羅光財(cái) 戴華良 曹 勇 朱嘉嵐

中國(guó)建筑第五工程局有限公司 湖南 長(zhǎng)沙 410004

咬合樁有支護(hù)、承重和止水三重功能，近年來(lái)在城市深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用[1]。在地鐵明挖車(chē)站咬合樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，咬合樁多以相切形式布置。這種類(lèi)型的圍護(hù)結(jié)構(gòu)雖能起到擋土作用，但對(duì)于地下水較豐富的沿海城市來(lái)說(shuō)，因?yàn)閺?fù)雜海相地質(zhì)條件，咬合樁成孔時(shí)多數(shù)穿越填石土層或部分樁基需要進(jìn)入巖層。由于設(shè)備動(dòng)力不足或垂直度精度控制存在一定差距，故其施工進(jìn)度和止水效果一般均不理想[2-5]。

咬合樁在基坑圍護(hù)中既能支護(hù)又能防水，是一種具有廣泛應(yīng)用前景的新型基坑支護(hù)形式，但復(fù)雜的地質(zhì)條件下，卻存在各種不足。

針對(duì)咬合樁施工中存在的技術(shù)問(wèn)題，本文以深圳城市軌道交通13號(hào)線深圳灣口岸站—登良東站明挖區(qū)間圍護(hù)樁施工為載體，通過(guò)科學(xué)管理、合理選擇施工順序、優(yōu)化混凝土配比和工藝改進(jìn)等措施，形成了一整套復(fù)雜海相地質(zhì)條件下的咬合樁施工關(guān)鍵技術(shù)。

1 工程概況

1.1 咬合樁概況

深圳城市軌道交通13號(hào)線深圳灣口岸站—登良東站區(qū)間明挖段總長(zhǎng)315.24 m，設(shè)計(jì)采用φ1 200 mm@900 mm咬合樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。咬合式排樁布置形式采用鋼筋混凝土樁（一序樁方形鋼筋籠）和鋼筋混凝土樁（二序樁圓形鋼筋籠）搭配（也稱為“全葷咬合樁”）。

一序樁樁身采用超緩凝C35（S6）混凝土，二序樁樁身采用C35（S6）混凝土，相鄰樁咬合量不宜小于200 mm，平均樁長(zhǎng)32 m。

1.2 工程地質(zhì)特征

地面高程3.07～9.57 m，主要為低臺(tái)地地貌，局部為臺(tái)地間沖溝地貌。揭露土層為淤泥質(zhì)土、可塑性粉質(zhì)黏土、礫砂土、全風(fēng)化花崗巖。場(chǎng)區(qū)特殊巖土主要為人工填土、軟土。

1）人工填土：主要為素填土、塊石、碎石土，填筑年限大于10 a。其中，塊石、碎石土成分主要由中、微風(fēng)化黑云母花崗巖塊石組成。這些土質(zhì)對(duì)樁基施工具有非常不利的影響。

2）軟土：主要為海積泥炭質(zhì)土，流塑狀，局部軟塑狀。埋深6.0～17.8 m，厚度0.9～8.9 m。其抗剪強(qiáng)度低，對(duì)基坑支護(hù)具有不利影響。

1.3 水文地質(zhì)條件

工程位于海積平原區(qū)，區(qū)域內(nèi)第四系孔隙水主要賦存于第四系人工填土、海相沉積淤泥質(zhì)砂層及沿線礫（砂）質(zhì)黏性土層中，地下水初見(jiàn)水位埋深2.4～4.8 m，穩(wěn)定水位埋深2.80～6.00 m，以孔隙潛水為主。

2 咬合樁施工工藝

2.1 工藝原理

咬合樁按照排列方式，分為一序樁（A樁）和二序樁（B樁）間隔布置。先施工一序樁（A樁）后施工二序樁（B樁），在一序樁的超緩凝混凝土初凝之前必須完成二序樁的施工。二序樁施工時(shí)切割掉相鄰一序樁相交部分的混凝土，從而實(shí)現(xiàn)咬合排列的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)（圖1）[6-8]。

圖1 咬合樁示意

2.2 施工機(jī)械比選

目前，國(guó)內(nèi)咬合樁施工的機(jī)械主要有3種（搓管機(jī)、全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)、雙動(dòng)力頭強(qiáng)力智能螺旋鉆機(jī)），需要根據(jù)施工場(chǎng)地實(shí)際的地質(zhì)水文條件，選取合適的設(shè)備或設(shè)備組合。本工程在咬合樁成孔時(shí)必須穿越含有塊石回填的復(fù)雜海相地質(zhì)，部分一序樁（A樁）和二序樁（B樁）成孔時(shí)必須進(jìn)入風(fēng)化巖層。通過(guò)多種方案對(duì)比，形成3種成樁設(shè)備的組合方案。

1）搓管機(jī)+旋挖鉆。一般地層采用搓管機(jī)成孔，搓管機(jī)為小角度來(lái)回搓動(dòng)套管成孔。由于施加的扭矩及垂直荷載小，故處理孤石困難，且一般無(wú)法直接穿越。如若遇到孤石，需先采用旋挖鉆處理，然后再搓動(dòng)套管跟進(jìn)；需要入巖時(shí)，只能采用旋挖鉆處理。

2）全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)+旋挖鉆機(jī)。全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)扭矩及垂直荷載大，能360°旋轉(zhuǎn)套管，套管鉆頭能直接切削巖體，適宜在各種地質(zhì)條件下施工，但是套管入巖時(shí)進(jìn)度較慢。為加快成孔進(jìn)度，在遇到大的孤石或需要入巖時(shí)，須提前使用旋挖鉆機(jī)處理孤石或提前入巖切削巖體，再采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)套管跟進(jìn)。

3）雙動(dòng)力頭強(qiáng)力智能螺旋鉆機(jī)。雙動(dòng)力頭強(qiáng)力智能螺旋鉆機(jī)通過(guò)外側(cè)套管護(hù)壁，鉆桿連續(xù)排土成孔，可以應(yīng)對(duì)復(fù)雜土層、卵石漂石層等復(fù)雜地層，鉆孔效率高，但鉆進(jìn)速度易受地層條件影響，垂直度不穩(wěn)定，易造成涌管現(xiàn)象；在粉質(zhì)黏土層成孔時(shí)，易出現(xiàn)咬合面夾泥現(xiàn)象。若遇到大的孤石或入巖強(qiáng)度較高時(shí)，其成孔速度較慢，需要與潛孔錘組合，配置相應(yīng)的空壓機(jī)供氣系統(tǒng)，設(shè)備占用場(chǎng)地較大。

場(chǎng)地內(nèi)揭露土層自上到下可能遇到含花崗巖塊石或碎石的人工填土、海積泥炭質(zhì)土、可塑性粉質(zhì)黏土、礫砂土、含礫石的全風(fēng)化花崗巖等，需要穿越粉質(zhì)黏土層和砂礫層，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)各種施工機(jī)械的功能特性，綜合考慮施工場(chǎng)地大小、施工垂直精度、止水質(zhì)量、進(jìn)度和效益等要求，最終決定選用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)+旋挖鉆機(jī)的成孔機(jī)械設(shè)施組合。

2.3 施工順序安排

采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工咬合樁的總原則仍為先施工一序樁（A樁），后施工二序樁（B樁）。其具體順序?yàn)椋篈1→A2→B1→A3→B2→A4→B3……，如圖2所示。

圖2 咬合樁施工順序示意

在成孔過(guò)程中，下壓鋼套管超前開(kāi)挖面2～4 m，并配合旋挖鉆挖取鋼套管中的土體，形成孔位，無(wú)泥漿施工。分段施工時(shí)，在施工段端頭設(shè)置砂樁（成孔后用砂灌滿）作為接頭，后續(xù)施工到此接頭時(shí)挖出砂子，灌上混凝土即可，如圖3所示。

圖3 端頭砂樁處理示意

3 咬合樁施工關(guān)鍵技術(shù)

采用全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)施工時(shí)，成樁質(zhì)量受地質(zhì)條件、工藝控制、混凝土配比等因素的影響較大，因此，科學(xué)管理、優(yōu)化混凝土配比和工藝改進(jìn)是確保咬合樁工程實(shí)施成功的關(guān)鍵。

3.1 樁位精確定位控制

在鉆孔咬合樁樁頂部設(shè)置鋼筋混凝土導(dǎo)墻，導(dǎo)墻必須有足夠的厚度（一般≥50 cm）和強(qiáng)度（一般為C20以上），并設(shè)置定位孔（圖4）。為保證鉆孔咬合樁底部有足夠的咬合量，必須對(duì)定位孔的定位誤差進(jìn)行嚴(yán)格的控制，其直徑宜比設(shè)計(jì)樁徑大20 mm。鉆機(jī)就位后，將第1節(jié)套管插入定位孔并檢查調(diào)整對(duì)中情況，使套管周?chē)c定位孔之間的空隙保持均勻。調(diào)整并調(diào)平鉆機(jī)平臺(tái)，使樁機(jī)鉆頭中心、套管中心準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)樁位中心，方可進(jìn)行下一步施工。

3.2 成孔垂直度精確控制

3.2.1 套管順直度檢查和校正

施工前首先檢查和校正單節(jié)套管的順直度，然后將按照樁長(zhǎng)配置的套管全部連接起來(lái)進(jìn)行整體順直度檢查與校正，確保單節(jié)和整體套管的順直度偏差均小于10 mm。

圖4 樁基定位

3.2.2 鉆機(jī)平臺(tái)檢測(cè)

套管的鉆進(jìn)主要依靠全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)自身的液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力，因此套管鉆進(jìn)時(shí)垂直度的控制也主要依靠鉆機(jī)平臺(tái)自身來(lái)完成，施工時(shí)通過(guò)不斷調(diào)整各油缸的伸縮量來(lái)實(shí)現(xiàn)套管糾正，從而達(dá)到控制成樁垂直度的目的（圖5）。

圖5 鉆機(jī)平臺(tái)就位現(xiàn)場(chǎng)

鉆機(jī)平臺(tái)必須做好3個(gè)方面的檢測(cè)：

1）墊實(shí)墊平鉆機(jī)底部后，采用水平尺檢查全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)操作平臺(tái)的水平度，將2個(gè)水平尺放置在操作平臺(tái)的2個(gè)正交方向上，直接操作鉆機(jī)，通過(guò)觀察水平尺上的氣泡并使其居中即可。

2）采用水平尺檢查鋼套管頂面水平度，水平尺以長(zhǎng)1.2 m為宜，將2個(gè)水平尺附掛在鋼套管的2個(gè)正交方向上，通過(guò)觀察水平尺上的氣泡直接操作樁機(jī)，只要使氣泡居中即可。

3）校核取土鉆機(jī)的鉆孔垂直度，先調(diào)節(jié)鉆機(jī)垂直度，再用全站儀校核鉆機(jī)和鉆桿的垂直控制精度。采取旋挖鉆機(jī)處理孤石或提前入巖切削巖體時(shí)，操作前也要滿足上述要求，以校核鉆機(jī)和控制鉆桿的垂直精度。

3.2.3 地面垂直度監(jiān)測(cè)

在地面選擇2 個(gè)相互垂直的方向（距離鉆機(jī)一般≥20 m）采用全站儀監(jiān)測(cè)地面以上部分的套管垂直度，發(fā)現(xiàn)偏差隨時(shí)糾正。每臺(tái)樁機(jī)均安排專(zhuān)人定崗進(jìn)行垂直度監(jiān)測(cè)，定時(shí)按進(jìn)尺長(zhǎng)度對(duì)套管垂直度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

這項(xiàng)監(jiān)測(cè)在每根樁的成孔過(guò)程中應(yīng)自始至終堅(jiān)持，不能中斷，確保套管垂直度不符合要求時(shí)能在第一時(shí)間被發(fā)現(xiàn)并得以糾偏。

3.2.4 孔內(nèi)垂直度檢查

在每節(jié)套管壓完后安裝下一節(jié)套管之前，都要停下來(lái)在套管正交方向設(shè)2個(gè)重線錘進(jìn)行套管孔內(nèi)垂直度檢查；不合格時(shí)立即進(jìn)行糾偏，直至套管整體垂直度合格后才能進(jìn)行下一節(jié)套管施工。

3.2.5 套管勻速鉆進(jìn)控制

在套管下壓過(guò)程中，嚴(yán)格控制好套管的下壓行程，保持在20 cm/次以內(nèi)，同時(shí)使套管磨動(dòng)和下壓過(guò)程異步進(jìn)行。保持套管的相對(duì)穩(wěn)定性，避免套管上部?jī)A斜。

3.3 孤石處理技術(shù)

對(duì)于較大的石塊，若全部在套管范圍之內(nèi)，則采用旋挖鉆機(jī)直接抓出；當(dāng)石塊橫跨套管內(nèi)外不能直接取出時(shí)，則可以先采用十字沖錘沖碎套管內(nèi)的部分，再用旋挖鉆機(jī)將碎石塊抓出，然后繼續(xù)成孔。

3.4 穿越礫砂土、全風(fēng)化花崗巖層

全回轉(zhuǎn)套管鉆機(jī)的套管入巖能力較差，管底的刀齒遇到k1g-3以上的中風(fēng)化巖層，開(kāi)挖厚度超過(guò)2 m以上或遇到較大的礫石就很難繼續(xù)切割，套管進(jìn)尺慢。施工過(guò)程中，在下壓鋼套管前，采用大功率旋挖鉆機(jī)超前開(kāi)挖2～3 m，無(wú)泥漿施工，然后再配合挖取鋼套管中的土體或巖層，形成孔位。

3.5 超緩凝混凝土配比優(yōu)化及施工技術(shù)

3.5.1 超緩凝時(shí)間確定（設(shè)計(jì)時(shí)間≥60 h）

一序樁混凝土緩凝時(shí)間一般情況下根據(jù)單樁成樁時(shí)間來(lái)確定，單樁成樁時(shí)間與施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件、樁長(zhǎng)、樁徑和鉆機(jī)能力等因素相關(guān)[9-10]。根據(jù)咬合樁施工工藝，A樁初凝時(shí)間應(yīng)為：

式中：t ——單樁成樁時(shí)間；

K——預(yù)留時(shí)間，一般取1.0t。

本工程根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)3 組試樁，統(tǒng)計(jì)出成樁時(shí)間為10～16 h，故取上限值16 h，初步控制一序樁初凝時(shí)間T=64 h。本工程地雖處深圳繁華地段，但混凝土供應(yīng)地距樁基澆筑現(xiàn)場(chǎng)不超過(guò)10 km，因此，運(yùn)輸過(guò)程的時(shí)間不超過(guò)預(yù)留時(shí)間。但對(duì)于全葷套管咬合樁，應(yīng)該考慮一序樁方形鋼筋籠安裝與混凝土澆筑時(shí)間的影響。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，鋼筋籠吊裝時(shí)間約為3 h，單樁混凝土澆筑33 m3耗時(shí)約1.5 h，進(jìn)一步調(diào)整一序樁混凝土超緩凝時(shí)間，最終初步按T=73 h控制，并在以后施工中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)整。因此，針對(duì)全葷套管咬合樁，在不考慮運(yùn)輸過(guò)程的時(shí)間超過(guò)預(yù)留時(shí)間這一影響的情況下，超緩凝時(shí)間初步確定公式（1）建議修正為：

式中：t1——單樁成樁時(shí)間；

K——預(yù)留時(shí)間，一般取1.0 t1；

t2——單樁鋼筋籠吊裝時(shí)間；

t3——單樁混凝土澆筑時(shí)間。

3.5.2 混凝土坍落度確定

根據(jù)混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程，坍落度可取140～ 180 mm，同時(shí)為滿足水下混凝土需要及防止管涌現(xiàn)象發(fā)生，取坍落度損失較快且較小的混凝土。根據(jù)試樁統(tǒng)計(jì)，取坍落度為160 mm±20 mm。

3.5.3 混凝土強(qiáng)度確定

為防止施工中遇到意外情況而延誤時(shí)間，一序樁混凝土3 d早期強(qiáng)度不能大于3 MPa。設(shè)計(jì)多種配合比，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)14、21、28 d，由其強(qiáng)度及耐久性指標(biāo)，確定超緩凝混凝土配比，具體為：水泥∶粉煤灰∶礦粉∶水∶砂∶石∶外加劑＝180∶65∶82∶173∶779∶1 121∶4.9，砂率為41%，水膠比為0.53。

3.5.4 施工措施

在超緩凝混凝土生產(chǎn)時(shí)嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量，嚴(yán)格按照試驗(yàn)確定的施工配比進(jìn)行超緩凝混凝土生產(chǎn)，并確保超緩凝時(shí)間和混凝土坍落度穩(wěn)定。在每車(chē)混凝土使用前，必須嚴(yán)格測(cè)試坍落度和觀感質(zhì)量。同時(shí)，二序樁澆筑時(shí)，套管底口始終低于開(kāi)挖面深度≥2.50 m，形成“瓶頸”，阻止混凝土的流動(dòng)；如果套管底口深度無(wú)法滿足上述要求，可向套管內(nèi)注水，使其管內(nèi)保持一定的壓力來(lái)平衡一序樁混凝土的壓力。咬合樁施工過(guò)程中，必須連續(xù)監(jiān)測(cè)其緩凝和坍落度損失情況，直至兩側(cè)的二序樁全部施工完畢，并按規(guī)范要求取試件檢查混凝土最終強(qiáng)度，確保混凝土最終強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

3.6 鋼筋籠加工與安裝精度控制

全葷套管咬合樁施工中，一序樁鋼筋籠（方形鋼筋籠）的加工精度與安裝精度控制是重要工序之一，直接影響二序樁能否順利成孔，關(guān)系到整個(gè)咬合樁的施工質(zhì)量。

3.6.1 鋼筋籠加工精度控制

加強(qiáng)鋼筋制作平臺(tái)的制作質(zhì)量，采用鋼架找平固定，并嚴(yán)格控制其平整度。加強(qiáng)鋼筋配料管理工作，預(yù)先確定各形狀鋼筋下料長(zhǎng)度調(diào)整值，配料時(shí)充分考慮到位。

嚴(yán)格控制箍筋加工成形尺寸，當(dāng)一次彎曲多個(gè)箍筋時(shí)，應(yīng)在彎折處逐根對(duì)齊。鋼筋籠加工時(shí)，先在制作平臺(tái)上進(jìn)行精確放樣，按照放樣點(diǎn)焊接角鋼進(jìn)行定位，鋼筋組裝時(shí)進(jìn)行掛線施工，嚴(yán)格控制鋼筋籠加工尺寸和垂直度。

3.6.2 鋼筋籠吊裝精度控制

鋼筋籠運(yùn)輸和水平吊裝時(shí)，采用臺(tái)架吊裝，防止鋼筋籠變形。鋼筋籠底部焊接圓形抗浮鋼板，并沿著主筋每隔5 m設(shè)置定位泡沫塊或木支架。鋼筋籠轉(zhuǎn)體后，采用頂部?jī)牲c(diǎn)吊放，吊至孔口并慢慢下至設(shè)計(jì)標(biāo)高。同時(shí)，為保證方形鋼筋籠定位準(zhǔn)確，在樁孔頂?shù)自O(shè)置專(zhuān)用定位器，定位器由基座和定位盤(pán)兩部分組成，在定位盤(pán)上采用8個(gè)螺桿用于方形鋼筋籠角度確定，并在四角處有4個(gè)10 t千斤頂用來(lái)調(diào)節(jié)鋼筋籠的垂直度。

4 結(jié)語(yǔ)

以深圳城市軌道交通13號(hào)線深圳灣口岸站—登良東站明挖區(qū)間圍護(hù)樁施工為對(duì)象，針對(duì)泥質(zhì)地層和拋石填海區(qū)等復(fù)雜海相地質(zhì)環(huán)境，通過(guò)科學(xué)管理、優(yōu)化混凝土配比和工藝改進(jìn)等措施，采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)結(jié)合旋挖鉆機(jī)，成功地解決咬合樁施工進(jìn)度慢和止水效果差的難題。同時(shí)，結(jié)合超緩凝混凝土配比優(yōu)化、多種精確定位與垂直度精度控制措施，實(shí)現(xiàn)了全葷咬合樁的全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)套管施工。工程應(yīng)用后，開(kāi)挖出來(lái)的咬合樁樁身光滑整齊，防水性能滿足地鐵車(chē)站深基坑施工安全要求。

工程實(shí)踐證明，在淤泥質(zhì)地層和拋石填海區(qū)等復(fù)雜海相地質(zhì)環(huán)境中，可以采用咬合樁作為地鐵車(chē)站的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式。

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