李光強(qiáng) 劉陽

中鐵四局集團(tuán)第二工程有限公司 江蘇 蘇州 215000

1 引言

咬合樁具有止水帷幕和基坑支護(hù)的雙重作用，目前在地鐵工程深基坑支護(hù)中應(yīng)用較廣，多數(shù)適用于軟弱土層和富水砂層的基坑，常采用軟咬合的方式成樁。在土巖結(jié)合的復(fù)合地層中，嵌巖部分施工周期較長，施工難度較大，成本較高，嵌巖咬合樁施工難道較高[1]。

本文以寧波軌道交通2號(hào)線紅聯(lián)站B號(hào)基坑圍護(hù)體系為研究對(duì)象，在土巖復(fù)合地層采用咬合樁作為支護(hù)體系。通過對(duì)施工工藝要點(diǎn)進(jìn)行分析，對(duì)開挖過中咬合樁的實(shí)際變形量進(jìn)行研究，進(jìn)一步優(yōu)化嵌巖咬合樁建議。

2 工程概況

2.1 車站設(shè)計(jì)

紅聯(lián)站為2號(hào)線與6號(hào)線“T”字型換乘車站，其中2號(hào)線為地下兩層、兩柱三跨島式車站，劃分為A和B兩個(gè)基坑組織施工。其中B基坑標(biāo)準(zhǔn)段寬約21.2～22.5m，深約17.29～17.72m，端頭井寬約26.5m，深約19.18m，基坑總長221.22m。咬合樁主要通過樁間咬合來保證基坑形成封閉的整體，采用Φ1000@750，咬合面為250mm，樁長14.5～29.5m，嵌入巖層深度隨巖層變化而變化，需保證嵌入中等風(fēng)化巖層不少于3.5m，局部形成懸掛支護(hù)體系，考慮軟土基坑變形的特點(diǎn)，咬合樁均采用配筋設(shè)計(jì)，采用硬咬合法施工。

2.2 工程地質(zhì)

紅聯(lián)站從上向下所揭示的地層依次為雜填土、淤泥、黏質(zhì)粉土、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、黏土、粉砂、礫砂、塊石、全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中等風(fēng)化晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r凝灰?guī)r?；油谏罘秶鷥?nèi)以淤泥、淤泥質(zhì)黏土為主，寧波軟土具有天然含水量高，壓縮性高、觸變性強(qiáng)、流變性強(qiáng)、強(qiáng)度低，透水性低等特點(diǎn)。同時(shí)B號(hào)基坑內(nèi)存在約2.3萬方巖石，呈現(xiàn)出基坑兩端低中間高，東側(cè)高西側(cè)低的特點(diǎn)，本工程咬合樁全部嵌入中等風(fēng)化晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r，巖質(zhì)堅(jiān)硬，巖體較完整。

2.3 水文地質(zhì)

場地淺層承壓水，主要賦存于黏質(zhì)粉土中，含水層呈透鏡體狀，分布不連續(xù)，含水層厚度較小，滲透系數(shù)介于5.714～6.87×10-4cm/s。主要承壓水賦存于細(xì)砂、礫砂中，透水性好，滲透系數(shù)約8.19～8.89×10-4cm/s，水量豐富。

第Ⅱ?qū)涌紫冻袎核x存于⑩2b層塊石中，主要由塊石、碎石、礫等組成；粒徑大小一般為20-40cm，含量約70%。⑩2b層透水性好，滲透系數(shù)約1.29～1.39×10-3cm/s，水量豐富，水位埋深為0.9m，相應(yīng)標(biāo)高為2.36m。

2.4 周邊環(huán)境

基坑周邊建筑物密集，東側(cè)距離小港廣播電視站距基坑只有4.5m，西側(cè)均是江南新村小區(qū)，建筑物年度久遠(yuǎn)，現(xiàn)場陳舊，場地周邊地下管線種類眾多，且分布密集，距離基坑較近，西側(cè)5m處為渡口路。

3 基坑支護(hù)體系選擇

基坑開挖范圍內(nèi)上部存在大量的高含水率、高壓縮性、承載力低、流變性強(qiáng)淤泥質(zhì)軟土，基坑內(nèi)下部存在大量塊石、全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化巖層，典型的上軟下硬土巖復(fù)合地層基坑。基坑軟土方開挖過程中，改變了原狀土體的受力狀態(tài)，由于軟土的流變性、觸變性和低強(qiáng)度特性可能產(chǎn)生塌方的風(fēng)險(xiǎn)。

塊石層滲漏量大，全風(fēng)化巖遇水易軟化，開挖過程中若不采取相應(yīng)措施極易失穩(wěn)，防止因地下水滲入基坑而造成滲流破壞或坑壁坍塌，為防止鄰近建(構(gòu))筑物因地下水位急劇下降致使沉降超過允許值，需采取相應(yīng)的截水措施，將地下水阻隔在基坑范圍之外。但若采取常規(guī)的深層攪拌、樁間旋噴等措施，難于在巖層中形成有效的止水帷幕，極易出現(xiàn)失誤和滲漏水情況，結(jié)合地層特征，從安全性和經(jīng)濟(jì)性，綜合比選東側(cè)采用咬合樁止水及支護(hù)形式。

咬合樁剛度大，作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)能有效抵擋基坑外側(cè)水土壓力，樁之間咬合緊密，能充分發(fā)揮止水作用，且比連續(xù)墻更經(jīng)濟(jì)，因此本項(xiàng)目采用咬合式排樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)兼止水帷幕。

考慮巖層起伏比較大，咬合樁嵌入中風(fēng)化巖層不小于3.5m，形成懸掛的吊腳樁，樁腳處設(shè)置錨索固定，樁腳處預(yù)留1.5m開挖平臺(tái)，避免后期基坑巖層開挖對(duì)鎖腳處巖層破損擾動(dòng)。為避免對(duì)周邊原有建筑物基礎(chǔ)的擾動(dòng)，該基坑支護(hù)設(shè)計(jì)安全等級(jí)為一級(jí)，鎖腳樁以上采用混凝土支撐，以下采用鋼支撐，具體支護(hù)形式見圖1。

圖1 基坑支護(hù)典型剖面圖

4 咬合樁施工

4.1 主要設(shè)備配置

本工程是典型土巖復(fù)合地層，巖層具有強(qiáng)度高，深度長的特點(diǎn)，因此選擇DTR2106H液壓全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)配合寶峨280旋挖鉆機(jī)。全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)主要軟土及全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化土層鉆進(jìn)，采用120t履帶起重機(jī)配合沖抓斗取土。旋挖鉆機(jī)主要在中風(fēng)化巖層鉆進(jìn)引孔，為全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)創(chuàng)造臨空面，破碎巖層，加快全回轉(zhuǎn)鉆在中風(fēng)化巖層鉆進(jìn)速度，同時(shí)解決抓取巖層難題。

4.2 施工工藝流程

施工流程具體如下：樁位定位→導(dǎo)墻施工→全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)就位→壓入首節(jié)套管→鉆進(jìn)、抓土（至強(qiáng)風(fēng)化巖層）→旋挖鉆引孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高→全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆進(jìn)→清孔、檢測成孔質(zhì)量→吊放鋼筋籠→吊放導(dǎo)管、灌注混凝土→拔出套管→鉆機(jī)移位。

4.3 導(dǎo)墻施工

在樁頂設(shè)置C30鋼筋混凝土導(dǎo)墻，厚度為30cm，高出地面10cm。其主要功能是樁位定位、控制樁底標(biāo)高、承載力，為全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工平整基層，并提供反力作用，同時(shí)導(dǎo)墻內(nèi)部的溝槽還用于限制泥水外流，保證工地文明施工等。導(dǎo)墻內(nèi)部根據(jù)咬合樁樁型設(shè)置鋼質(zhì)月牙型芯模，直徑比套管直徑大2cm，以提高鉆孔咬合樁孔的定位精度和穩(wěn)定性，為后期咬合樁準(zhǔn)確咬合提供導(dǎo)向作用。導(dǎo)墻強(qiáng)調(diào)達(dá)到75%以上，拆除模板，內(nèi)部設(shè)置方木支撐，防止變形，并在導(dǎo)墻上標(biāo)識(shí)出樁號(hào)[2]。

4.4 咬合樁施工

鉆孔咬合樁樁的排列方式一般為A樁和B樁間隔布置，施工順序?yàn)椋篈1→A2→B1→A3→B2→……（見圖2），A型樁與B型樁彼此咬合形成封閉的鋼筋混凝土樁墻，起到擋土與止水的作用。考慮嵌巖施工時(shí)間較長，A和B樁均采用鋼筋混凝土，B樁要待A樁混凝土終凝后方可切割咬合。

圖2 咬合樁施工順序圖

4.5 鉆進(jìn)成孔

4.5.1 非嵌巖段鉆進(jìn)成孔

導(dǎo)墻達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，根據(jù)導(dǎo)墻上樁位標(biāo)識(shí)點(diǎn)，安裝全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，在鉆機(jī)就位后，根據(jù)巖層埋設(shè)深度，先壓入一節(jié)6m底部配置合金刀頭套管，套管的垂直度校核完成后下壓套管，然后用抓斗從套管內(nèi)取土，邊取土邊下壓套管，保持套管底口超前于取土面且深度不小于2.5 m，非嵌巖段采用低壓慢速壓入，并及時(shí)進(jìn)行糾偏。

首節(jié)套管入土后，在鉆機(jī)平臺(tái)頂部預(yù)留至少1m，以方便后續(xù)套管連接。后期套管要根據(jù)巖層埋深配置3～6m短節(jié)套管。安裝合格后，繼續(xù)壓入，施工過程中持續(xù)觀測垂直度，及時(shí)進(jìn)行糾偏，重復(fù)上述步驟，直到套管嵌入巖層面。

4.5.2 嵌巖段鉆進(jìn)成孔

本工程全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化巖層厚度薄，強(qiáng)度低的特點(diǎn)，適當(dāng)提高全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)壓力進(jìn)行壓入，待穿過強(qiáng)風(fēng)化巖層后，壓力明顯增大后，適當(dāng)進(jìn)入中風(fēng)化巖層后停止壓入，采用履帶起重機(jī)吊離全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，采用旋挖鉆機(jī)在套管內(nèi)進(jìn)行引孔鉆機(jī)，旋挖鉆機(jī)鉆至設(shè)計(jì)樁低標(biāo)高后，檢查孔深，滿足要求后，旋挖鉆機(jī)撤離，再次吊裝全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)就位，繼續(xù)壓入套管，通過逐步提高壓力和轉(zhuǎn)速，過程中不斷抓取切削破碎的巖層，至到設(shè)計(jì)標(biāo)高，對(duì)成樁質(zhì)量進(jìn)行檢查，合格后及時(shí)吊裝鋼筋灌注混凝土。

4.6 鋼筋籠加工、安裝

鋼筋均采用數(shù)控設(shè)備自動(dòng)化進(jìn)行切割、車絲、打磨一體化成型，以提高鋼筋直螺紋車絲質(zhì)量。鋼筋籠整體制作，A型樁矩形籠，采用人工加工。B形樁圓鋼筋籠箍筋采用滾籠機(jī)將螺旋箍筋纏繞在籠身上，人工配合點(diǎn)焊固定，提高鋼筋籠整體質(zhì)量。檢驗(yàn)合格后，采用120T履帶起重機(jī)整體吊裝至孔內(nèi)，吊裝過程中兩側(cè)焊接U型定位鋼筋，確保鋼筋籠入孔位置準(zhǔn)確，避免施工圓形樁時(shí)損傷矩形籠主筋[3]。

4.7 混凝土灌注

混凝土灌注采用導(dǎo)管法，將混凝土倒入吊斗內(nèi)，再用120t履帶起重機(jī)將吊斗內(nèi)混凝土倒入導(dǎo)管頂部的漏斗內(nèi)。澆筑開始后，隨時(shí)計(jì)算混凝土灌注量及導(dǎo)管埋深，確保導(dǎo)管底端埋在混凝土面以下2～4m，混凝土超灌不少于0.5m，混凝土灌注要保障連續(xù)。套管和導(dǎo)管的拆除應(yīng)與混凝土灌入量匹配。為避免鋼筋籠上浮，混凝土初凝前，套管應(yīng)緩慢旋轉(zhuǎn)提升拔出。

5 施工關(guān)鍵技術(shù)

5.1 樁的垂直度控制

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，咬合樁的垂直度允許偏差為3%，本工程咬合樁均采用配筋設(shè)計(jì)，保護(hù)層70mm，施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制孔位誤差和樁的垂直度，確保樁間有足夠的咬合量，防止“劈叉”，同時(shí)防止套管切割到鋼筋，對(duì)套管刀具的損傷，同時(shí)降低咬合樁抗剪能力。咬合樁施工前，對(duì)成品套管進(jìn)行檢查，套管垂直度總體偏差應(yīng)控制在1%～2%，應(yīng)檢查每一節(jié)套管的垂直度并進(jìn)行校正，合格后方可使用。

全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)安置到位后，通過液壓支座調(diào)整使鉆機(jī)成水平狀，鋼套管在下壓施工過程中采用鉛垂法對(duì)垂直度檢測，將鉛垂設(shè)置兩個(gè)垂直方向，侵入機(jī)油桶防止晃動(dòng)，觀測點(diǎn)要遠(yuǎn)離成樁點(diǎn)，避免震動(dòng)影響，垂直度滿足要求方可繼續(xù)施工。

5.2 嵌巖施工

車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)嵌巖咬合樁201根，樁徑1000mm，間距 750mm，咬合樁入中風(fēng)化3.5～12.4m，施工難道大、周期長、成本高，嵌巖施工是咬合樁施工的關(guān)鍵。全部采用全回轉(zhuǎn)套管施工，巖石的完整型和高強(qiáng)度，對(duì)套管損失較大，周期也較長，同時(shí)對(duì)內(nèi)部巖層抓斗通過自身重力難于取出。

因此本工程采用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)+旋挖鉆機(jī)結(jié)合的施工方案，全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)將套管穿越強(qiáng)風(fēng)化巖層后進(jìn)入中風(fēng)化巖層400～600mm。然后采用旋挖鉆開始引孔，旋挖鉆采用直徑600mm高強(qiáng)度合金鉆頭鉆進(jìn)，為保證垂直度，開始采用低壓慢速度鉆機(jī)，鉆進(jìn)壓力控制在3～5MPa，鉆進(jìn)速度鉆進(jìn)速度0.2～0.4m/h，每鉆進(jìn)0.5m左右，提升鉆頭一次，為減少對(duì)鉆頭的磨損，鉆進(jìn)過程中，增加少量膨潤土泥漿進(jìn)行潤滑。鉆機(jī)深度超過1m后，鉆進(jìn)壓力控制在15～20MPa，鉆進(jìn)速度0.1～0.2m/h, 每鉆進(jìn)0.6～0.8m，取除巖層，循環(huán)最終至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高。

旋挖鉆機(jī)完成后撤離，然后吊裝全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)繼續(xù)壓入套管至設(shè)計(jì)標(biāo)高，旋挖鉆為全回轉(zhuǎn)提供一個(gè)臨空面，在全回轉(zhuǎn)壓力和套管旋轉(zhuǎn)切割作用下，巖石層極易破碎，套管也相對(duì)容易切割巖石至設(shè)計(jì)標(biāo)高，破碎巖石也容易被錘式?jīng)_抓斗抓取。加快硬質(zhì)巖層中施工速度，解決嵌巖是難題，大大降低成本[4]。

6 施工效果

6.1 樁體變形

在基坑開挖過程中，土壓力對(duì)咬合樁的內(nèi)向位移和變形都會(huì)產(chǎn)生影響。通過對(duì)懸掛咬合樁標(biāo)準(zhǔn)剖面樁位移監(jiān)測點(diǎn)分析可知，樁體測斜位移監(jiān)測數(shù)據(jù)單日最大變化值為0.72mm/d，從開挖至結(jié)構(gòu)封閉，最大累積值為21.58mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于軟土基坑變形要求，滿足基坑安全要求。

6.2 止水效果及外觀質(zhì)量

咬合樁施工完成后，在基坑開挖過程中，經(jīng)對(duì)外觀質(zhì)量檢查可知，咬合緊密，垂直度滿足要求，墻面整體呈現(xiàn)干燥狀態(tài)，除存在局部少量濕漬，并無明細(xì)滲水現(xiàn)象，咬合樁整體外觀質(zhì)量較好，無漏筋、鼓包、侵限問題出現(xiàn)。

7 結(jié)論

本文以寧波軌道交通2號(hào)線紅聯(lián)站B號(hào)基坑車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)工程為研究對(duì)象，闡述土巖地層深基坑懸掛咬合樁支護(hù)體系關(guān)鍵施工技術(shù)，并對(duì)開挖過程中咬合樁的實(shí)際變形量等進(jìn)行研究。通過變形數(shù)據(jù)分析和基坑開挖效果，對(duì)嵌巖咬合樁可以進(jìn)一步優(yōu)化，嵌巖施工是本工程的一大難題，也是影響工期和成本關(guān)鍵點(diǎn)，對(duì)咬合樁A樁和B樁發(fā)揮作用不同，圓形B樁主要為受力樁，A方形樁主要為止水。圓形B樁嵌巖深度不小于3.5m控制，而A方形樁嵌入中風(fēng)化巖層不少于1m進(jìn)行控制，基坑安全性能得到保證，工期和經(jīng)濟(jì)上效果更佳。

寧波軌道交通2號(hào)線紅聯(lián)站B號(hào)基坑咬合樁樁用51天施工順利完成，平均4根/d，成樁隔水效果、外觀質(zhì)量以及環(huán)保效果等多方面均表現(xiàn)良好，驗(yàn)證了土巖復(fù)合地層懸掛咬合樁施工工藝的可行性，為類似工程提供參考。