喀斯特地貌地质下硬咬合桩施工中的应用

喀斯特地貌地质下硬咬合桩施工中的应用

中铁八局集团第三工程有限公司贵州贵阳55002

摘要：钻孔咬合桩是一种围护结构形式，是一种新兴的技术。在地铁站的施工中，钻孔咬合桩的应用具有重要作用，本文对贵阳轨道3号线花果园东站的咬合桩施工经验进行总结，介绍了钻孔咬合桩在地铁车站施工中的具体应用，希望能够为后序地铁车站咬合桩围护施工提供一定的参考。

关键词：钻孔咬合；地铁站；深基坑；围护结构

0引言：

随着我国城市化进程的不断加速，在城市的地下和高层建筑中，对基础设施的基坑围护结构中的维护方式日益增多。钻孔咬合桩是一种新的基坑围护结构工程，其桩体间紧密排列，并且相邻的桩身相互切割，从而构成了一种具有抗渗性的连续挡土墙。在国内，由于采用的是比较迟的咬合桩施工工艺，因此，如何提高其工作效率和质量，是目前国内外研究的热点之一。本文以贵阳轨道交通3号线花果园东站为例对钻孔咬合桩的具体施工方法和技术控制要点等进行阐述。

1工程简介

花果园东站的主体结构深基坑开挖的围护结构采用旋挖钻机+护筒跟进方式在喀斯特地貌与富水回填土复杂地质条件下成孔施工，该工程中的桩径采用φ1400@1100钻孔咬合桩，全为钢筋混凝土荤桩，桩与桩之间采用硬法切割工艺，桩共计1355根，桩的平均长度约33m，配筋率145kg/m3。咬合桩有Ⅰ序桩（先期桩）与Ⅱ序桩（后期桩）之分，桩身采用C30水下混凝土灌注法全导管浇筑。

2工艺原理

钻孔咬合桩采用旋转钻具+护筒跟进成孔方式，在相邻的桩体间形成一个相互咬合的排列基坑，由Ⅰ序桩（先期桩）和 II序桩（先期桩）间隔排列。首先进行 I序桩基施工，待Ⅰ序桩混凝土达到终凝（完成7天）后采用硬咬合方式施工Ⅱ序桩，钻孔采用全套管钻机进行钻进施工，套管内径1.4m。Ⅱ序桩基施工时，采用全套钻孔设备对与 I序桩桩基混凝土交叉部分进行切割，以实现咬合目的。

3施工工艺

3.1导墙施工

为了提高桩身定位精度和钻孔咬合桩的就位率，在桩顶部设置混凝土导向墙，是钻孔咬合桩施工的第一步工序。在设计中，导墙的内圈半径为1.5米，外边缘距圆弧边线垂直距离为1.7m，厚30cm，强度等级为C20早强混凝土。咬合桩间距1.1m。导向墙内圆弧边线距主体结构外边沿0.18m（即外放0.18m）。导墙每隔20m布置一道施工缝，施工缝尽量避开在桩中心两侧，图1所示。

图1 咬合桩导向墙

导墙的具体实施过程如下： (a）对场地进行平整，对地面管沟进行填平并压实；(b)按图纸所提供的坐标进行测量定位；(c)在监理工程师核实桩位置坐标后，进行导墙沟的开挖。在开挖完成以后，将地面中心线引入至沟槽下方，对模板进行定位控制；确保中线在正确的平面位置上；(d)采用自制的整体钢模具，在导向墙上预留的孔尺寸的套管的尺寸增大5 cm；(e)在进行混凝土浇注之前，必须对模板垂直度、中线、净距等部位进行检查，并通过验收后进行浇筑。

3.2单桩施工

单桩的具体施工程序和方法如下：（a）钻机就位，当导墙有足够强度后拆除模板，然后对桩位中心重新测量定位，同时将定位点反至导墙顶面，以此点为钻机的位置控制点；（b）钻土成孔，旋挖钻机就位后，在护筒跟进过程中，护筒采用3.5～6.5米一节的护筒，当钻机钻入深度约2.5～5.5m时，第一节护筒在跟进土中(地面上留1.2m～1.5m便于接管)进行垂直度检测，合格之后安装第二节护筒继续跟进，拼装采用栓锚结构拼接；(c)制作、钢筋吊放，制作钢筋笼时，应按相关技术规程、规范要求施工。为防止在搬运、吊装时出现的钢筋笼体变形，钢筋笼体必须具有足够的刚度，且每间隔2米应设有一道加强箍；(d)混凝土灌筑，采用水下混凝土进行灌注时，选择导管直径为Ф250，在混凝土灌筑时应注意防止钢筋笼出现上浮，控制浇筑速度；(e)拔管成桩，在混凝土浇注期间进行拔管作业，进行拔管操作时确保导管底埋入混凝土2m以上，如下图2、3所示。

图2 现场钢护筒 图3 旋挖钻+护筒跟进

3.3排桩施工

Ⅱ序桩施工前需要先施工两侧Ⅰ序桩，待I序桩施工完成7天后，才能进行II序桩施工，以确保咬合桩施工质量，如下图4所示。

图4围护结构分布示意图

咬合桩的咬合厚度，直接关系到连接各桩整体效果，并决定支护结构的抗渗止水功能。所以应严格控制桩的桩位及垂直度，从而保证桩间最小咬合厚度。桩机就位对中必须精确，回转盘中心与设计桩位中心偏差不应大于10mm，并矫正钻机垂直度。成孔垂直度的控制，成孔垂直度要求不大于3‰，并在钻孔过程中，对钻机成孔进行监测和纠正偏差。

3.4桩基钢筋施工

Ⅰ序桩为方形钢筋笼桩，Ⅱ序桩为圆形钢筋笼，Ⅱ序桩钢筋笼要嵌入Ⅰ序桩内，如图5所示：

图5咬合桩平面图

Ⅰ序桩和Ⅱ序桩钢筋笼外间距只有30cm,由于钢筋笼长度为30-35m且钢筋笼具有韧性，Ⅰ序桩钢筋笼在起重吊装过程中和下放时会出现偏斜，导致下放位置错误，最后导致钢筋笼偏离原来位置，在Ⅱ序桩施工时若Ⅰ序桩钢筋笼偏离到Ⅱ序桩范围内，钻孔过程中会直接破坏Ⅰ序桩钢筋笼，Ⅰ序桩整体承载力受损，成为废品。

4钻孔咬合桩施工技术控制要点

4.1钻机布设：在钻孔前整平原地面，清除杂物、换除软土、换填后碾压夯实地面或铺厚30mm钢板，地基承载力要求大于250KN/㎡，表面平整，坡度不得大于3度。

4.2桩的垂直度控制：为保证钻孔咬合桩之间有足够厚度的咬合量，除对孔口定位误差严格控制外，还要对垂直度进行严格控制,根据《地下工程施工及验收规范》规定，桩的垂直度偏差不大于3‰。施工过程中采用经纬仪十字丝对垂直度进行控制，以便于控制钻进垂直度，垂直度检查和控制措施如下；（a）在两正交方向上设置两台经纬仪进行观察。实施时放置整平经纬仪后，用十字丝的竖线对齐钻机钻杆、护筒的边缘，观察人员指挥钻机操作人员调整钻机钻杆、护筒方向，直至十字丝竖丝与钻机钻杆、护筒壁两条线达到重合、经纬仪可摆放在距离较远处，通过对讲机指挥钻机操作。(b)钻机的整个钻进和磨动过程主要依靠钻机自身的液压系统，因此垂直度的控制也要靠钻机自身来完成，施工时通过调整各油缸的伸缩量来实现调整钻杆的偏斜方向，从而达到控制成孔垂直度的目的，同时钻机内部装备钻杆垂直度监测和成孔深度监测设备，通过电脑终端在驾驶室内显示，操作人员及时发现及时纠偏。

4.3桩基垂直度的纠偏措施：尽管存在着难以预料的地下因素，但在施工中仍然有少数桩在成桩时发生倾斜。当钻杆倾斜超过规定值时，必须立即停止钻进，并对造成的原因进行分析，并采取如下处理措施：(a)如果斜度刚刚出现，加上倾角较小时，则可使钻机短行程上下磨动循环，磨动时利用钻机的液压动力系统向倾斜的反方向加力，尽量在倾斜的最初阶段完成纠偏；(b)若短程磨动不起作用.需进行回填处理，将护筒拉出，再进行二次钻孔，进行回填时，浇筑与桩相同等级标号的混凝土，虽然会造成一定的浪费，但可以确保排桩的质量。

4.4成孔后的垂直检测：采用高精度数字测斜仪，该仪器传感器采用液体摆，稳定可靠，可将数字信号直接上传至计算机。成孔质量检测仪可准确地反映孔的成孔曲线,如图6、7所示。

图6 垂直度检测 图7 垂直度检测数据

4.5钢筋笼的定位措施：Ⅰ序桩钢筋笼在两侧焊接钢筋定位圈以及定位弧形箍筋，钢筋定位圈以及定位弧形箍筋的直径皆为0.86m,钢筋与护筒接触部位为弧形，钢筋和护筒摩擦力减小，在完成混凝土浇筑后护筒拔出比较容易，如图8、9所示。

图8 钢筋笼定位大样图 图9 钢筋笼新增定位措施

4.6钢筋笼的吊装措施：（a）横向的位置吊点使用“一”字型钢筋笼横向吊点布置，按钢筋笼宽度L布置2道；（b）纵向按设置五个吊点考虑，保证弯矩平衡、正负弯矩相等。

5应用效果

花果园东站在复杂的地质及周边环境（位于市中心繁华地段，周边高楼林立、人流、车流量大；喀斯特地质地貌，杂填土居多，结构极为松散，含水率高）情况下，采用钻孔咬合桩围护结构后，对支护结构的水平收敛、桩后土体沉降和周围环境的影响得到了有效的控制。在整个车站开挖过程中，桩间没有发生渗水等现象。在前期，针对工程地质条件的特点，对基坑支护方案，尤其是钻孔咬合桩工艺进行了优化，不仅节省了投资，而且还达到了工程的功能效果；并取得了很好的经济效果，如图10所示。

图10 围护桩桩面效果图

6.结论与展望

钻孔咬合桩是一种新型的施工方法，它的可靠性和适用性在贵阳地铁花果园东车站的实际应用中被地下工程技术人员所接受，尤其是安全、质量、环水保措施与文明施工的价值是极为显著的。成孔施工中采用钢护筒跟进装置和拔除装置配合旋挖钻机代替全套管全回转钻机进行咬合桩施工，场地需求减少，配套设备较少，施工速度相对较快，成本相对较低，安全性能高等。过程中采用整平经纬仪和钻机自身的液压系统对垂直度控制，垂直度检测最大值为2‰，低于3‰，保证了垂直度；采用高精度数字测斜仪对垂直度检测，成孔质量检测仪可准确地反映出孔的成孔曲线；Ⅰ序桩钢筋笼在两侧采用钢筋定位圈以及定位弧形箍筋，确保钢筋笼在起重吊装过程中和下放时会出现偏斜现象；通过采取以上措施；确保了孔桩基底承载能力、垂直度及桩身整体质量要求。旋挖钻机钻进过程中噪音相对较大，如果城区施工来说，对居民生活有干扰，在下项目应用过程中需要进一步去提升和改进。采用旋挖钻+护筒跟进技术施工,使单桩成孔时间由原来的35小时缩短至5~7小时，为加快喀斯特地貌地质下为硬咬合桩钻孔技术的应用开辟了新的途径。其产品具有良好的社会和经济价值，具有良好的推广和应用价值。

参考文献：

[1]王安龙.钻孔咬合桩-地铁工程维护结构新型式.铁道工程学报。2003. (1)

[2]. 朱芝同，宋志彬，冯起赠，等.全套管钻孔咬合桩在临近地铁基坑工程中的应用J].探矿工程-岩土钻掘工程，2014（7）：65-69.

[3]. 《地下铁道工程施工标准》（GB/T 51310）