樁位定位→導墻施工→全回轉鉆機就位→壓入首節套管→鉆進、抓土（至強風化巖層）→旋挖鉆引孔至設計標高→全回轉鉆機鉆進→清孔、檢測成孔質量→吊放鋼筋籠→吊放導管、灌注混凝土→拔出套管→鉆機移位。

4.3 導墻施工

在樁頂設置C30鋼筋混凝土導墻，厚度為30cm，高出地面10cm。其主要功能是樁位定位、控制樁底標高、承載力，為全回轉鉆機施工平整基層，并提供反力作用，同時導墻內部的溝槽還用于限制泥水外流，保證工地文明施工等。導墻內部根據咬合樁樁型設置鋼質月牙型芯模，直徑比套管直徑大2cm，以提高鉆孔咬合樁孔的定位精度和穩定性，為后期咬合樁準確咬合提供導向作用。導墻強調達到75%以上，拆除模板，內部設置方木支撐，防止變形，并在導墻上標識出樁號[2]。

4.4 咬合樁施工

鉆孔咬合樁樁的排列方式一般為A樁和B樁間隔布置，施工順序為：A1→A2→B1→A3→B2→……（見圖2），A型樁與B型樁彼此咬合形成封閉的鋼筋混凝土樁墻，起到擋土與止水的作用。考慮嵌巖施工時間較長，A和B樁均采用鋼筋混凝土，B樁要待A樁混凝土終凝后方可切割咬合。

圖2 咬合樁施工順序圖

4.5 鉆進成孔

4.5.1 非嵌巖段鉆進成孔

導墻達到設計強度后，根據導墻上樁位標識點，安裝全回轉鉆機，在鉆機就位后，根據巖層埋設深度，先壓入一節6m底部配置合金刀頭套管，套管的垂直度校核完成后下壓套管，然后用抓斗從套管內取土，邊取土邊下壓套管，保持套管底口超前于取土面且深度不小于2.5 m，非嵌巖段采用低壓慢速壓入，并及時進行糾偏。

首節套管入土后，在鉆機平臺頂部預留至少1m，以方便后續套管連接。后期套管要根據巖層埋深配置3～6m短節套管。安裝合格后，繼續壓入，施工過程中持續觀測垂直度，及時進行糾偏，重復上述步驟，直到套管嵌入巖層面。

4.5.2 嵌巖段鉆進成孔

本工程全風化和強風化巖層厚度薄，強度低的特點，適當提高全回轉鉆機壓力進行壓入，待穿過強風化巖層后，壓力明顯增大后，適當進入中風化巖層后停止壓入，采用履帶起重機吊離全回轉鉆機，采用旋挖鉆機在套管內進行引孔鉆機，旋挖鉆機鉆至設計樁低標高后，檢查孔深，滿足要求后，旋挖鉆機撤離，再次吊裝全回轉鉆機就位，繼續壓入套管，通過逐步提高壓力和轉速，過程中不斷抓取切削破碎的巖層，至到設計標高，對成樁質量進行檢查，合格后及時吊裝鋼筋灌注混凝土。

4.6 鋼筋籠加工、安裝

鋼筋均采用數控設備自動化進行切割、車絲、打磨一體化成型，以提高鋼筋直螺紋車絲質量。鋼筋籠整體制作，A型樁矩形籠，采用人工加工。B形樁圓鋼筋籠箍筋采用滾籠機將螺旋箍筋纏繞在籠身上，人工配合點焊固定，提高鋼筋籠整體質量。檢驗合格后，采用120T履帶起重機整體吊裝至孔內，吊裝過程中兩側焊接U型定位鋼筋，確保鋼筋籠入孔位置準確，避免施工圓形樁時損傷矩形籠主筋[3]。

4.7 混凝土灌注

混凝土灌注采用導管法，將混凝土倒入吊斗內，再用120t履帶起重機將吊斗內混凝土倒入導管頂部的漏斗內。澆筑開始后，隨時計算混凝土灌注量及導管埋深，確保導管底端埋在混凝土面以下2～4m，混凝土超灌不少于0.5m，混凝土灌注要保障連續。套管和導管的拆除應與混凝土灌入量匹配。為避免鋼筋籠上浮，混凝土初凝前，套管應緩慢旋轉提升拔出。

5 施工關鍵技術

5.1 樁的垂直度控制

根據設計要求，咬合樁的垂直度允許偏差為3%，本工程咬合樁均采用配筋設計，保護層70mm，施工過程中，應嚴格控制孔位誤差和樁的垂直度，確保樁間有足夠的咬合量，防止“劈叉”，同時防止套管切割到鋼筋，對套管刀具的損傷，同時降低咬合樁抗剪能力。咬合樁施工前，對成品套管進行檢查，套管垂直度總體偏差應控制在1%～2%，應檢查每一節套管的垂直度并進行校正，合格后方可使用。

全回轉鉆機安置到位后，通過液壓支座調整使鉆機成水平狀，鋼套管在下壓施工過程中采用鉛垂法對垂直度檢測，將鉛垂設置兩個垂直方向，侵入機油桶防止晃動，觀測點要遠離成樁點，避免震動影響，垂直度滿足要求方可繼續施工。

5.2 嵌巖施工

車站主體圍護結構設計嵌巖咬合樁201根，樁徑1000mm，間距 750mm，咬合樁入中風化3.5～12.4m，施工難道大、周期長、成本高，嵌巖施工是咬合樁施工的關鍵。全部采用全回轉套管施工，巖石的完整型和高強度，對套管損失較大，周期也較長，同時對內部巖層抓斗通過自身重力難于取出。

因此本工程采用全套管全回轉鉆機+旋挖鉆機結合的施工方案，全回轉鉆機將套管穿越強風化巖層后進入中風化巖層400～600mm。然后采用旋挖鉆開始引孔，旋挖鉆采用直徑600mm高強度合金鉆頭鉆進，為保證垂直度，開始采用低壓慢速度鉆機，鉆進壓力控制在3～5MPa，鉆進速度鉆進速度0.2～0.4m/h，每鉆進0.5m左右，提升鉆頭一次，為減少對鉆頭的磨損，鉆進過程中，增加少量膨潤土泥漿進行潤滑。鉆機深度超過1m后，鉆進壓力控制在15～20MPa，鉆進速度0.1～0.2m/h, 每鉆進0.6～0.8m，取除巖層，循環最終至設計樁底標高。

旋挖鉆機完成后撤離，然后吊裝全回轉鉆機繼續壓入套管至設計標高，旋挖鉆為全回轉提供一個臨空面，在全回轉壓力和套管旋轉切割作用下，巖石層極易破碎，套管也相對容易切割巖石至設計標高，破碎巖石也容易被錘式沖抓斗抓取。加快硬質巖層中施工速度，解決嵌巖是難題，大大降低成本[4]。

6 施工效果

6.1 樁體變形

在基坑開挖過程中，土壓力對咬合樁的內向位移和變形都會產生影響。通過對懸掛咬合樁標準剖面樁位移監測點分析可知，樁體測斜位移監測數據單日最大變化值為0.72mm/d，從開挖至結構封閉，最大累積值為21.58mm，遠遠小于軟土基坑變形要求，滿足基坑安全要求。

6.2 止水效果及外觀質量

咬合樁施工完成后，在基坑開挖過程中，經對外觀質量檢查可知，咬合緊密，垂直度滿足要求，墻面整體呈現干燥狀態，除存在局部少量濕漬，并無明細滲水現象，咬合樁整體外觀質量較好，無漏筋、鼓包、侵限問題出現。

7 結論

本文以寧波軌道交通2號線紅聯站B號基坑車站圍護結構工程為研究對象，闡述土巖地層深基坑懸掛咬合樁支護體系關鍵施工技術，并對開挖過程中咬合樁的實際變形量等進行研究。通過變形數據分析和基坑開挖效果，對嵌巖咬合樁可以進一步優化，嵌巖施工是本工程的一大難題，也是影響工期和成本關鍵點，對咬合樁A樁和B樁發揮作用不同，圓形B樁主要為受力樁，A方形樁主要為止水。圓形B樁嵌巖深度不小于3.5m控制，而A方形樁嵌入中風化巖層不少于1m進行控制，基坑安全性能得到保證，工期和經濟上效果更佳。

寧波軌道交通2號線紅聯站B號基坑咬合樁樁用51天施工順利完成，平均4根/d，成樁隔水效果、外觀質量以及環保效果等多方面均表現良好，驗證了土巖復合地層懸掛咬合樁施工工藝的可行性，為類似工程提供參考。