昆明地铁无套筒普通混凝土咬合桩施工方法

杨公正

(中铁十六局集团北京轨道交通工程有限公司, 北京 101100)

昆明地铁无套筒普通混凝土咬合桩施工方法

杨公正

(中铁十六局集团北京轨道交通工程有限公司, 北京 101100)

咬合桩是基坑围护中常用的结构，在昆明地铁基坑中也广泛采用。而昆明地铁首期工程地层含水，且工期要求较高。普通咬合桩由于要采用全套筒和超缓凝混凝土，而不利于在昆明滇池沉积层中应用，且施工效率较低。文章研究无套筒、采用普通混凝土的咬合桩，总结其工程特点，提出其施工工艺和施工方法。论文提出的咬合桩改变了常规咬合桩的施工顺序，先施工素混凝土奇数号桩，等到终凝后开始施工素桩偶数号桩，然后等素桩终凝后开始进行荤桩的奇数号桩的施工，最后施工素桩的偶数号桩。详细论述了无套筒普通混凝土咬合桩的施工方法，特别提出了新鲜泥浆的性能指标和基本配合比，为昆明地铁的后续施工及类似地质条件的基坑工程提供了良好的参考。

昆明； 地铁； 普通混凝土； 咬合桩

1 传统咬合柱的特点

随着城市化建设进程的推进，咬合桩越来越多的应用于地铁车站围护结构中。旋挖钻机在咬合桩施工过程中应用较少，是值得开发的新领域[1-3]。咬合桩是一种桩与桩之间相互咬合排列的基坑围护结构。桩的排列方式一般为一个素混凝土桩(A桩，素桩)、一个钢筋混凝土桩(B桩，荤桩)间隔布置，施工时先施工素混凝土桩，后施工钢筋混凝土桩，要求必须在素混凝土桩的混凝土初凝前完成钢筋混凝土桩。近年来，在基坑工程中的应用越来越频繁，特别是在地铁站施工中得到了广泛的应用。传统的咬合桩，采用机械磨孔、套管下压、套管内抓斗取土及后续成桩的工艺及工序。素混凝土桩采用超缓凝混凝土。可见，传统的咬合桩具有如下特点：

(1)需要安装全套筒。

安装及卸除套筒费时费力，会对基坑后续作业工序产生影响，如不拆除(时间紧迫时)，则使造价提高；成孔垂直度难以较精确保证。

(2)采用的是超缓凝混凝土。超缓凝混凝土凝固时间不确定，易于造成施工停滞的情况；存在荤桩施工时的素桩凝固问题，桩身质量难以保证。

(3)在富水软地层中施工，需另外增加辅助截水帷幕等防水措施，故在该类地层中的适用性受到一定限制。

总之，传统的咬合桩由于需要安装全套筒、采用超缓凝混凝土，导致施工效率较低，桩身质量难以统一，富水软弱地层中的使用受到一定的限制。本文结合昆明地铁施工条件，对无套筒普通混凝土咬合桩进行研究，以节约工期和造价。经过展览中心站5个出入口约1100根咬合桩的施工，证明此种咬合桩比常规咬合桩高效、节约成本、施工周期短，而且施工质量有所提高。

2 无套筒普通混凝土咬合桩特点

(1)不用安装全套筒，采用普通混凝土而不是超缓凝混凝土。

省去了安装与卸除全套筒的时间，同时避免了因为超缓凝混凝土凝固时间不确定而造成的施工停滞的情况，故工作效率大大提高。

(2)适用地层范围广。

该咬合桩适用于的地质有黏土层、粉砂层、粉土层、泥炭质土、卵石层以及强、中风化岩层。尤其在富水软地层中施工的排桩围护结构防渗效果好，无需另外增加辅助截水帷幕等防水措施。这样，该咬合桩省去了全套筒及超缓凝混凝土的使用，因而成本大幅度降低。

(3)采用旋挖钻机施工，成孔垂直度能由旋挖钻机垂直度控制系统自动调整和保证。

因此，咬合桩终端持力层处错位交叉的偏离精度可控，桩型标准。即用旋挖钻机在桩身混凝土终凝状态下完成切割咬合过程形成的排桩围护结构整体性状好、支护强度大、防渗效果佳。一些厂家生产的旋挖钻机甚至可通过驾驶室内的HMI操控系统，可清楚判定和记录所穿越地层的土质情况及桩底持力层情况，因此成桩过程容易控制。

(4)根据水下混凝土的凝结时间来控制荤桩施工时间。

旋挖钻在荤桩成孔过程中能够将素桩切削成粗糙的混凝土面，近似于地下连续墙刷壁效果，能够有效将荤桩及素桩连接成为整体，形成良好的止水效果。

(5)由于是在素桩混凝土终凝后才开始荤桩施工，有效避免了传统施工方法中荤桩施工时素桩凝固的问题。

3 施工工艺

3.1 工艺流程

本文所述的咬合桩仍采用钻孔成桩工艺。钻孔咬合桩是相邻混凝土排桩间部分圆周相嵌，并于后序次相间施工的桩内放入钢筋笼，使之形成具有良好防漏防渗作用的整体连续防水、挡土围护结构。咬合桩施工过程中，对于前后工期时间差引起的桩墙不连续，应在先期施工的素桩起始接头处预留砂桩，后期施工时，该砂桩采用钢筋混凝土咬合桩置换，以保证桩墙的连续性；预留接头砂桩应布置于钢筋混凝土桩位置，填砂前其相邻素混凝土桩混凝土应已初凝。因机械、场地限制或其他原因造成连续作业中断时，应于就近钢筋混凝土桩位置施工砂桩，填砂前其相邻素混凝土桩混凝土应已初凝。

本文所述的咬合桩采用桩径800 mm、桩中心距600 mm、相邻两桩咬合200 mm的形式。素混凝土桩(A序桩)采用C20水下混凝土，钢筋混凝土桩(B序桩)采用C30水下混凝土。钻孔咬合桩可采用ZR280C旋挖钻机施工，先施工素混凝土A序奇数号桩(A1、A3……)，等到终凝后开始施工素桩偶数号桩(A2、A4……)，然后等素桩终凝后开始进行荤桩的奇数号桩(B1、B3……)的施工，最后施工素桩的偶数号桩(B2、B4……)，如图1所示。而常规咬合桩，由于采用超缓凝混凝土，其施工顺序如图2所示，即ABABA……的施工顺序。

施工顺序：A1-A3-A2-A4-B1-B3-B2图1 无套筒普通混凝土咬合桩施工顺序示意(单位：mm)

施工顺序：A-B-A-B图2 常规咬合桩施工顺序示意(单位：mm)

3.2 施工方法

3.2.1 桩位放样

表层按设计标高拉槽卸土后，现场放线定出桩位，做好桩位的轴线标记和桩位的测量放样，并进行复核报验，作出复核记录，经复核确认桩位的轴线正确无误，开挖探槽探明无管线埋在地下时，方可进行导墙施工。

桩位施工测量放线时，考虑桩体的垂直施工误差及孔位变形，为保证基坑净空，桩位中心外放5 cm，施工中桩墙顶中心线偏差≤30 mm，桩体垂直度偏差≤3 ‰。

3.2.2 导墙施工

咬合桩导墙采用C30钢筋混凝土结构，导墙形式如图3所示。

图3 导墙形式平面图

场地平整后，根据实际地形标高和桩顶标高确定导墙基础开挖深度，基础开挖采用人工配合挖掘机进行，开挖到基底后进行清底、夯填、整平。导墙位置下方铺设素混凝土垫层，按设计要求绑扎钢筋网。钢筋网通过验收后，开始支立导墙模板。模板采用定型钢模，每段长度按3 m考虑，支撑采用方木(图4)。

图4 导墙模板支立示意

导墙混凝土采用C30商品混凝土，人工入模，插入式振动棒振捣，保证顶面高程、垂直度满足设计要求，在混凝土强度达到70%时拆模。导墙起锁口和导向作用，直接关系到钻孔咬合桩顺利成孔和成孔精度。施工中严格控制导墙施工精度，施工允许偏差应符合：导墙圆心与桩心允许偏差为±10 mm；导墙直径与桩直径允许偏差为0～25 mm；内墙面垂直度≤5‰；导墙顶面平整度≤5 mm。

3.2.3 泥浆

为了保证槽壁的稳定，要连续不断地向沟槽中供给新鲜泥浆，同时在水下混凝土浇筑时，将有大量的泥浆排放出来。泥浆配合比根据所选用的原料先行试配，再检测各项指标，按检测的情况适当增加外加剂，改善泥浆性能，使之符合要求。新鲜泥浆的各项性能指标如表1，基本配合比如表2，泥浆配置方法如图5。

表1 泥浆性能指标

表2 泥浆的基本配合比 kg

图5 泥浆配置方法

3.2.4 成孔

成孔主要采用ZR280C钻机施工。旋挖过程中采用泥浆护壁，导管灌注，该机采用上下导向工作平台自动找平，通过作业人员90°的线锤监视，确保垂直度在3‰内，在成孔过程中可通过旋挖钻机操作平台控制桩体垂直度。该机在黏土、粉质砂土中作业良好，在泥浆护壁的情况下不易坍塌，挖土顺利。

钻机就位后，保证钻头中心与桩中心偏差小于2 cm，开钻1.5～2 m放护筒，确保护筒垂直度，泥浆经实验检验合格后准备配合钻机钻进，钻进期间灌入泥浆至承压水头以上高度，防止管涌发生，直至设计孔深。当孔深度达到设计要求后，及时清孔并检查沉碴厚度，若厚度大于30 cm，则继续清孔直至符合要求。确定孔深后，及时向监理工程师报检，检测孔的沉碴和深度。由于桩底地层承载力较低，为减少钢筋笼下沉，成孔后须往孔内加入适量的碎石或片石(加入碎石或片石的量根据测试而定)。

3.2.5 钢筋笼加工及吊放

根据图纸要求，计算箍筋用料长度、主筋长度，将所需钢筋调直后用切割机成批切好备用。主筋按图纸要求预留500 mm锚固长度。主筋连接采用闪光对焊或搭接焊，采用搭接焊的其焊缝长度单面焊大于10d，双面焊大于5d，并保持钢筋的同轴性。主筋的搭接互相错开，在35d且不小于500 mm区段范围内，同一根主筋上不得有两处接头，同区段内接头数不超过钢筋总数的50%。准确加工加强筋，使加强筋尺寸满足钢筋笼的直径要求，将主筋位置用明显标记于加强筋上，每条主筋均焊于加强筋标出的主筋点位上。钢筋笼框形成后，箍筋按设计间距点焊于主筋上，保证钢筋笼的轴线。

钢筋笼制作采用整笼一次性制作加工。将制作好的钢筋笼稳固放置在平整的地面上，防止变形。

钢筋笼吊装采用汽车吊吊装就位，钢筋外侧每隔5～6 m对称设置4个定位钢筋，以确保钢筋笼居中。下笼前复核套筒的标高，并计算确定吊筋长度，保证钢筋笼标高定位准确。吊筋采用4根φ12钢筋。钢筋笼吊起后缓慢落入桩孔内就位，借助自重保证钢筋笼标高及垂直度正确。钢筋笼吊运时

应防止扭转、弯曲。安装时对准孔位，吊直扶稳，缓慢下放，避免碰撞孔壁，就位后立即固定。

在浇筑混凝土之前，再次复核护筒的标高，确保钢筋笼顶的标高误差不大于5 cm。如复测时发现护筒下沉较大，则需将钢筋笼提起，并垫入方木、滚筒等物品，以保证钢筋笼的应有高度。

3.2.6 混凝土灌注

混凝土灌注采用导管法浇注水下混凝土。导管下入长度和实际孔深必须做严格丈量，使导管底口与孔底的距离能保持在0.3～0.5 m之间，导管下入必须居中，以免碰撞钢筋笼。

灌注混凝土时，首浇混凝土必须保证埋管深度不小于2 m。在实际操作中，放入隔水球，当混凝土灌满漏斗，立即剪断铁丝，同时继续向漏斗灌注混凝土，保证混凝土连续浇筑。在完成首浇后，灌注混凝土要连续从漏斗口边侧溜滑入导管内，不可一次放满，以避免产生气囊。拔导管时，要准确测量混凝土灌注深度和计算导管埋深后，方可拔管。导管埋深应始终控制在2～6 m。

水下混凝土必须连续施工，每根桩的浇筑时间按初盘混凝土的初凝时间控制，对浇筑过程中的一切故障均应记录备案。控制最后一次灌注量，桩顶应比设计高度高50 cm，保证凿除浮浆后桩顶混凝土达到强度设计值。桩顶混凝土的高度用重锤测量控制。水下混凝土的塌落度为18～22 cm。混凝土的入槽温度控制在35℃以下。

4 结论

(1)无套筒普通混凝土咬合桩由于省去了套筒的安装、拆卸以及超缓凝混凝土的采用，故施工效率更高，也可节约造价。

(2)无套筒普通混凝土咬合桩不再采用常规咬合桩素装和荤桩交替施工的施工顺序，而是采用素桩奇数桩、素桩偶数桩、荤桩奇数桩、荤桩偶数桩的施工顺序，利于混凝土的凝固，从而可节约施工时间，保证工期。

(3)论文提出了适用于无套筒普通混凝土咬合桩的新鲜泥浆性能指标和基本配合比，为昆明地铁基坑和类似地质条件的基坑工程提供参考。

[1] 陈海兵,梁发云,何招智.咬合桩在临近高填方基坑中的工程应用与实测分析[J].土木建筑与环境工程,2014,36(3):1-5

[2] 卜林,曾建华,吴传清.全套管钻孔咬合桩防渗支护结构在深基坑工程中的应用[J].土工基础,2010,24(4):10-13

[3] 陈斌,施斌,林梅.南京地铁软土底层咬合桩围护结构的技术研究[J].岩土工程学报,2005,27(3):354-357

杨公正(1978～)，男，高级工程师，主要从事地铁盾构施工技术方面的研究和管理。

TU473.1+4

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[定稿日期]2015-02-05