浅谈排桩在支护明挖项目中应用

龚晨曦 [1]、孙赫 [2]

1 中国电建集团山东电力建设有限公司 山东济南 250102;

2中国电建集团山东电力建设有限公司 山东济南 250102

摘要：深基坑施工过程中，由于基坑开挖边线与附近建筑物相邻，因此，传统明挖需在基坑有效形成支护墙基础上进行，排桩在基坑施工过程中于经济性、安全性方面有较高优势。国内某污水处理厂项目深基坑在实施过程中采用排桩加内部钢支撑方式进行深基坑开挖，本文件结合该项目实践，就排桩在基坑开挖中应用进行浅谈。

关键词：排桩工艺、钻孔工序、旋挖成孔、止水帷幕

0.工程概况

国内某污水处理厂占地面积9016平米，污水处理系统采取地下建造混凝土结构处理池方式进行污水处理，基坑最大开挖深度16.8米，本项目采取直径1000mm混凝土灌注桩做为支护排桩，桩长约为22米，单桩承载力不低于8000KN；同时，排桩间进行高喷作业，与排桩共同形成支护墙体，与内部钢支撑共同形成开挖支护系统。

1.施工方案确定

根据项目所处地理位置，项目所在地南侧25米处为一幢26层居民楼体；同时，本项目最大开挖深度为16.8米，根据地勘报告显示，本基坑开挖范围内场地土体分层变化情况大致如下：

（1）0-8米 松散回填沙；

（2）8-11米 淤泥质粘土，可塑性状态，中高压缩性；

（3）11-13米 碎石夹层，碎石粒径为80mm-300mm；

（4）13-35米 石灰岩，其中存在串珠溶洞。

为最大程度降低基坑开挖施工过程中对周围设施不利影响，因此，采取直径1000mm混凝土灌注桩作为围护桩，基坑内部按纵向间距3.1m-4m布置4层钢支撑进行内部支撑。

同时，为减少开挖过程中地下水流失过多而引起周围建筑物不均匀沉降，在排桩间设置直径75mm水泥砂浆柱形成形体帷幕。

2.施工工艺简述

排桩施工过程中，两桩施工间隔距离需满足6倍桩径或相邻两桩间混凝土浇筑结束24小时后，方可进行相邻桩体开孔作业。因此，施工过程中需在上述施工时间、间距要求下合理对施工顺序进行安排，施工工艺简述如下。

2.1 测量放线

测量人员根据项目附近坐标系形成项目内部坐标体系，根据图纸坐标及施工进展安排，对每个桩体进行测量作业；钻孔开始之前，需对该桩体位置进行复测，满足设计要求后，方可进行钻孔作业。

2.2临时护筒下设

根据上述地勘结果，本项目需下设临时护筒用于保证桩体成孔作业，护筒内径为1000mm，壁厚15mm，使用震动锤方式进行下设，下设深度12米；本项目排桩施工工程中，每台旋挖钻机配置2套护筒组，每个护筒组包括3个护筒，因此，合理安排钻机施工工序、施工时间将是本项目进度保证主要措施；以本项目为例，护筒下设及施工工序安排如下所示：

2.2.1.护筒安装

两组护筒同时安装并有一定距离，如下图所示：

图1：套管布置图

2.2.2钻孔顺序

钻空工作应按照如下步骤进行：

步骤1：

首先对2号钻进成孔，成孔后钻机移位至5号进行成孔作业，2号桩开始浇筑。

图2 钻孔步骤1示意图

步骤2：

当2号桩浇筑完成后，拔出护筒并将其安装在新位置，5号进行成孔作业，如下所示：

图3 钻孔步骤2示意图

步骤3：

5号成孔后，钻机移位至1号，5号浇筑完成后拔出护筒安装在新位置处，如下图所示：

图4 钻孔步骤3示意图

步骤4：

1号成孔后，进行浇筑。浇筑完成后拔出护筒将其安装在2号套管附近，并将钻机移至4号进行钻孔，如下所示：

图5 钻孔步骤4示意图

步骤5：

4号成孔浇筑完成后，拔出护筒安装在5号旁，钻机移至3号，如下所示：

图6 钻孔步骤5示意图

步骤6：

3号成孔后，钻机移至6号，3号浇筑完成后拔出护筒，安装在2号旁，如下所示：

图7 钻孔步骤6示意图

步骤7：

6号成孔后，将钻机移至1号，6号浇筑完成后护筒移至5号旁，如下所示：

图8 钻孔步骤7示意图

步骤8：

后续排桩施工重复步骤1到步骤7。

2.3 旋挖成孔

本工程钻进成孔采用正循环回转钻进方法，机上钻杆可安装导向钢丝绳，并在钻头上部带扶正器，以增加钻头在孔底回转的稳定性，使钻进平衡，孔壁完整，钻孔垂直。每次钻进工作前必须检查钻头保径装置，钻头直径、磨损情况，施工工程中磨损超标的钻头及时更换。

本工程主要配备单底/双底截齿捞砂斗、双底斗齿捞砂斗、截齿筒钻和双螺旋截齿钻几种不同的钻头，其中斗齿捞砂斗主要作为备用钻，在其他钻头无法工作时考虑在砂土层及部分强分化岩层中钻进使用或仅用于带出钻后沉渣。

施工中，依据地质情况，淤泥、粘性不强土层、砂土、胶结较差粒径较小的卵石层主要用单底/双底截齿捞砂斗推进，钻进同时带出沉渣；当钻进困难时考虑是否已到岩石层，可先用双螺旋截齿钻钻出该位置豁口，而后再用捞砂斗钻进并带出钻后沉渣；如钻进仍然困难，则用截齿筒钻钻进岩石层，再用捞砂斗带出钻后沉渣。如此综合利用多种钻头，保证钻进速度和成孔质量。

开钻时，先启动泥浆泵和转盘，使之空转一段时间，待泥浆输进钻孔中不得低于地下水位方可开始钻进。开始钻进时，低档慢速钻进，待钻进深度超过护筒刃角处，按正常速度钻进。在黏质土中钻进时，由于泥浆黏性大，宜糊钻，采用中等钻速，大泵量、稀泥浆钻进；当施工地质结构遇到砂类土或软土层时，易塌孔，宜控制进尺、轻压、低档慢速、大泵量、稀泥浆钻进。　

每次进尺最佳为0.5～0.8m，钻屑进入筒体，装满一斗后，将钻头提出空外移至机侧，继续繁慢上提钻斗，利用动力头下的挡板将钻头上的压杆下压，通过与顶压杆相连的连接杆件将钻斗的底盖打开卸；钻渣卸落完成，再将钻斗下落至地面，正旋关盖复位。

如需加接钻杆时，应先停止钻进，将钻具稍提离孔底，待泥浆循环1~2分钟，然后停泵加接钻杆，每钻进一节，钻杆前应备好下一节并随即接驳上节以便迅速继续钻进，避免停歇过久，直至钻进符合设计要求深度为止。施工时，必须时时注意地层变化，并做好钻进记录。

卸落钻渣或加接钻杆进而起落钻头时，速度应缓慢、均匀，不得过猛或遽然变速，若孔内出土，应立即清走，不得堆积在钻孔周围。

2.4 清孔

第一次清孔以正循环为主，采用换浆法清孔，钻到施工图标示桩底标高后，应立即清孔。不提钻慢转正循环清孔，终孔时将钻头提离孔底10~20cm中速旋转，调制性能良好的泥浆，替换孔内稠泥浆与钻屑，时间不少于30分钟。第一次清孔完成后，下孔规（检孔器），进行桩径、桩斜的测量，同时对孔深、孔径、孔位进行检查，确保孔内沉渣厚度小于50mm，孔深、孔位符合计算规格。

终孔前膨润土浆液指标按规范执行：马氏漏斗粘度24s～28s；PH:8～10；含沙率<4%。

孔规长度应为4~6倍的桩径，直径一般比钢筋笼直径大100mm，不大于钻头直径。

一次清孔结束后立即进行钢筋笼的吊装，钢筋笼吊装结束后用测绳（经钢尺校对过的测绳）测量孔深，沉渣及深度不满足设计要求时，进行二次清孔或重新下钻直至满足要求方可进行混凝土浇筑。

2.5 钢筋笼下设

钢筋笼在起吊、运输和安装时应采取措施防止变形，起吊点宜设在加强箍筋部位，并通过力矩计算确保钢筋笼不扭曲变形。还可酌情在钢筋笼内部焊接十字钢筋进行钢筋笼整体加强。

钢筋笼安装采用桩架直接吊笼的方法，吊装前在主筋外侧焊数组圆形垫块（直径150mm，M35砂浆制成），每隔1.5～2.0m断面上对称设置，使进孔时主筋净保护层达到75mm。

吊装时，利用履带吊在已设好的起吊点起吊、分节吊装。钢筋笼的吊装采用十字吊架进行多点吊装，以防止钢筋笼变形。首先将第一节钢筋笼吊放入孔中，并横穿钢管将钢筋笼固定于孔口，再将第二节节钢筋吊起与第一节对接焊牢。焊接搭接长度按单面焊10d标准。焊接完成后随即沉放已形成整体的钢筋笼。

钢筋笼的安装时间不能太长，下钢筋笼时要缓慢进行，并由工作人员将钢筋笼扶正，防止钢筋笼刮碰孔壁造成孔壁坍塌。孔口要进行必要的防护，防止发生事故，并防止其他物件落入孔中，影响混凝土的灌注。

钢筋笼就位后利用弯钩的短钢筋将钢筋笼挂在孔口的钢管上，并焊接固定在孔口，防止钢筋笼下沉、移动或灌注混凝土时上浮。

2.6 混凝土浇筑

成孔和清孔后的质量检查，包括孔深、孔径、孔的垂直度、沉渣厚度等方面。

计算一次连续灌注混凝土的容量，混凝土的首次灌注应保证满足初次埋置深度不小于1.0m。

连续不断的进行灌注，观察管内混凝土下降和孔口返水情况，及时测量孔内的混凝土面高度，并进行导管的拆除，确保导管埋深始终在2～6m之间。

灌注过程中，当导管内混凝土不满，导管前段有空气时，后续混凝土应缓慢灌入，防止在导管内成高压气囊。

混凝土面到达钢筋笼时应防止钢筋笼上浮。孔口固定，可用钢管垂直地卡压住钢筋，钢管点焊在孔口上，但须注意位置的垂直，否则会使管架变形。混凝土面接近钢筋笼时，保持较大埋深，放慢灌注速度，以减小混凝土的冲击力，混凝土面进入钢筋笼2～3m后，适当提升导管减小埋深（但不小于1m），以增加钢筋笼在导管底口以下的埋深，从而增加混凝土对钢筋笼的握裹力。混凝土灌注要均匀连续不断，严格控制和易性。

灌注快结束混凝土上升困难时，可向孔内少量加水，并掏渣或增加漏斗高度，拔最后一节导管时应慢，防止泥浆挤入产生泥心。

为保证桩头混凝土的质量灌注后的混凝土面应超出设计标高1m，同时由专人负责灌注记录。

混凝土运输采用混凝土输送泵进行灌注，保证桩身质量。

2.7 形成帷幕

排桩施工过程中，根据桩体混凝土强度情况，同时进行排桩间水泥沙浆柱施工，与排桩共同形成止水帷幕，从而保证开挖及支撑过程中基坑内干燥及基坑周边建筑物稳定。

3.结语

与传统防渗墙、咬合桩施工工艺相比，排桩与水泥沙浆柱施工工艺在造价、施工进度、有效形成帷幕及满足支撑侧向力需求方面均有较高优势，满足铁路、市政等项目深基坑施工需求，有较高推广价值。

作者简介

作者姓名、学历、职称、单位及岗位

龚晨曦、龚晨曦、本科 、工程师 、中国电建集团山东电力建设有限公司、工程部副经理

孙赫、大学本科、助理工程师、中国电建集团山东电力建设有限公司、海工工程师