钻孔咬合桩实例应用

叶清林

(厦门航空有限公司,福建厦门 361006)

钻孔咬合桩是指采用机械成孔、套管下压、套管内抓斗取土,在桩与桩之间相互咬合排列的基坑围护结构形式。适用于沿海地区软弱地层、含水砂层地质情况下的地下工程深基坑围护结构的施工。其围护和止水效果好,工程造价比地下连续墙和人工挖孔桩要低20%～30%左右。

1 实例工程概况

厦门航空售票综合楼(金雁酒店)位于厦门市湖滨南路,建筑面积 35890m2,地上 28层,地下 2层,周边高楼林立,东、西侧均为已建成的高层建筑,北侧紧邻筼筜湖,北侧地下室外墙距离筼筜湖最小处仅为 6m,基坑开挖较深,达到了9.2m。此外,本段地下水埋藏较浅且丰富,桩孔易发生坍塌变形,因此该项目深基坑围护显得尤为重要。结合实际地质情况,经多方面因素综合考虑,会同设计、地勘进行多次论证,确定基坑围护采用钻孔咬合桩的结构型式。钻孔咬合桩由于采用了全钢套管护壁,能有效地防止孔内流沙、涌沙现象的产生,并且通过现场实时监测成孔精度即可得到有效控制,“一荤(指钢筋混凝土桩)”、“一素(指素凝土桩)”相互咬合排列,挡土和止水效果极佳,经济性好。

2 钻孔咬合桩施工技术

2.1 工艺原理

钻孔咬合桩的排列方式为一根素混凝土桩(A桩)与一根钢筋混凝土桩(B桩)间隔布置。A桩采用缓凝型混凝土,B桩采用普通混凝土,先施工 A桩,后施工B桩。该项目钻孔咬合桩采用的是全护筒冲抓法,即在两侧 A桩成桩后利用护筒钻机的下压切割能力,在切割掉A桩部分混凝土的同时使B桩成桩。最后效果是使B桩嵌入两侧A桩一部分,形状类似于相互咬合,故形象的称为咬合桩(图 1)。

图1 混凝土导墙与咬合桩

2.2 工艺流程

2.2.1 导墙施工

为了保证钻孔咬合桩孔口定位的精度并提高桩体就位效率,应在桩顶部两侧先施工混凝土导墙 (图1)。

2.2.2 单根咬合桩施工工艺流程

工艺流程:护筒钻机就位※单桩成孔※吊放钢筋笼※灌注混凝土※拔筒成桩。

(1)护筒钻机就位:当定位导墙有足够的强度后,移动钻机就位,并使主机抱管器中心对准导墙孔位中心。

(2)单桩成孔:其步骤为随着第 1节护筒的压入(深度为1.5～2.5m),冲抓斗随着从护筒内取土,一边抓土一边继续下压护筒,待第 1节全部压入后(一般地面上留 1～2m,以便于接筒)检测垂直度,合格后,接第 2节护筒,如此循环至压到设计桩底标高。

(3)吊放钢筋笼:对于 B桩,成孔检查合格后进行安放钢筋笼工作,此时应保证钢筋笼标高正确。

(4)灌注混凝土:如孔内有水,需采用水下混凝土灌注法施工;如孔内无水,则采用干孔灌注法施工并注意振捣。

(5)拔筒成桩:一边浇注混凝土一边拔护筒,应注意保持护筒底低于混凝土面不小于2.5m。

(6)排桩施工顺序:A1※A2※B1※A3※B2※A4※B3……,如图 2所示。

图2 排桩施工顺序

3 钻孔咬合桩的质量控制措施

3.1 桩垂直度的控制

为了保证咬合桩底部有足够厚度的咬合量,除对其孔口定位误差严格控制外,还应对其垂直度进行控制。《建筑地基基础工程施工质量验收规范》规定,桩的垂直度标准为1%。成孔过程中要控制好桩的垂直度,必须抓好三个环节的工作。

3.1.1 套管的顺直度检查和校正

咬合桩施工前应进行套管顺直度的检查和校正,首先检查和校正单节套管的顺直度,然后按桩长配置的套管全部连接进行检查,整根套管(15～25m)的顺直度偏差宜小于 10 mm。检测方法:于地面上测放出两条平行的直线,将套管置于两条直线之间,用线锤和直尺进行检测。

3.1.2 成孔过程中桩的垂直度监测和检查

(1)地面监测:在地面选择两个相互垂直的方向采用经纬仪或线锤监测地面以上部分的套管垂直度,随时纠正。这项检测在每根桩的成孔过程中应自始至终不能中断。

(2)孔内检查:每节套管压完后安装下一节套管之前,都要停下来用线锤进行孔内垂直度检查,不合格时需进行纠偏,直至合格才能进行下一节套管施工。

3.1.3 纠偏

纠偏的常用方法有以下三种:

(1)利用桩机油缸进行纠偏:如果套管入土不深(小于 5 m),可直接利用钻机的两个顶升油缸和两个推拉油缸调节套管的垂直度,即可达到纠偏的目的。

(2)A桩纠偏:如果A桩在入土小于 5m时发生较大偏移,可先利用钻机油缸直接纠偏,如达不到要求,可向套管内填砂或粘土,一边填土一边拔起套管,直至将套管提升到上一次检查合格的地方,然后调直套管,检查其垂直度合格后再重新下压。

(3)B桩的纠偏:B桩的纠偏方法与A桩基本相同,其不同之处是不能向套管内填砂或粘土而应填入与A桩相同的混凝土,否则有可能在桩间留下土夹层,从而影响排桩的防水效果。

3.2 超缓凝混凝土的配合比确定

超缓凝混凝土是咬合桩施工工艺所需的特殊材料(因为其缓凝时间特别长,所以称为超缓凝混凝土),这种混凝土主要用于 A桩,其作用是延长 A桩混凝土的初凝时间,以达到其相邻 B桩的成孔能够在A桩混凝土初凝之前完成,这样便给套管桩机切割 A桩砼创造了条件。在确定混凝土相关参数后,进行混凝土的配合比设计。由于咬合桩施工工艺的特殊性,要求超缓凝混凝土的缓凝期必须稳定,不能波动。缓凝剂的掺量非常重要,应通过试配进行确认。

3.3 超缓凝时间确定

3.3.1 单桩成桩所需时间 t

应根据工程具体情况和所选桩机的类型在现场作成桩试验来测定。试验结果 t为 12～15h,取上限值 t=15h。

3.3.2 确定 A桩混凝土缓凝时间 T

根据下式计算 A桩混凝土的缓凝时间,可根据下式进行计算:

式中:T为A桩混凝土的缓凝时间(初凝时间);k为储备时间,一般取 1.0t;t为单桩成桩所需时间。

3.4 咬合桩咬合厚度的确定

相邻桩之间的咬合厚度d根据桩长来选取,桩越短咬合厚度越小(但最小不宜小于 100mm),桩越长咬合厚度越大,按下式进行计算:

d=2(kl+q)≥50mm(即保证桩底的最小咬合厚度不小于50mm)

式中:l为桩长;k为桩的垂直度;q为孔口定位误差容许值;d为钻孔咬合桩的设计咬合厚度。

3.5 分段施工接头的处理方法

当一台桩机施工无法满足工程进度,需要多台桩机分段施工,这就存在与先施工段的接头问题。采用砂桩是一个比较好的方法。在施工段与段的端头设置一个砂桩(成孔后用砂灌满),待后施工段到此接头时挖出砂灌上混凝土即可。

4 施工问题与解决方案

4.1 克服桩内“混凝土管涌”措施

在B桩成孔过程中,由于A桩混凝土未完全凝固,还处于流塑状态,因此其有可能从 A、B桩相交处涌入 B桩孔内,形成“混凝土管涌”。为防止管涌,可采取以下措施:

(1)控制 A桩混凝土的坍落度,不宜超过 14cm。

(2)套管底口应始终超前于开挖面 2.5m以上,如果钻机能力许可,这个距离越大越好。

(3)实时观察 A桩混凝土顶面是否下陷,若发现下陷应立即停止 B桩开挖,并将护筒尽量下压,一边向B桩内填土或注水(平衡A桩混凝土压力),使其保持一定的反压来平衡A桩混凝土的压力,阻止“混凝土管涌”的发生。

4.2 遇地下障碍物处理方法

由于咬合桩采用的是钢护筒,所以可吊放作业人员下孔内清除障碍物。

4.3 克服钢筋笼上浮方法

(1)用振动锤起拔套管,产生高频振动的液化减摩效应,可减少“浮笼”现象发生;

(2)确保灌桩混凝土的和易性良好,其粗骨料粒径满足小于 20mm的要求;

(3)钢筋笼的加工尺寸应确保精确,在转运、吊装过程中采取可靠措施防止钢筋笼扭曲变形;

(4)在钢筋笼底部加焊一块比钢筋笼略小的薄钢板,增加其抗浮能力。

5 钻孔咬合桩的应用评价分析

钻孔咬合桩相比较其他几种常用围护形式的优势:

(1)咬合桩采用的是全护筒冲抓法,能够克服不良地质条件下灌注桩成桩困难的问题;

(2)咬合桩采用钢护筒,不像灌注桩用的是泥浆护壁,可以大大减小泥浆四溢对周围环境的影响;

(3)咬合桩垂直度比灌注桩好,不会塌孔,下挖过程中如遇到土体内有杂物影响时可以直接下去作业人员对杂物进行清理;

(4)咬合桩比地铁隧道基坑常用的地下连续墙结构要省20%～30%的费用,经济性好。

6 结 论

在对各种围护结构形式比选后,最终在厦航金雁酒店基坑围护工程中选择了钻孔咬合桩这一新工法。施工中,在靠近筼筜湖一侧的基坑采用1200咬合桩,其余基坑段采用1000咬合桩,桩间咬合 200mm,桩长为 19.2m。在基坑开挖过程中跟踪施工进程,对桩体侧移、坑周地面沉陷和地层位移、附近建筑物、地下管网等变形及受力情况进行监测,用取得的监测数据,与预测值或计算值相比较并进行分析。

在本文所涉及的工程地质条件复杂的情况下,基坑开挖围护结构采用钻孔咬合桩,达到了预期的目的。

[1]GB50202—2002建筑地基基础工程施工质量验收规范[S]

[2]建筑施工手册编委会.建筑施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2003

[3]JGJ94-94建筑桩基技术规范[S]

[4]侯学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997