临海地质条件下冲(钻)孔咬合围护桩施工技术
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文章摘要：结合厦门世茂海峡大厦项目的建造过程，详细阐述了在近海抛填石区域深基坑工程选择冲（钻）孔灌注桩施工时容易碰到的问题及解决方法,并介绍了施工要点,同时也验证了这些技术措施的可行性及经济性。
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
一、工程概况
厦门世茂海峡大厦工程基坑周长约653m，面积约20355平方米，开挖深度为16.9m，基坑围护采用冲孔咬合灌注桩，目的是达到围护止水的效果，其中素混凝土冲孔桩桩径均为φ800，混凝土标号为C20；钢筋混凝土冲孔灌注桩桩径分别为φ800@1100、φ900@1200、φ1000@1300、φ1100@2800。钢筋混凝土桩混凝土标号均为水下C30。
本基坑东侧离海堤最近距离仅为18米，北侧离老住宅最近为3.6米，地质条件复杂，地表抛填石层厚达12m，部分桩孔开孔后遇滚石、微风化孤石，中微风化花岗岩层层顶坡度大，岩层坚硬，冲击锤头受损大并易造成孔斜，需采取相应措施穿透微风化孤石层并保证垂直度。
地层上部大部分区域与海水连通，地层中部有软弱土层及含有承压水的砂层，施工时应防止泥浆性能指标不稳定、孔内水头突变、垮孔、坍孔事故的发生。
二、工艺原理
冲孔咬合桩是在桩与桩之间形成相互咬合排列的一种基坑支护结构（如图2-1所示），为便于切割，桩的排列一般为一根素砼桩（A桩）和一根钢筋砼桩（B桩）间隔布置，施工时先施工A桩后施工B桩，A桩砼采用水下C20素混凝土，要求尽量在A桩砼终凝之前完成B桩的施工。B桩施工时采用冲孔钻机切割掉相邻A桩相交部分的砼，实现咬合。施工过程中有两台桩机为一个工作组，桩机Ⅰ施工A桩，桩机Ⅱ施工B桩。我项目在施工冲孔咬合桩时全面考虑了施工中的各种因素，决定施工时先连续施工4根A桩（素混凝土桩），再开始B桩（钢筋混凝土桩）的施工，即施工时一直保持在A1~A4施工完成后才开始施工B1桩。
图2-1 冲孔孔咬合桩施工平面示意图
三、冲（钻）孔灌注桩施工要点
1冲孔
（1）开孔：在开孔阶段冲孔进度不宜太快，一般控制台班进尺在1米以内，相应地提锤高度要小，冲击次数要多（见下表），这样产生的冲击力小，使孔壁逐渐受水平力的挤压而密实。
此时如果冲击过猛，进度太快，孔壁不能较好地形成，反而会引起坍孔。所以在开孔阶段要严格控制冲孔进度，以利于加强孔壁。在开孔深度，护桶底以下3～4米范围之内，要求尽可能把孔壁护得牢实一些，此后进入正常冲孔，就不容易产生坍孔。
（2）正常冲孔：经过轻冲击的开孔阶段之后，即开始正常冲孔，以加快速度。提锤高度可增至1.5～2米以上，泥浆浓度相应降低，大致在1.5以下。在正常情况下，冲孔进尺每台班为1～1.5米左右，有时更多一些。
（3）冲打岩层：岩层表面大多是高低不平，或为倾斜面，因此在冲孔刚进到岩层时，最容易产生偏孔。所以在冲孔接触岩层时，要特别谨慎。通常是向孔底抛掷直径20～30厘米的片石，将岩层斜面和高低不平之处嵌补填平。然后进行绷紧绳子低锤快打，造成一个较紧密的平台，承托冲锤，均匀受力，防止偏孔。但要注意岩层倾斜突出部分没有冲平以前，仍不能提高锤，待岩层基本上打平后，方可高锤猛打，加快冲孔进度。
冲进岩层后，泥浆浓度降到1.2左右，以减少阻力和粘锤的毛病，但不能太小，否则石渣浮不上来，掏渣困难。
冲击至岩面时，加大冲程，勤清渣。每钻进100~200mm要取一次岩样，并妥善保存，以便终孔时验证。冲击过程中，为防止跑架，应随时校核钢丝绳是否对中桩位中心，发生偏差应立即纠正。成孔后，应用测绳下挂0.5kg重铁砣测量检查孔深，核对无误后，经监理工程师终孔验收后，进行下一道工序。
冲击成孔施工要点如下：
项目 施工要点 备注
在护筒脚下2m以内 小冲程1m左右，泥浆比重1.2~1.5，软弱层投入粘土块夹小片石 土层不好时宜提高泥浆比重或加粘土块
粘土或粉质粘土层 中、小冲程1~2m，泵入清水或稀泥浆，经常清除钻头上的泥块 防粘钻，可投片石
粉砂或中粗砂 中冲程2~3m，泥浆比得1.2~1.5，投入粘土块，勤清碴
基岩 高冲程3~4m，泥浆比重1.3左右，勤清渣 如遇基岩面倾陡，回填块石至岩面以上30~50cm，先低锤密击待形成平面后正常冲击；如遇溶洞，采用回填粘土夹片石，低锤密击冲击造壁或压入钢护筒护壁
软弱土层或塌孔回填重钻 小冲程反复冲击，加粘土块夹小片石，泥浆比重1.3~1.5.
2掏渣
在冲孔过程中被冲碎的石渣，一部分和泥浆挤入孔壁空隙之中，大部分靠掏渣筒清除出外。在开孔阶段，为了要使石渣泥浆夹石子尽量挤入孔壁周围孔隙，以固孔壁，因此在冲击过程中不掏石渣，待冲进达到4～5米之后，作一次掏渣，以降低泥浆浓度。在正常冲孔阶段，掏渣要及时，不然阻力太大，不利于冲击。一般每台班掏渣一次，每次掏出石渣泥浆4～5桶，但在掏渣的同时要注意两点：
（1）及时向孔内加水，保持孔内水位必须的高度，以免水压降低而坍孔。
（2）掏完石渣之后，应即向孔内加添护壁料，恢复泥浆正常浓度。如此循环更换，可以保证冲孔顺利进展。至于冲进岩层以后，一般也是每台班掏渣一次，每次掏出的渣浆5～6桶。
3下钢筋笼
为了吊放钢筋笼的方便，钢筋笼不宜太长，每节8～10米左右，因此钢筋笼长度可根据桩孔深度及其总长度分节绑扎，又为了增加钢筋笼的起吊刚度，可采取临时措施，用直径约15厘米的圆木，长为钢筋笼长度的一半，绑扎于钢筋笼内的中部，钢筋笼竖直以后，即将圆木解除，然后下放。
根据三脚架的高度和钢筋笼的长度采取如下的方法吊放：
钢筋笼分节吊放，但要在三脚架上端立一独脚扒杆，以增加起吊高度，把第一节钢筋笼吊放孔内，并把它挂起来，即把第二节吊上去，对好第一节，进行焊接，焊接完毕，撤掉吊挂钢筋笼的设施，然后继续吊放下去。
在起吊和下放钢筋笼时，要控制吊放速度。起吊要慢，速度要均匀，使钢筋笼沿着三脚架的脚徐徐上升，逐渐竖起来。起吊过猛，可能使钢筋笼变形，钢筋笼起吊竖立以后，要使之顺直徐徐下去，要防止钢筋笼在孔内摆动，碰撞孔壁，引起坍孔。
4清孔
钢筋笼下好之后，即进行清孔工作。
1）安装清孔器：
在孔口附近将清孔导管两节一拼，拼成几大节。下节接好进气管，上节安好喷嘴弯头。然后利用吊架的顶滑轮顺序吊放。首先把最下一大节吊入孔内，下至适当位置挂住，随即将第二大节吊上去与之连结，如此更续吊装下放，直至全导管安装完毕。导管要高出地面3～4米，喷嘴要对准出水口，为了防止导管转动出事故，用两根圆木将导管夹住，即控制喷水方向，还起压住导管的作用。同时接通水源。清孔开始之后，即向孔内灌水，以保持孔内水位，避免造成坍孔。
2）清孔：
空压机和抽水机同时开动。空压机的气压不小于6～7公斤。按照吹砂器的一般原理，空压机不断向导管内输送高压气，导管内形成一般强大的高压气流向上跑，被搅动泥渣随着高压气流向上涌，从喷嘴喷出来，直至孔口喷出清水为止。这样一般小于清孔管直径的卵石都可以被清除出来，留在孔底的只是个别的大于清孔管直径的卵石，这对于混凝土的质量是没有什么坏处的。
根据实践经验，认为这种清孔方法，基本上是可以达到要求的。
5灌注水下混凝土
1）安装导管：
A、在清孔的同时，即进行灌注混凝土的准备工作，并且要求在清孔完毕之前准备就绪。清孔完毕，撤除清孔设备，吊出清孔器，随即吊装混凝土导管。混凝土导管必须事前试拼，并分成几段，依次摆好，以便吊装。对导管的要求：必须顺直，不要有弯曲不平，以免阻碍隔水球下落；导管连结法兰盘的螺栓要拧紧，不要漏水漏浆。
B、混凝土导管利用三脚吊架起吊安放。
C、导管应安放在桩孔的中心，加以固定。下端出口距离孔底30～40厘米，不能太大。这里采用的导管直径是30厘米的，混凝土的隔水球尺寸也较大，所以导管出口距离孔底较大，因此最初流出的混凝土发生较重的水洗。导管直径以20或25厘米为宜，隔水球的尺寸也要减小，这样导管口距离孔底可控制在30～35厘米以内，混凝土水洗现象当可减轻。
2）灌注混凝土：
A、混凝土流动性不宜太大，其坍落度一般控制在18～20厘米左右。
B、在剪球之前必须储备足够的混凝土，计算须使混凝土埋没导管五、六十厘米深。剪球之后，混凝土须不断下入漏斗，毋使导管内混凝土发生中断。
C、控制导管埋置在混凝土内的深度，一般当导管下部埋入混凝土2～2.5米时，就要提管，提管必须谨慎，防止提出混凝土以外，务使导管下端仍埋没在混凝土内100厘米左右，以免翻浆出事故。如果埋设太深，提管将发生困难。
D、混凝土打完即将护桶撤掉。
四、质量控制措施
1 施工过程中孤石的判断措施
首先施工过程中地质判断最好根据捞取的钻渣判断，检查渣样的裂隙面粗糙程度以及硬度还有颜色，一般的孤石的渣样的色相纯度是比较高的，裂隙发育不是太完全，渣样岩面比较粗糙，当然要看什么地质情况，还有每天的钻进深度，施工的打桩记录也可以参照，毕竟孤石冲击时间要长一些。其次是采用当地长期从事桩基施工的有施工经验的老师傅，在清渣时采用管锥效果判断，能根据测绳的感觉一般都能达到效果。
2 冲孔咬合桩质量控制措施
1）孔口定位误差的控制
为了保证冲孔咬合桩底部有足够的咬合量，应对其孔口的定位误差进行严格的控制，孔中定位误差的允许值可按表4-1来进行选择。
表4-1孔中定位误差允许值
注：表中孔口定位误差允许值单位以mm计。
2）成孔过程中桩的垂直度监测和检查
地面监测：在地面选择两个相互垂直的方向采用线锤监测地面以上部分的桩机的垂直度，发现偏差随时纠正。这项检测在每根桩的成孔过程中应自始自终坚持，不能中断。
3）咬合厚度的选择
相邻桩之间的咬合厚度d可根据桩长来选取，桩越短咬合厚度就越小（但最小不宜小于100mm），桩越长咬合厚度就越大，按下式进行计算：
d-2(kL+q)≥50mm（即保证桩底的最小咬合厚度不小于50m）
式中L---桩长
k---桩的垂直度
q---孔口定位误差容许值
d---钻孔咬合桩的设计咬合厚度
3 事故桩的处理方法
在钻孔咬合桩施工过程中，因A桩混凝土的质量不稳定出现早凝现象或机械设备故障原因，造成钻孔咬合桩的施工未能按正常要求进行而形成事故桩。事故桩的处理主要分为以下几种情况：
1）平移桩位单侧咬合
如图4-1所示，B桩成孔施工时，其一侧A1桩的砼已经凝固，使其冲孔机不能按正常要求切割咬合A1、A2桩。在这种情况下，宜向A2方向平移B桩桩位，使冲孔机单侧切割A2桩施工B桩，并在A1桩和B桩外侧另增加一根旋喷桩作为防水处理。
图4-1平移桩位单侧咬合示意图
2）背桩补强
如图4-2所示，B1桩成孔施工时，其两侧A1、A2桩的砼均已凝固，在这种情况下，则放弃B1桩的施工，调整桩序继续后面咬合桩的施工，以后在B1桩外侧增加三根咬合桩及两根旋喷桩作为补强、防水处理。在基坑开挖过程中将A1及A2桩之间的夹土清除喷上砼即可。
图4-2 咬合桩背桩补强示意图
3）预留咬合锲口
如图 4-3所示，在B1桩成孔施工中发现A1桩砼已有早凝倾向但还未完全凝固时，此时为避免继续按正常顺序施工造成事故桩，可及时在A1桩右侧施工一步砂桩以预留出咬合锲口，待调整完成后再继续后面桩的施工。
图 4-3 预留咬合企口示意图
五、结语
施工实践结果表明，在类似土质、水文条件下使用冲孔咬合桩围护结构时，有三个技术措施需要注意：一是一序桩与二序桩定位应准确，使得二序桩与一序桩咬合充分；二是一序桩浇筑顶标高应平齐，素砼桩强度应均衡，不能太软，砼强度控制在C15～C2O量级较合适，避免偏孔与卡锤，提高施工速度；三是控制桩间后压浆时间在支护桩灌芯后12～24小时之间，提高围护止水效果。通过以上技术措施的控制，在类似土质、水文条件下，采用咬合桩围护是一种值得推广使用的围护方式