钻孔咬合桩在下穿京沪高铁地铁车站围护结构中的应用
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【摘要】 苏州市轨道交通2号线苏州高速站站高铁桥墩影响范围200m内的车站围护结构采用Φ1000@800的钻孔咬合桩加内支撑的结构体系。本文介绍钻孔咬合桩的工艺原理，优点，特点，工程实践及其变形监测等内容。
关键词：钻孔咬合桩京沪高铁地铁车站 应用
1 前言
钻孔咬合桩是指平面布置的排桩间相邻桩相互咬合（桩圆周相嵌）而形成的钢筋混凝土“桩墙”，它用作构筑物的深基坑支护结构。 钻孔咬合桩由我国地下工程界知名专家王振信教授在国外考察时发现，并将其引进到国内推荐给深圳地铁工程。目前经过大量的工程实践，钻孔咬合桩在国内已成为一项十分成熟的支护结构施工技术，在地铁、道路下穿线、高层建筑物等城市构筑物的深基坑工程中已广泛推广，特别适用于有淤泥、流砂、地下水富集等不良条件的地层。
2 工艺原理
钻孔咬合桩是采用全套管钻机钻孔施工，在桩与桩之间形成相互咬合排列的一种基坑支护结构，如下图2-1所示，为便于切割，桩的排列方式一般为素砼桩（B桩）和钢筋砼桩（A桩）间隔布置，施工时先施工B桩后施工A桩，B桩采用超缓凝砼，要求必须在B桩砼初凝前完成A桩的施工，A桩施工时采用全套管钻机切割掉相邻B桩相交部分的砼，实现咬合。如下图2-2所示。
图2-2 钻孔咬合桩施工工艺原理图
3 设备
钻孔咬合桩施工所需关键位设备为全套管液压钻机，其相关配套的设备为履带吊车、抓斗及套管等。见图3-1 钻孔咬合桩设备及施工示意图。
4 钻孔咬合桩的优点、特点
钻孔咬合桩与地下连续墙功能基本相同，但又优于连续墙，主要表现在：⑴、配筋率较低。咬合桩通常是采用钢筋砼桩和素砼桩间隔布置的排列方式，大大地降低了支护结构的配筋率。咬合桩比地铁车站基坑常用的地下连续墙结构要省20%～30%的经费,经济性好。⑵、抗渗能力更强。钻孔咬合桩是连续施工的，桩间不存在施工缝，而地下连续墙分幅接头处的施工缝往往是防渗的薄弱环节；⑶、施工灵活，由于钻孔咬合桩施工时可以根据需要转折变线，所以更适合于施工一些平面多变的几何图形或呈各种弧形的基坑。
钻孔咬合桩较普通钻孔支护排桩、地下连续墙还有以下优点：⑴、采用全套管钻机，在施工过程中，始终有超前钢套管护壁，所以无需泥浆护壁，从而节约了泥浆制作、使用和废浆处理的费用，取出的土为原土，有利于搞好工地的文明施工。⑵、扩孔（充盈）系数较小，因为在施工过程中始终有钢套管护壁， 完全避免了孔壁坍塌，从而减小了扩孔（充盈）系数，减少了砼灌注量。
钻孔咬合桩在“咬合”后形成的无缝连续“桩墙”，决定了其施工机具必需采用钢套管护壁的全套管钻机，并灌注超缓凝混凝土以及相适应的施工工艺；钻孔咬合桩特别适用于城市建筑物密集区，可降低工程造价，提高施工速度，切实保证支护结构质量，有利于施工场地的文明整洁。
5 钻孔咬合桩施工质量评价
5.1 工程概况
苏州市轨道交通2号线苏州高速站站位于澄阳路与相城大道之间，与京沪高铁苏州北站及苏嘉城际相城站(规划)垂直相交。车站位于京沪高铁苏州北站东北侧，与京沪高铁苏州北站东东侧出入口衔接，站址东面有规划中的长途汽车站，周边道路为规划中道路。
苏州高速站站车站主体结构外包长度495.20m。先期施工的一期部分主要为与京沪高铁苏州北站存在交叉施工的部分，设计起点里程为右DK0+273.327，设计终点里程为右DK0+492.127，长度为218.8米。
车站一期采用明挖顺作法施工，车站一般段基坑深度约8.8m左右，宽度（围护结构内沿）20.7m，局部深挖段深约12.5 m。高铁桥墩影响范围外车站围护结构采用直径Φ850@600的SMW工法桩加内支撑的支护形式。高铁桥墩影响范围200m内的车站围护结构采用Φ1000@800的钻孔咬合桩加内支撑的结构体系，咬合桩桩长分别为16.655m、17.505m及15.675m。沿车站竖向设置2道支撑，内支撑第一道采用混凝土支撑，第二道采用钢支撑。在高铁桥墩范围内，咬合桩设计外边线距高铁承台距离为0.815m及0.175m。
5.2 施工保证措施
由于本工程钻孔咬合桩距离高铁结构过近处设计距离仅有0.175m，围护结构施工时考虑防水施工需要的空间，主体结构外放及钻孔咬合桩施工误差等因素，综合考虑，确定外放量为10cm，施工中钻孔咬合桩边距高铁承台最近施工距离仅为7.5cm。
为了保证钻孔咬合桩的施工精度及质量，在施工过程中，项目部采用多种措施保证咬合桩施工质量：
⑴、验证超缓凝混凝土配合比，确保超缓凝混凝土质量，在钻孔咬合桩施工过程中无一例由于超缓凝混凝土提前凝固造成的施工冷缝；
⑵、在施工中完善各施工参数及细节，如根据地质、桩长及混凝土质量确定超前一颗素桩，等混凝土全部到场后再开始灌注；
⑶、商品混凝土搅拌站有专人监督混凝土配合比，严格控制外加剂的掺入量；
⑷、做好混凝土施工记录，保证各工序施工均处于可控状态；
⑸、严格控制成桩垂直度；
⑹、增加混凝土导墙的厚度，混凝土导墙实际施工厚不小于40cm。在实际施工过程中导墙无碎裂损坏。
5.3 钻孔咬合桩围护质量情况
在基坑开挖阶段，钻孔咬合桩基坑内侧轮廓清晰，桩面完整。在钢筋混凝土桩与超缓凝桩之间个别处存在轻微渗漏水情况，但经过简单处理即可完成堵漏。主体及防水施工前量测基坑围护结构内净空及桩身垂直度，围护结构无侵入主体结构线的情况。
图5-1 钻孔咬合桩基坑内侧轮廓清晰，桩面完整
5.4 高铁结构、桩体变形等监测情况
由于本基坑开挖时，基坑两侧的京沪高铁已施工完成,为了保证京沪高铁结构的安全，减少基坑开挖对京沪高铁结构的影响，实现信息化施工。在基坑开挖过程中跟踪施工进程,对高铁结构、桩体变形、基坑坑周地面沉陷等变形及受力情况进行监测,用取得的监测数据,较准确地以量化的形式反映咬合桩的可靠性。
表5-1为2011年5月17日高铁墩台监测数据，基坑开挖时间为2010年7月1日。
表5-1 高铁墩台2011年5月17日监测数据
有上表可知2010年7月1日至2011年5月17日319天累计监测数据表明：高铁桥墩水平(1.2mm)及竖向位移(2.7mm)，分别仅为报警值的12％及27％。基坑围护结构采用钻孔咬合桩围护结构型式,达到了预期的主要目的。
对咬合桩段围护桩深层水平位移、围护桩顶水平位移及围护桩顶竖向位移三项监测数据的累计量进行统计分析，见围护桩深层水平位移变化趋势图、围护桩顶水平位移变化趋势图及围护桩顶竖向位移变化趋势图。
图中横坐标对应日期表：
由上变化趋势图可见：钻孔咬合桩围护桩深层水平位移在基坑开挖过程中前75天内变化最大，以后变化趋缓；钻孔咬合桩围护桩顶竖向位移及水平位移在基坑开挖过程中前45天内变化最大，以后变化趋缓。
6 国内应用情况
钻孔咬合桩主要为全套管钻机的施工工艺。目前，全套管钻机的施工工艺已形成两大工艺系列：即用于建筑物桩基础的全套管施工法和用于地下结构的钻孔咬合桩施工法，已广泛应用于北京、上海、天津、深圳、陕西、江苏、浙江、云南、贵州等地的工业与民用建筑、地铁、道路交通等。
随着工法技术成熟的同时，国内个别企业已实现关键设备国产化，并在全套管钻机的施工工艺方面取得一定的成绩。例如昆明捷程桩工有限责任公司生产的液压摇动式全套管钻机，该机已获得国家实用新型专利（专利号：94 2 21249.5）。目前已形成系列产品，可满足成孔直径为Ф800，Ф1000，Ф1200，Ф1500，孔深35-45米的施工要求。
7 结束语
通过本次工程实践，证明了钻孔咬合桩围护形式的可靠性，同时也证明了在高铁结构下应用钻孔咬合桩的可行性。根据规划要求，地方设施与高速铁路同步建设，许多城市地铁车站与高铁同时施工，当条件适当时，应用钻孔咬合桩围护结构形式，一定会取得可观的社会效益和经济效益。
注：文章内图表及公示请以PDF格式查看。