旋挖钻机泥浆护壁法施作咬合桩施工技术

王起飞

(中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司, 北京 101100)

旋挖钻机泥浆护壁法施作咬合桩施工技术

王起飞

(中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司, 北京 101100)

以昆明市轨道交通首期工程八标工程为背景，对工程地质及钻孔灌注桩施工工艺进行分析，提出了采用旋挖钻泥浆护壁法施作咬合桩施工工艺，并针对背景工程制定了具体的实施方案。对实际施工的效果进行分析，证明了所采取的施工工艺的合理性和正确性，为钻孔咬合桩施工提供了新思路,为以后相关施工内容提供可借鉴的经验和依据。

旋挖钻机; 泥浆护壁; 咬合桩; 施工工艺

随着城市化建设进程的推进，咬合桩越来越多地应用于地铁车站围护结构中来。传统全套筒钻孔咬合桩具有以下特点:首先,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。其次,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；存在钢筋混凝土桩施工时的素混凝土桩凝固问题，桩身质量难以保证。最后,成孔过程中施工进度缓慢。

昆明市轨道交通首期工程展览中心站附属结构施工过程中,由于受到各方面影响，需尽快提供工作面给后续施工单位，在充分考虑地层特性、旋挖钻施工工艺、钻孔桩施工经验的基础上，对采用旋挖钻泥浆护壁法施作咬合桩进行了前期调研分析，决定采用旋挖钻机泥浆护壁法施作咬合桩。

1 工程概况

展览中心站车站设置4个出入口与1个员工疏散口。车站附属建筑面积为3 200.56 m2。

出入口结构采用明挖法施工，结构形式为箱型框架结构，结构设置外包防水层。围护结构均采用Φ800@600套筒钻孔咬合桩，其中配筋桩混凝土强度等级为C30，素混凝土为C20。出入口设置二道支撑，均为Φ609×12钢支撑，基坑深度约为10 m。顶板、底板及侧墙混凝土为C35防水混凝土，抗渗等级为P8。

出入口范围内地质情况从上到下依次为：杂填土、黏土、粉土、泥炭质土、粉砂、黏土、泥炭质土、圆砾、粉质黏土,具体见表1所示。

表1 展览中心站出入口地质情况

2 地质情况及旋挖钻机切削能力分析

素桩施工过程中，可依据普通钻孔灌注桩进行考虑，依据不同地层情况，配置护壁泥浆。在泥炭质土中，由于该地层为软塑～流塑状态，泥浆参数需进行调整，避免出现坍孔及桩径缩小的情况。经过对展览中心站钻孔灌注桩施工情况进行分析，并对云南省相关工程进行参考，依据实际情况采用高黏度、低浓度优质泥浆，泥浆性能指标为：黏度22s，pH值9，密度1.08～1.12 kg/L。

荤桩施工过程中，由于未采用全套筒进行施工，需素桩终凝后开始施工，考虑到旋挖钻机的切削能力，特对商品混凝土搅拌站C20水下混凝土进行验证，并做4组试块，在标养情况下对3d、7d、14d和28d强度进行试验，具体数据如表2。

表2 C20水下混凝土抗压强度增长 MPa

参照《混凝土抗剪强度物理试验方法研究与理论分析》，混凝土抗剪强度约与其轴心抗拉强度等值，混凝土抗拉强度是其抗压强度的1/20～1/10，所以依据混凝土抗压强度对其抗剪强度进行推算，并且对旋挖钻钻头受力情况进行分析，对其单位高度范围所受扭矩进行计算。

图1 旋挖钻钻头受力示意

对受力情况进行简化，简化为均匀受力，旋挖钻头约0.1 m范围与素桩接触，混凝土对钻头阻力Tj计算为：

Tj=τh×0.3×0.1×0.2×2

式中：τh为混凝土抗剪强度。具体计算结果如表3。

表3 素桩边缘对钻头扭矩影响分析

施工过程中，素桩与相邻荤桩施工间隔时间可选择3～7 d，普通旋挖钻机扭矩为120～360 kN·m，完全可对咬合桩素桩进行切削。

3 工艺原理

咬合桩相邻两桩中心间距小于单桩桩径，在施工过程中先施工素桩(A序桩)，等到素桩终凝后，再施工两素桩之间的荤桩，采用旋挖钻机钻头能够在素混凝土中钻进的特点，省去了套管的使用，直接进行钻进，旋挖钻机对素桩切削后，可达到混凝土结构凿毛的效果，因此使荤桩与素桩能够有效连接从而起到止水的效果(图2、图3)。

图2 钻孔咬合桩施工流程

图3 施工现场钻孔施工

4 操作要点

钻孔咬合桩可采用普通旋挖钻机施工，先施工素混凝土A序奇数号桩，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，其施工顺序见图4所示。

图4 钻孔咬合桩施工顺序示意

5 施工工艺特点

(1) 由于采用旋挖钻施作咬合桩施工工艺不用安装全套筒，而且此施工工艺素桩采用的是普通混凝土而不是超缓凝混凝土。因此此施工工艺就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) 钻孔咬合桩围护结构适用地层范围广，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，本施工工艺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) 旋挖钻机施工钻孔咬合桩施工技术通用性强，易掌握，利于推广。

(5) 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。

(6) 钻机的安装比较简单，在施工场地移动比较快捷方便。

(7) 由于钻头的拆卸方便，可以根据土层的变化和钻进的需要随时更换钻头，加快了钻进速度，扩大咬合桩的适用范围。

(8) 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。

6 施工效果

施工速度快，本工程以展览中心站3号出入口作为试验首先进行施工，2011年12月2日开始咬合桩施工，2012年1月5日完成咬合桩施工，正常施工速度下，每天可施工10～12根桩,充盈系数保持在1.1以内。2012年2月开始冠梁施工，施工前对桩体进行检测，检测结果均为合格。2012年3月开始基坑开挖，基坑开挖过程中桩间无渗水现象，桩体较平整，垂直度控制良好，图5为展览中心站3号出入口的开挖效果。

图5 展览中心站3号出入口基坑开挖效果

7 结论

采用旋挖钻机施工咬合桩施工工艺，施工效果与全套筒施工效果相当，施工有效降低磨桩机的使用，占用场地较小，施工速度快。开挖后咬合效果良好，无渗漏水情况，开挖受限制较小。也为咬合桩施工的发展起到了很好的推动作用，具有很好的示范意义和广泛的推广应用价值。

[1] 崔万玺. 混凝土抗剪强度物理试验方法研究与理论分析 [J]. 赤峰学院学报：自然科学版，2010，26(6)

[2] 王安龙.钻孔咬合桩——地铁工程围护结构新型式[J].铁道工程学报，2003，(1)：53-59

[3] 韩毅昌，过国平.泥炭地层钻孔灌注桩施工技术措施[J].探矿工程，2003，(3)：7-9

TU94+2

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[定稿日期]2015-03-20