劉品秀 山西八建集團(tuán)有限公司

1 工程概況

國有工礦棚戶區(qū)改造項(xiàng)目一期工程位于太原市杏花嶺區(qū)馬道坡街以北，東峰路以西，地下室埋深約18m，基坑安全等級(jí)為Ⅰ級(jí)。本工程施工現(xiàn)場場地狹小，周圍毗鄰的建筑物、構(gòu)筑物、管線較多，地下水位較高，降排水以后和超深基坑帶來的安全問題較為嚴(yán)峻。

在滿足基坑支護(hù)工程最基本的功能外，本工程從節(jié)能環(huán)保方面考慮，并根據(jù)土層性質(zhì)在支護(hù)施工中采用了全套筒全回轉(zhuǎn)咬合樁施工工藝，樁徑1200mm，咬合厚度400mm，樁長32m。咬合樁第一序列樁為素混凝土樁，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，咬合樁第二序列樁為鋼筋混凝土樁（葷樁），混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35。

2 工藝原理

所謂咬合樁是指相鄰混凝土排樁之間有部分圓周相嵌，在后次序間隔施工的樁內(nèi)設(shè)置鋼筋籠，從而使支護(hù)結(jié)構(gòu)形成連續(xù)防水，增強(qiáng)整體防滲效果。因其樁間相互咬合的特點(diǎn)，故稱之為咬合樁。施工時(shí)采用“套管鉆機(jī)+超緩凝混凝土”工藝，利用搖動(dòng)裝置的搖動(dòng)（或回轉(zhuǎn)裝置的回轉(zhuǎn)）使鋼套管與地層間的摩阻力大幅度減少，邊搖動(dòng)（或邊回轉(zhuǎn)）邊壓入，同時(shí)利用沖抓斗挖掘取土，直至套管下到樁端持力層為止，樁與樁之間相互咬合排列。為便于切割，排樁方式一般為一根第一序列樁即A樁（超緩凝素混凝土樁）和一根第二序列樁即B樁（圓形鋼筋混凝土樁）間隔布置。施工時(shí)先施工A樁后施工B樁，待A樁混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)切割掉相鄰A樁相交部分的混凝土，實(shí)現(xiàn)咬合成孔，然后置入鋼筋籠灌注混凝土形成咬合樁。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 施工關(guān)鍵技術(shù)控制點(diǎn)

①咬合厚度的確定；②導(dǎo)墻施工及精度保證；③超緩凝混凝土的配制；④咬合樁成孔垂直度的控制；⑤多機(jī)施工結(jié)合點(diǎn)的有效銜接（分段部位的連接）。

3.2 咬合厚度的確定

相鄰樁間的咬合厚度應(yīng)根據(jù)其設(shè)計(jì)樁長來確定，如樁越短則咬合厚度越?。ㄗ钚〔灰诵∮?00mm），同理，如樁越長咬合厚度則越大，按下式進(jìn)行計(jì)算（公式意義在于確保樁底最小設(shè)計(jì)咬合厚度大于50mm）：

式中l(wèi)——樁長；

k——樁的垂直度；

q——孔口定位允許偏差；

d——咬合厚度設(shè)計(jì)值。

3.3 嚴(yán)格控制孔口定位

鉆孔咬合樁底部必須有足夠的咬合量，為了達(dá)到此目的，則須嚴(yán)格控制其孔口的定位，盡量減小誤差。為了精確、有效地控制孔口定位，則在咬合樁的頂部位置加設(shè)混凝土（或鋼筋混凝土）導(dǎo)墻，導(dǎo)墻上的定位孔半徑宜大于咬合樁樁徑15mm。

3.4 導(dǎo)墻施工及精度保證

3.4.1 導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)

測(cè)量放出樁位中心軸線，挖設(shè)導(dǎo)墻溝槽，導(dǎo)墻基底建于密實(shí)的地基上，以保證導(dǎo)墻的穩(wěn)定性。

由于施工樁機(jī)自重較重，咬合樁導(dǎo)墻為400mm，厚C30鋼筋混凝土，導(dǎo)墻橫向配筋采用Φ10@200鋼筋網(wǎng)片，導(dǎo)墻每邊寬1485mm，厚度400mm。導(dǎo)墻每隔20m布置一道施工縫，施工縫盡量避開在樁中心兩側(cè)。

圖1

3.4.2 導(dǎo)墻施工

①基礎(chǔ)開挖。場地平整后，采用全站儀放出鉆孔咬合樁中心軸線，以確定導(dǎo)墻位置。然后確定導(dǎo)墻基礎(chǔ)需開挖深度（需根據(jù)場地實(shí)際高程和樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高計(jì)算確定），開挖時(shí)為防止擾動(dòng)基底土，一般用人工配合挖掘機(jī)進(jìn)行，人工清底、夯實(shí)平整，再進(jìn)行墊層施工。②鋼筋下料。所用鋼筋型號(hào)規(guī)格按設(shè)計(jì)要求選材，性能檢測(cè)須符合相關(guān)規(guī)范要求，鋼筋的加工、安裝照?qǐng)D施工。③模板工程。一般采用定型鋼?；蚰灸?，模板支撐、緊固采用木枋、對(duì)拉螺栓。按導(dǎo)墻長度和模板規(guī)格考慮流水段劃分。④混凝土工程。采用C30商品混凝土，人工入模，振搗采用插入式振動(dòng)棒，保證頂面高程及墻體垂直度能滿足設(shè)計(jì)要求及規(guī)范允許偏差，在混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%時(shí)拆模。

導(dǎo)墻的作用為導(dǎo)向、鎖口，鉆孔咬合樁能否順利成孔及成孔精度如何直接受其影響，因此施工中對(duì)導(dǎo)墻的施工精度要嚴(yán)格控制：確保軸線偏差＜20mm；內(nèi)墻面垂直度偏差＜0.3%，平整度偏差＜3mm；導(dǎo)墻頂面平整度偏差＜5mm。

3.5 超緩凝混凝土配制

鉆孔咬合樁得以實(shí)現(xiàn)，是以有效切割素樁混凝土為標(biāo)志的，超緩凝混凝土配制后的初凝時(shí)間是否符合施工要求，直接決定了鉆孔咬合樁施工的成敗。目前，國內(nèi)外雖已有切割混凝土完成初凝的經(jīng)驗(yàn)，但其存在新老混凝土界面的融合問題，而本施工技術(shù)，則是在被切割樁的混凝土尚未完成初凝階段實(shí)現(xiàn)了二樁的結(jié)合，因此其止水、防滲效果更好。

3.5.1 超緩凝混凝土基本時(shí)間的確定

超緩凝混凝土的基本時(shí)間是指完成單個(gè)有代表性樁所需的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間需要結(jié)合工程的具體地點(diǎn)、結(jié)構(gòu)形式、鉆孔所需穿越的地層情況，現(xiàn)場測(cè)定或根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)確定。根據(jù)施工實(shí)踐，總結(jié)出基本時(shí)間為12h～15h，為保險(xiǎn)，實(shí)際操作中一般取上限值，即t=15h。

3.5.2 A型樁混凝土緩凝時(shí)間的確定

A型素樁混凝土緩凝時(shí)間的確定主要考慮成樁時(shí)間（基本時(shí)間）和相應(yīng)的安全時(shí)間。根據(jù)成樁的順序，確保B型樁能順利地切割A(yù)型樁要求，成樁時(shí)間為相鄰的兩個(gè)素樁和一個(gè)鋼筋混凝土樁（B型葷樁）的成樁時(shí)間，一般為3個(gè)基本時(shí)間。安全時(shí)間是出于實(shí)際施工中可能出現(xiàn)的其他停頓因素（如停電、設(shè)備維修等）影響的考慮。

因此，A型樁的緩凝時(shí)間可依據(jù)下列公式確定：

式中：T——A型樁混凝土的緩凝時(shí)間（初凝時(shí)間）；

t——為一個(gè)具體工程有代表性樁的成樁時(shí)間；

S——安全時(shí)間，一般取一個(gè)基本時(shí)間，即1.0t。

上式也可表示為：

3.5.3 混凝土坍落度及其他

按規(guī)范要求執(zhí)行，坍落度控制在18cm～22cm之間，如施工時(shí)會(huì)出現(xiàn)“管涌”時(shí)，可采用小值。骨料的使用，A型樁采用粒徑20cm～40mm，B型樁采用粒徑20mm左右的。

3.5.4 混凝土3d強(qiáng)度值要求

控制混凝土早期強(qiáng)度的主要目的是防止工程出現(xiàn)意外情況，如暫時(shí)的停工、斷電、設(shè)備維修等因素，再施工時(shí)，A型樁的早期混凝土強(qiáng)度不至于上升太快，有利于切割的順利進(jìn)行和前后施工樁的緊密結(jié)合，同時(shí)也利于支護(hù)結(jié)構(gòu)整體防水防滲效果的提升。

通過多次的施工實(shí)踐，提出3d抗壓強(qiáng)度值R3d不大于3MPa。

綜上所述，超緩凝混凝土的技術(shù)要求如表1所示。

表1 超緩凝混凝土技術(shù)要求表

3.6 咬合樁成孔垂直度的控制

3.6.1 檢查套管順直度并校正

套管順直度的檢查和校正需在鉆孔咬合樁施工前進(jìn)行，將其放置于平整地面上，先檢查單節(jié)套管的順直度并校正滿足要求，套管順直度偏差控制在1%～2%。而后連接已配置好的套管，套管按照設(shè)計(jì)樁長配置。

3.6.2 成孔過程中及時(shí)監(jiān)測(cè)、檢查樁的垂直度

①地面監(jiān)測(cè)：主要檢測(cè)地面以上部分套管的垂直度，偏差一經(jīng)發(fā)現(xiàn)則及時(shí)糾偏，在每一根樁的成孔過程中，均應(yīng)自始至終堅(jiān)持此項(xiàng)監(jiān)測(cè)，不得中斷。監(jiān)測(cè)方式為在地面上選擇兩個(gè)相互垂直的方向，采用線錘檢查。

②孔內(nèi)檢查：每一節(jié)套管壓完后，在安裝下一節(jié)套管之前，應(yīng)采用“測(cè)環(huán)”或“線錘”對(duì)孔內(nèi)套管垂直度進(jìn)行檢查，及時(shí)糾偏，直至偏差小于規(guī)范或設(shè)計(jì)要求，方可開始安裝下一節(jié)套管。

3.6.3 糾偏

成孔過程中如有垂直度偏差過大現(xiàn)象，糾偏工作必須及時(shí)跟進(jìn)，通常糾偏方法如下。

①利用鉆機(jī)油缸進(jìn)行糾偏：如果偏差不大或套管入土深度小于5m，直接利用鉆機(jī)的兩個(gè)頂升油缸和兩個(gè)推拉油缸，配合調(diào)節(jié)套管垂直度，則可達(dá)糾偏目的。②A樁糾偏：如果A樁入土深度大于5m后發(fā)生較大偏移，先直接利用鉆機(jī)油缸糾偏；如不能滿足要求，再填砂或黏土至套管內(nèi)，邊往起拔套管邊填土，一直將套管拔出至上一次檢查合格之處，再進(jìn)行套管的調(diào)直，至其垂直度滿足要求后，再次下壓。③B樁的糾偏：B樁的糾偏方式基本相同于A樁，相異處是直接向套管內(nèi)填入與A樁相同的混凝土，不可以填砂或黏土，不然則會(huì)產(chǎn)生樁間土夾層，從而直接影響排樁防水效果。

3.6.4 成孔中遇巖層或樁頭處理

鉆機(jī)就位，首先吊裝第一節(jié)套管至鉆機(jī)鉗口中，對(duì)套管垂直度進(jìn)行調(diào)整，然后反復(fù)旋轉(zhuǎn)磨壓套管。壓入深度約為2.5m～1.5m時(shí)，用抓斗從套管內(nèi)取土，邊抓土的同時(shí)邊繼續(xù)向下壓入套管，套管底口始終保持朝前于抓土面（高差宜大于1.5m）。第一節(jié)套管全部壓入土中，及時(shí)檢查垂直度，如超標(biāo)則進(jìn)行糾偏，垂直度合格后，繼續(xù)安裝下一節(jié)套管，下壓取土，直至達(dá)到設(shè)計(jì)孔深。

情況一：遇巖層

①方法一：若進(jìn)入巖層，使用樁機(jī)抱著套管進(jìn)行360°的旋轉(zhuǎn)，此方法是利用套管下刃口的合金鉆頭將巖層切割斷，然后再用沖擊錘將巖層沖碎，后用抓斗取出（該方法在10MPa～60MPa以內(nèi)使用）。②方法二：采用入巖氣錘鉆機(jī)，采用履帶吊吊起氣錘，進(jìn)行套管內(nèi)入巖施工，該鉆機(jī)可在200MPa以上的地層施工，且施工速度較快（鉆進(jìn)速度每小時(shí)約2m～3m）。

情況二：遇樁頭

用套管將樁體套住，進(jìn)行切割作業(yè)，樁體將會(huì)被套管強(qiáng)大的回轉(zhuǎn)扭矩扭斷，然后用沖抓斗取出。根據(jù)施工條件的不同，可用分割切除、整體拔除、重錘破硨及多頭爪攪碎等方法清除。

3.7 分段部位的連接

實(shí)況中，一般一臺(tái)套鉆機(jī)進(jìn)行一段施工或多機(jī)同時(shí)作業(yè)，待機(jī)械回轉(zhuǎn)再進(jìn)行連接部位樁的施工時(shí)，該段最早施工的樁已經(jīng)終凝，致使切割無法進(jìn)行。這時(shí)，可在之前施工的樁側(cè)部位設(shè)置砂樁（即成孔后回填砂），此后施工到該接頭時(shí)掏出砂，再澆灌混凝土即可。因砂樁相鄰樁的凝結(jié)已完成，強(qiáng)度較高，后施工的連接樁與其連接不可避免會(huì)產(chǎn)生施工縫，基坑開挖后坑壁會(huì)出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。因此在有些基坑滲水要求嚴(yán)格的場合，建議在基坑開挖前所施工的砂樁接縫外側(cè)另增加一根旋噴樁作防水處理。

圖2 砂樁設(shè)置示意圖

4 質(zhì)量控制要點(diǎn)

4.1 嚴(yán)格控制孔口定位偏差

全套管鉆孔切割咬合樁的底部應(yīng)有足夠的咬合量，為此應(yīng)對(duì)其孔口的定位精度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，孔口定位的允許偏差值可按表2選擇。

表2 樁位允許偏差值

4.2 樁垂直度控制

為保證咬合樁底部有足夠厚度的咬合，確保止水效果，除對(duì)樁位定位精度嚴(yán)格控制外，還應(yīng)對(duì)其垂直度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，根據(jù)規(guī)范要求樁垂直度偏差≤0.3%。

4.2.1 鋼套管垂直度檢查和校正

施工前在平整地面上首先檢查單節(jié)套管的順直度，并及時(shí)進(jìn)行校正，然后按照樁長將所需的套管全部連接起來，再對(duì)整根套管的順直度進(jìn)行檢查（偏差不宜大于10mm）。檢測(cè)方法：在地面上測(cè)放出兩條相互平行的直線，將套管置于兩條直線之間，然后用線錘和直尺進(jìn)行檢測(cè)。

4.2.2 成孔過程中套管垂直度監(jiān)測(cè)和檢查

在地面選擇兩個(gè)相互垂直的方向，同時(shí)用線錘或經(jīng)緯儀對(duì)地面以上部分的套管垂直度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如有偏差及時(shí)調(diào)整。

4.3 超緩凝商品混凝土質(zhì)量控制

①根據(jù)混凝土運(yùn)輸時(shí)間和A樁、B樁的施工時(shí)間，考慮20%的富余時(shí)間確定緩凝時(shí)間。②混凝土標(biāo)號(hào)必須服從緩凝時(shí)間要求。③拌和材料符合規(guī)范要求的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。④通過試驗(yàn)最終確定配合比與緩凝時(shí)間，同時(shí)根據(jù)條件變化及時(shí)調(diào)整。

5 經(jīng)濟(jì)效益

通過本技術(shù)的成功應(yīng)用，大大提高了施工效率，避免了大量人力、物力的重復(fù)消耗，大大縮短了降水過程和工期，降低了支護(hù)費(fèi)用，保證了施工安全。

（1）由于咬合樁在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中使用時(shí)采用一葷樁間一素樁，即一根樁有鋼筋籠（葷樁），相鄰的樁采用素混凝土樁（素樁），因此，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體剛度、穩(wěn)定性滿足要求的前提下，可實(shí)現(xiàn)鋼筋用量減少，較墻式地下連續(xù)墻可大幅度減少鋼筋用量。（2）常規(guī)的排樁式或墻式連續(xù)墻基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工，往往采用泥漿護(hù)壁，泥漿的處理和棄置是構(gòu)成成本的重要部分，在咬合樁的施工中，采用的是抓土作業(yè)，護(hù)壁由套管完成，因此這部分施工成本可大幅度降低。（3）在地下水較豐富的地層中施工的咬合樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)防滲效果好，無需另外增加輔助截水帷幕等防水措施。（4）節(jié)能綠色環(huán)保方面，本施工方法使用人工少，勞動(dòng)力資源節(jié)約明顯，材料消耗量少，節(jié)能低耗。施工無噪聲、無振動(dòng)，對(duì)地層及周邊環(huán)境影響小，少或無泥漿作業(yè)，施工現(xiàn)場潔凈，基本無泥漿外運(yùn)。此外，該方法與SMW工法樁相比，無擠土效應(yīng)。

6 結(jié)束語

本施工技術(shù)可用于基坑工程的擋墻結(jié)構(gòu)、止水帷幕和主體承重結(jié)構(gòu)，適用于各種直徑、深度在60m以內(nèi)的樁孔施工。主要針對(duì)地下圍護(hù)結(jié)構(gòu)如地鐵站、地下智能車庫、地下建筑結(jié)構(gòu)、水庫加固擋水墻等施工。具有質(zhì)量可靠、地層適應(yīng)性強(qiáng)、平面連接形式多樣、施工機(jī)械化程度高的優(yōu)點(diǎn)，能大大縮短工期，施工安全可靠、綠色環(huán)保，符合安全文明施工要求。