富水砂卵石地层咬合桩施工应用论文_刘辉

摘要：咬合桩作为城市轨道交通车站深基坑围护结构，拥有环保节能、防水效果好、结构稳定、造价低廉等优势，在一些城市轨道交通车站工程的成功应用，备受设计单位青睐，咬合桩总结了排桩防水差性差，地连墙造价高的特性，发展的一种新型围护结构，本文主要结合工程实际情况，对咬合桩在富水砂卵石地层应用进行分析与总结。

关键词：轨道工程；基坑围护；咬合桩；多功能钻机

1 工程概况

本工程为乌鲁木齐市轨道交通二号线与三号线换乘车站，车站主体结构盖挖逆作法施工，车站周围环境复杂建构筑物多距离基坑较近，管线密集，基坑重要性等级为一级，基坑围护采用咬合桩结构，桩径为1m，咬合厚度20cm，桩长为15m～25m，共计639根。

拟建场地地貌单元为乌鲁木齐河一级阶地，地下水有第四系松散堆积层中的孔隙潜水、基岩裂隙水两种类型。车站涌水量9775.8m³/d，地下水位稳定11.6～12.5m。地层情况从上向下依次为①杂填土Ⅱ级普通土层厚0.8～4.1m，渗透系数45.0 m/d；②卵石层Ⅲ硬土-Ⅳ级软石层厚10.5-22.8m，渗透系数30.0 m/d；③强风化砂岩Ⅳ级软石，层厚0.8-7.8，渗透系数4.0 m/d；④中风化砂岩Ⅴ级次坚石-Ⅵ级坚石，本次勘察未击穿，渗透系数1.0 m/d。

图1 地层地质情况示意图

2 咬合桩原理

咬合桩是相邻混凝土排桩间部份圆周相嵌，并于后序次相间施工的桩内署入钢筋笼，使之形成具有良好防渗作用的整体连续防水、挡土围护结构。施工过程中采用素混凝土灌注桩和钢筋混凝土灌注桩间隔布置的钻孔咬合桩形式，咬合桩如图，分 A 桩和B桩，A 桩为素混凝土桩采用C20超缓凝混凝土，B 桩为钢筋的桩采用C35混凝土，先施工 A 桩，在 A 桩混凝土强度初凝前施工两 A 桩之间的 B 桩。按照1-3-2-5-4-7-6……施工顺序，形成相互咬合结构使之形成兼具防水、挡土的围护结构。

图2 咬合桩布置示意图

3设备选用

本工程初步选用山河智能生产SWSD3618双动力头多功能钻机进行咬合桩施工，该设备在深基坑咬合桩工程得到成功应用，该设备配备双动力头驱动，外动力头扭矩360KN*m与护筒（2cm厚钢板成型）连接，内动力头扭矩180KN*m与长螺旋钻杆连接，施工时外动力头护筒紧随长螺旋钻杆跟管防护，内动力头长螺旋旋转运送土体提升至出料口，钻进成孔。

4 主要施工步骤

步骤1：申报审批交通导改方案，施工围护结构围挡搭设；

步骤2：按照设计图位放样桩位，安装咬合桩导向墙钢筋模板，施工导向墙混凝土；

步骤3：桩基设备拼装定位，护筒全程跟进护孔，内螺旋出渣素桩成孔，灌注素桩水下混凝土（C20），拔除护筒依次跳桩施工素桩；

步骤4：护筒切割相邻素桩混凝土，内螺旋钻进成孔，成孔钢筋笼安装，灌注高标号（C35）水下混凝土，拔除护筒，剩余钢筋桩依次施工完成；

步骤5：依次分期打围，桩头破除检桩，桩顶冠梁施工，基坑开挖，依次交叉施工横撑板，桩间止水，施工车站主体结构。

5 实施情况存在问题分析及措施

5.1桩基钻孔过程中发生移位

SA274、SA276号桩基设计净距2.2m，实际成孔测量净距2.0m，SA276号桩基钢护筒结构内偏移6cm；成孔钻进时护筒底摩擦切削孤石，护筒底两侧软硬不均，护筒向单侧偏移，护筒顶部与导向墙发生摩擦，破坏导向墙棱角逐步偏移，长螺旋钻杆出渣未及时清理覆盖导向墙，不便于检查；护筒定位后由现场管理人员进行相对尺寸检查，合格后钻进施工，钻进过程中机械晃动或者更换设备，机械晃动现场管理人员及时查清原因，导向墙覆盖渣土及时清理，加强定位尺寸检查，成孔后进行交接检查由灌桩人员根据相对位置检查，尺寸无误后进行方可灌注，严格三检制度。

5.2护套螺旋无法钻进

外护筒钻至16m，内螺旋钻进20m后无法钻进，护筒内水面稳定在12.5m；内螺旋、外护筒由于扭矩及静压力不足而无法进入相应岩层不能满足施工设计要求，外护筒由平面钢板卷制而成，护筒底部无切削钻头，在护筒底部增加8个钻头解决入岩困难，护筒进入风化岩层2m后停止跟进，满足咬合桩塌孔防护作用，内螺旋无法进入中风化岩层，在护筒防护下，更换360型旋挖转接力成孔至设计标高；

5.3桩基钻进塌孔

图3 咬合桩施工现场

塌孔部位主要为杂填土层及护筒底部卵石层与岩层分界面处，如SA276号桩基混凝土设计15m³，实际超方6m³。桩顶部0.8～4.1m范围为杂填土稳定性差，强度低，扰动后易坍塌，卵石土间粘聚力小，自稳力差，螺旋钻至卵石层与岩层面，静压力不足，岩层表面空转扰动卵石土，土体逐步塌落，随长螺旋带至孔外，造成孔内局部坍塌混凝土浇筑超方；施工时杂填土层段护筒先于长螺旋钻进，超前长螺旋防护2m，分界面施工时，护筒必须先与内螺旋入岩2m后，再钻进，桩基成孔过程中护筒与螺旋相互配合调整钻进与防护，形成合力的过程。

5.4钢护筒拔除困难

护筒在剪切土层后，对土层产生微小扰动，破坏土体平衡，护筒入岩静置一段时间后，护筒周围卵石土层在水的作用下重新平衡，对护筒周围产生握裹力，护筒周围摩阻力增大，造成拔管困难，通过计算护筒要克服周边摩擦力，设备的动力头动力不足。

Qd=1/γR（UΣqfili+ηqRA）

公式为钢管桩和预制混凝土管桩轴向抗压承载力设计值计算式，钢护筒的拔除近似于桩基施工施工反过程，拔除过程不需要克服桩端阻力，

因此公式简化为：Qd=1/γR（UΣqfili）

式中各项参数及取值如下表：

表1 钢管桩和预制混凝土管桩轴向抗压承载力参数取值

经计算，Qd= 4148.1kN，在地下水与振动共同作用下，卵石土层存在“液化”现象，振动锤“液化”原理：振动锤运行时，带动偏心轮高速旋转产生振动力，振动力使打入桩体产生正弦波的垂直振动，在摩擦力的作用下强迫带动桩体周围的土体与水产生液化、位移，摩阻力减小。统计数据砂卵石层摩阻力相当于原来的15%-25%，因此4148.1×20%=829.6kN

通过分析及市场调查，综合选用DZJ-180型振动锤，激振力为977 kN，对桩基钢护筒进行拔除工作。

5.5桩基没有有效咬合

基坑过程实际施工时由于管线、结构物、机械故障等因素影响，不能按照理论顺序依次施工，造成素桩超缓凝混凝土凝固，桩位偏移不能形成咬合；一般采取背后加桩补强。

图4 咬合桩补强示意图

B桩两侧素桩一侧早凝一侧缓凝，施工时一般对B桩位置向缓凝桩方向调整，保证缓凝桩侧咬合厚度，未咬合侧紧贴早凝桩与B桩背后增加一根与素桩等长的旋喷桩增强咬合桩的防水性能。B桩施工时，A1与A2桩间距离不能满足B桩位置或两侧桩基均已凝固，一般采取在未咬合桩基桩位背后增加3根咬合桩，形成挡护体系同时保证止水效果。

通过双动力头多功能钻机对中风化泥岩以上桩孔开挖，护筒跟进至入岩2m，旋挖钻接力成孔，混凝土灌注完成1小时内通过振动锤微震动拔除护筒，有效解决了在复杂地层施工咬合桩的难题，目前已经完成86根桩基施工任务。

图5 咬合桩施工现场

6 结论

1）对于富水砂卵石地层深基坑围护结构施工时，需要认真研究详勘资料，针对砂卵石地层咬合桩施工需要进行设备组合施工，能够发挥新设备的环保、节能优势；

2）咬合桩在富水砂卵石地层施工，较地连墙施工配筋率降低，降低施工难度，相对于排桩与基坑降水，能够发挥咬合桩基坑封闭的防水优势；

3）施工组织管理，施工工艺的熟悉程度，施工问题的预判等都影响施工过程的是否顺利，在咬合桩施工过程中，需要对施工区块总体规划，细部调整施工顺序，尽量接近理论施工顺序是保证施工质量的关键。

参考文献：

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［4］ 吴铭炳．咬合桩在基坑支护中的应用与改进［J］．福建建筑，2013（11）：14－16．

论文作者:刘辉

论文发表刊物:《基层建设》2019年第33期

论文发表时间:2020/4/30