关键词：冲孔咬合桩； 基坑支护； 超缓凝混凝土； 围护桩
咬合桩支护结构由于其桩心相交咬合，克服了传统桩心相切桩防水效果差的缺陷，在有效止水的同时，由于结构整体刚度较大，故可用作主体结构侧墙的一部分参与受力，相对于地下连续墙，咬合桩支护结构本身在经济上具有较大优势。 咬合桩支护结构作为一种新型的基坑围护结构新技术，近年在深圳地铁工程中得到了广泛应用，主要采用“套管桩机 + 超缓凝型混凝土”施工工艺，而本文介绍的是另一种咬合桩施工工艺即冲孔法，结合该工艺在深圳某填海区排洪渠的成功应用，分析冲孔工艺在咬合桩结构中的施工要点，并总结相关经验。
1 工程概况
该排洪明渠位于深圳南山区前海平南铁路以西，平行于铁路呈南北向布置，全长约 1.2km ，其中矩形断面（宽 15～20m ）约 700m ，开挖深度 5m ，采用双排桩支护，前排为冲孔咬合桩，后排为冲孔灌注桩，两排桩通过连梁连接而形成受力整体，如图 1 所示。
本工程场地原始地貌为滨海浅滩，大部分地段填土时间不长， 东侧紧临填海区土石方运输通道及铁路，明渠东侧距该通道中线约 8m ，距铁路某股道约18m ；西侧为地铁车辆段用地，填海造地刚结束，正在对场地进行软基处理。
根据勘察资料， 本排洪明渠基坑开挖深度影响范围内的主要土层如下： ①人工填土层：松散～稍密，普遍分布，层厚0.5～8.6m； ②人工填石层：主要由块石夹碎石土组成，块石约占 50％～80％ ，块径多为 20～50cm，大面积分布，层厚 1.1～8.8m； ③淤泥：含大量贝壳及蚝壳，质地较细腻，饱和，软塑 ～ 流塑，底部普遍含淤泥质粉细砂，层厚 2.3～5.7m； ④ 粗砂：局部含较多有机质和石英质，及较多贝壳，饱和、松散，层厚0.4～4.2m ； ⑤ 粗砂：主要成分为石英，含粘性土约 10％～40％，稍密，局部松散，饱和，层厚 0.6～4.5m； ⑥ 砾质粘性土：由粗花岗岩风化残积而成，原岩结构已破坏，含石英砾约 20%～40％。
场地地下水主要在填石（砂）、粗砂及冲积粗砂等地层中，属潜水类型，与海水有良好的水力联系，水位因降水和潮汐情况而变化。 勘察期间钻孔内混合稳定水位埋深 0.7～4.5m ，标高 0.2～2.8m。
2 明渠支护结构设计
明渠矩形断面段支护结构采用双排桩，前排咬合桩的作用是挡土、止水并作为明渠的永久支护结构，分为 A 、 B 型桩，桩径为 f 1200 ，咬合厚度 15cm 。A 型桩按主要受力结构进行配筋，主筋为 Φ28 （焊接连接），箍筋为 f 8 圆钢，加强箍为 Φ16，钢筋笼保护层为 7cm 厚的 C30 混凝土。B 型桩采用构造配筋，主筋为 Φ22（焊接连接），钢筋笼保护层为 15cm 厚的C25 混凝土。桩长均为 17.2m ，采用水下混凝土灌注成桩，要求控制水平偏差小于 50mm，垂直偏差小于0.3%，桩顶标高与钢筋笼标高偏差小于 20cm ，充盈系数约为 1.1，沉渣厚度小于30cm。
3 咬合桩施工
本工程咬合桩选用冲孔工艺的主要原因如下：① 场地地质条件复杂，存在较厚的填石层，全套筒成桩作业困难； ② 场地狭小，加上汛期即将到来，工期相当紧，市场上套筒钻机设备相对较少。 而采用冲孔工艺则冲孔桩机应用较普遍，且安装、拆卸方便。
3.1 工艺流程
⑴ 单桩施工流程： 平整场地 → 测放桩位→埋设护筒→桩机就位对中→冲孔→测量孔深→清孔检查→吊放钢筋笼→放入混凝土导管→浇注混凝土成桩。
⑵ 排桩施工流程：咬合桩先施工 B 型桩，然后在施工 A 型桩时利用 冲 锤 的 冲 击 力将相邻两侧已终凝的 B 型桩相交部分混凝土冲切掉，从而实现咬合。 施工流程及剖面示意如图 2～3 所示。
3.2 施工关键技术
⑴ 孔口定位误差控制为了保证冲孔咬合桩有良好的咬合效果，应严格控制孔口的定位误差，本工程孔口定位误差的允许值为 ±50mm 。
⑵ 单桩垂直度控制控制桩体垂直度是为保证桩与桩之间的咬合，确保围护结构具备良好的截水效果。根据《地下铁道工程施工及验收规范》，桩垂直度偏差允许值为 3‰。冲孔过程中要控制好桩孔的垂直度，必须抓好以下 2 个环节：
① 护筒对中与埋设时，若地表层为人工填石，护筒埋设困难，则应将护筒埋设深度范围内的填石层挖除，四周回填粘土并夯实，保证护筒埋设牢固。
② 冲锤穿越填石层及淤泥层等特殊地层时，垂直度容易出现偏差，应加强对冲锤中线与桩位重合情况的检查， 穿越淤泥层时适当降低冲锤落距与锤击频率，增大泥浆稠度，以便在淤泥层尽快形成泥浆护壁。当冲锤明显偏位，桩身垂直度偏差过大时，应停止冲孔，回填粘土后重新开孔。
⑶ 钢筋笼垂直度控制
冲孔咬合桩的施工顺序是先施工 B 型桩，若钢筋笼垂直度出现较大偏差，则在冲击 A 型桩时极易冲切到 B 型桩的钢筋笼并造成破坏。 为了有效控制B 型桩钢筋笼的垂直度，应采取如下措施：
①钢筋笼每隔 2m 设置加强箍 1 道，并在钢筋笼内每隔 3～4m 装 1 个可拆卸的十字形临时加劲架，在钢筋笼吊放入孔后再拆除。钢筋笼直立时采用双钩吊车，避免钢筋笼起吊时发生较大的弯曲变形，钢筋笼接头部位应顺直；
② 在钢筋笼周围主筋上每隔一定间距设置混凝土垫块，根据咬合厚度及孔径进行设计；
③ 钢筋笼下放到位后再次对中，对中完成后采取措施固定好位置；
④ 在钢筋笼底部加焊一块比钢筋笼略小的薄钢板，增加其抗浮能力，避免出现“浮笼”现象。
3.3 监测的基本要求
⑴ 监测内容：包括双排桩桩顶水平位移、坑外地面与管线沉降、钢筋应力等；
⑵ 测点布置： 水平位移及沉降测点沿基坑以50m 间距进行布置， 钢筋应力监测布置在A型桩、后排桩及连梁上，桩身主筋上各布置 10 个钢筋应力计，连梁上布置 4 个钢筋应力计；
⑶ 监测频率：基坑土方应分段分层开挖，期间各项监测每 3d 进行一次，开挖至坑底后，明渠结构施工期间每 7d 监测一次，施工完毕后若变形及应力稳定，可调整至每 15d 监测一次，直至明渠竣工。
3.4 实施效果
桩顶冠梁及连梁施工完毕并达到龄期后开挖基坑土方，露出的桩位排列清晰完整，咬合桩围护桩体基本无渗漏水且钢筋混凝土桩无裂缝，基坑变形及桩身钢筋内力基本控制在设计计算值内。
4 咬合桩“套管桩机 + 超缓凝混凝土”与冲孔施工工艺的对比
4.1 前者属干孔作业，施工安全，噪音低，振动小，无泥浆排放，有利于环保和文明施工，桩机成孔全套管跟进，对周围土体扰动小，有利于管线和建筑物的保护；而后者冲孔过程中需泥浆护壁，泥浆排放或处理不当将会污染环境。
4.2 前者需控制的关键技术多，尤其是超缓凝混凝土对温度、湿度较敏感，因此不同工程需通过试验确定合理的参数，遇到特殊地质条件（如填石层或大孤石）时施工较困难，其应用受到一定限制；而后者为灌注桩施工工艺，普通水下混凝土灌注成桩，技术通用性强，对场地要求较低，适用于各种复杂地质条件，工艺相对简单。
4.3 前者是靠钻机液压油缸行程将套管压入土层，套管可边压入边纠偏，且可随时派人进入套管内检查成孔精度，因此咬合桩成孔精度高，桩身平滑；而后者是利用冲锤冲击成孔，成孔精度及垂直度不如前者，且桩身较粗糙，若作为外露结构面则需另做处理，本工程就是在咬合桩结构外侧再做 30cm 厚的清水混凝土衬墙，以利于结构美观。
4.4 前者施工前需先做混凝土导墙，且超缓凝混凝土的成本相对高于普通水下混凝土； 而后者工艺简单，在工程造价控制方面更具优势。
5 结束语
本工程咬合桩支护结构稳定， 整体达到防渗止水效果及支护作用， 证明冲孔咬合桩在海滨滩涂等复杂地质条件和高地下水位土层中的适用性， 冲孔咬合桩工艺在民用建筑深基坑及地铁工程中有着较为广阔的的发展应用前景。
参考文献
［1］ GB50299－1999 地下铁道工程施工及验收规范［S］
［2］ DBJT 15-20-97（广东省标准） 建筑基坑支护工程技术规程［S］
［3］ JGJ 120-99 建筑基坑支护技术规程
论文作者:沈旭熙
论文发表刊物:《城镇建设》2019年10期
论文发表时间:2019/8/15
标签：冲孔论文; 钢筋论文; 混凝土论文; 结构论文; 基坑论文; 明渠论文; 工程论文; 《城镇建设》2019年10期论文;