钻孔咬合桩在市民中心S2车库的应用
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摘要：本文论述了钻孔咬合桩在深基坑围护中的工艺研究及应用，探讨钻孔咬合桩的施工工艺及质量控制，并通过在杭州地区深基坑围护中的应用，为今后钻孔咬合桩在深基坑领域的施工提供理论依据。
关键词：钻孔咬合桩；深基坑围护；质量控制
一、钻孔咬合桩工艺原理
钻孔咬合桩是采用全套管钻机施工，施工方法为全套管施工法（即跟管取土钻进法），其工艺原理为：采用全套管钻孔钻机的液压摇动装置并辅以加压，使套管反复边做圆周摇动、边压入，从而较大幅度地减少套管与土层间的摩阻力，同时抓斗不间断的取土，如此钻至设计深度。然后，测定孔深，放入钢筋笼，再按适宜的工艺要求灌注混凝土即可成桩。钻孔咬合桩是桩与桩之间形成相互咬合排列的一种基坑支护结构，为了便于切割，桩的排列方式一般为一根素混凝土桩（A桩）和一根钢筋混凝土桩（B桩），间隔布置，施工时先施工素混凝土桩，再施工钢筋混凝土桩，要求必须在素混凝土桩初凝之前完成钢筋混凝土桩的施工。钻孔咬合桩采用液压全套管钻机施工，钢筋混凝土桩施工时，利用套管钻机的切割功能切割掉相邻素混凝土桩相交部分的混凝土，实现咬合。以下就钻孔咬合桩的施工工艺阐述如下：
图1 钻孔咬合桩平面图
二、钻孔咬合桩工艺流程
（一）单桩施工流程
1．导墙施工
导墙是在施工咬合桩的地面上浇筑一道用来控制咬合桩平面位置和垂直度的混凝土导向墙。
2．钻机就位
待导墙混凝土有足够强度后，移动套管钻机，使抱管器中心对应在导墙孔位中心。
3．取土成孔
压入第一节套管，然后用抓斗从套管内取土，一边取土，一边继续下压套管，始终保持套管底口超前开挖面2.5m以上。第一节套管压入土中后，检测垂直度，如不合格进行纠偏，如合格则安装第二节套管继续下压取土，如此反复，直至设计孔深。
4．钢筋笼制作和吊放（B桩）
（1）钢筋笼制作根据设计要求采用加劲成型法，钢筋笼整节制作。
（2）钢筋笼起吊安装时，要确保钢笼的垂直，不变形。钢筋笼必须缓慢入孔，不得高起高落、冲击。
5．混凝土灌注
采用水下混凝土灌注法施工。混凝土采用商品混凝土，为保证砼初灌量，第一斗采用大满斗砼一次性灌入，并保证灌注的连续性。
6．拔管成桩
混凝土初期灌注时，根据套管在混凝土中的埋管深度适时提升套管，每次提升高度为0.5m左右。套管提升时，用吊车吊住套管，慢慢上拔套管，上拔套管需左右摇晃，以便混凝土流入套管所占空间，B桩要确认钢筋笼未上浮。当第一节套管提升出孔口一定高度时，拆除第一节套管。第一节套管拆除后，套管提升可根据管节长度确定（即每提升一次拆除一节套管），同时注意始终保持套管低于混凝土面不小于2.5m。
（二）排桩施工流程
总的原则是先间隔施工A桩（素混凝土桩），在A桩混凝土初凝前，用液压套管钻机切割A桩部分桩体后，施工A桩之间的施工B桩（钢筋混凝土桩），最终形成施工A桩与B桩的咬合结构。第一序采用超缓混凝土灌注，确保第二序的顺利成孔，第一序桩的起始桩采用砂桩。其施工工艺流程是：
A1―A2―B1―A3―B2―A4―B3―…………………An―Bn-1
三、质量保证措施
钻孔咬合桩作为深基坑围护结构，其质量控制的关键在于确保咬合质量，主要表现在成孔质量和混凝土质量控制等方面。现就有关钻孔咬合桩施工质量的控制方法，以及施工中出现问题的处理方法等阐述如下：
（一）成孔质量控制
1．开孔定位
根据咬合桩施工顺序进行钻机就位，使抱管器中心对应定位在导墙孔位中心。第一节套管入孔后，应严格控制孔口定位误差。
2．垂直度控制与检验
咬合桩的垂直度控制标准为0.3%。在成孔过程中要控制好桩的垂直度，必须作好以下2个环节：
（1）套管的顺直度检查和校正
钻孔咬合桩施工前应在平整地面上进行套管顺直度检查和校正，首先检查和校正单节套管的顺直度，然后将按照全桩长配置连接整根套管，进行整根套管的顺直度检查和校正。单节套管(8m)的顺直度偏差宜小于5mm，整根套管（25―35mm）的顺直度偏差宜小于10mm。
（2）成孔过程中桩的垂直度监测和检查
1）地面监测
在地面选择两个相互垂直的方向采用经纬仪或吊线锤监测地面以上套管的垂直度，发现偏差及时纠正。
2）孔内检查
每节套管下压完成后，安装下一节套管之前，采取人工进入孔内用吊线锤测量孔口与孔底垂直度偏差的方法，或采用“测环”进行孔内垂直度检查，不合格时需进行纠偏，直至合格后才能进行下一节套管施工。
3．垂直度偏差的纠正方法
成孔过程中如发现垂直度偏差过大，必须及时进行纠偏调整。其纠偏方法如下：
（1）套管入土较浅时的纠偏方法
如果套管偏差不大或套管入土深度不超过5m时，可直接利用磨桩机的顶升油缸和推拉油缸调节套管的垂直度，以达到纠偏的目的；
（2）A桩（素混凝土桩）的纠偏方法
当A桩入土5m以下发生较大偏差，且利用磨桩机油缸纠偏达不到要求时，可向套管内回填砂或粘土，同时起拔套管，直至将套管提升至上一次垂直度检查合格的位置，然后调直套管，检查其垂直度合格后再重新下压；
（3）B桩（钢筋混凝土桩）的纠偏方法
B桩的纠偏方法与素砼桩基本相同，不同之处在于不能向套管内填砂或粘土，而应填入与A桩相同的砼。
4．压管钻进与开挖取土
压管钻进与开挖取土是咬合桩成孔的主要工序，二者应同时进行，即磨桩机通过摇摆、下压套管的同时，用抓斗从套管内取土，以减少土层阻力，达到成孔的目的。施工时应始终保持套管底超前开挖面的深度在2.5m以上，使套管底部形成一定深度的“土塞”。防止套管周围的地下水或泥砂从套管底部涌入，造成地面下沉或塌陷。
5．终孔后清孔
终孔后对孔深、垂直度进行检查和验收。采用全套管法施工，孔内分为有水和无水两种情况，当孔内无水或仅有少量地下水渗入时，可直接吊放钢筋笼、下导管进行砼灌注施工。当孔内积水较多时，应测定孔底沉渣厚度，若沉渣厚度大于10cm，须进行清孔。
（二）砼灌注质量控制
全套管法砼灌注分为有水和无水两种情况。孔内有水时采用水下砼灌注法施工，孔内无水时则采用干孔导管法流态灌注。钻孔咬合桩砼灌注质量控制，重点应作好以下工作：
1．确定A桩砼缓凝时间
A桩砼缓凝时间根据单桩成桩时间来确定，单桩成桩时间与地质条件、桩长、桩径，和钻机能力等有直接联系。因此，A桩砼缓凝时间可以根据以下方法来确定。
测定单桩成桩所需时间t，确定A桩砼的缓凝时间，可根据下式计算。
T=3t+K
式中：T――素桩砼的缓凝时间（初凝时间）；
K――储备时间，一般取10～15小时；
t――单桩成桩所需的时间。
单桩成桩时间需根据工程地质通过试桩来确定。
2．防止A桩砼涌入B桩孔内
在B桩成孔过程中，由于A桩砼未凝固，还处于流动状态，因此，A桩砼有可能从A、B桩相交处涌入B桩孔内，防止该现象发生，有以下方法可以采用：
（1）A桩砼的塌落度应尽量小一些，为160cm，以便降低砼的流动性；
（2）套管底口应始终保持超前于开挖面一定距离，不应少于2.5m；
（3）必要时（如遇地下障碍物套管底无法超前时）可向套管内浇注入一定量的水，使其保持一定的反压来平衡A桩砼的压力，阻止A桩砼流入B桩的现象发生；
（4）B桩成孔过程中应注意观察相邻两侧A桩砼顶面，如发现A桩下陷应立即停止B桩开挖，并一边将套管尽量下压，一边向B桩内填土或注水，直到完全制止住A桩砼涌入B桩现象为止。待A桩缓凝混凝土塌落损失一段时间后再继续施工B桩。
3．套管埋置深度控制
采用全套管法砼灌注过程中，需及时测量砼面高度，掌握套管的埋置深度，同时磨桩机应不停地做摇摆和少量上拔套管的动作。套管埋置深度一般应控制在4～10米之间。
四、工程实例
杭州市市民中心由6幢主楼与4幢裙楼组成，6幢主楼设两层地下室，4幢裙楼设一层地下室，均已初步建成。新增s2楼位于已建地下车库东侧，设两层地下车库。基坑平面均呈矩形，S2长约340m，宽约50m。设计±0.00相当于绝对标高+9.43m，自然地面整平后相对标高-2.20m，基坑开挖深度约14m。本工程根据周围环境的特点采用多种围护形式相结合的施工方案。
1．S2楼地下车库靠新业路、钱江路一侧采用咬合桩加一道内支撑，同时结合三～四道预应力锚杆支护。
2．S2楼在紧邻已建地下车库一侧采用高压旋喷桩复合土钉墙。
3．S2楼靠富春江路一侧采用大放坡开挖。
4．围护桩采用咬合桩，桩径1000mm，钢筋砼桩与素砼桩互相咬合250mm。其中钢筋砼桩269根，素砼桩268根，桩顶标高为-6.85m，桩底标高钢筋砼桩为-28.0m，素砼桩为-23.0m。混凝土强度等级钢筋砼桩为C25，素砼桩为C15（超缓凝）。
工程于2007.1.18开工，现场投入2台VRM2000型、2台MZ1500型钻孔咬合桩机、1台80T履带吊车进行施工。工程进展顺利，66天完成537根咬合桩施工任务，施工质量优良。基坑开挖后，咬合桩无渗漏情况，整体围护结构安全稳定，并成功抵御了2007年10月8日强台风“罗莎”的侵袭。（附工程照片）
五、结论与建议
1．杭州市市民中心S2车库基坑采用咬合桩围护结构，在基坑开挖后，咬合桩外观整齐光洁，整体达到防渗止水效果。证明了咬合桩在杭州砂土高地下水位土层中的适用性。
2．咬合桩施工进度快、成孔成桩质量好、工程造价低，施工安全，噪音干扰小，无泥浆排放，利于环保。咬合桩机成孔全套管跟进，对周围土体扰动小，利于管线和建筑物保护。
3．在基坑工程中，只要围护结构的挡土和止水效果好，并及时架设支撑，基坑开挖时对周围环境不会造成太大的影响，完全可以保证紧邻高层建筑物的沉降变形满足要求；
4．钻孔咬合桩围护结构型式，可广泛应用在城市地铁和高层建筑深基坑施工中，一定会取得可观的社会效益和经济效益，将会有广阔的应用前景。
参考文献
[1]郭志武，陈洪光，冯健，等．超缓凝混凝土在咬合桩施工中的应用[J]．隧道建设，2004．
[2]高玉明．钻孔咬合桩在软土深基坑围护施工中遇到的难题分析[J]．江苏地质，2003．
[3]唐涛、刘佑荣．钻孔咬合桩新工艺应用中遇到的问题分析[J]．土工基础，2005．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。