旋挖灌注咬合桩在城市建设施工中的应用

林国清

(福建省闽东南地质大队，泉州，362021)

钻孔咬合桩是在平面上沿一条轴线设置单排钻孔桩，相邻的桩互相搭接形成支护结构，是一种新型的围护结构形式。由于其止水效果好，施工快，目前在各个领域的工程建设中得到广泛的应用，但大多数采用冲、钻孔灌注咬合桩[1]。随着施工技术的发展，旋挖灌注咬合桩也逐步得到应用，主要为了解遇到软弱松散地层、砂卵石层等问题，以及确保施工时不发生涌水冒砂、塌方、地面沉陷等事故。笔者以长沙市人民东路电缆隧道的施工为例，阐述旋挖灌注咬合桩在城市建设施工中的应用。

1 工程概况

该项目位于长沙市的人民东路北侧，电缆隧道长度260 m，由隧道口明挖段(明洞)、隧道口暗挖段(斜井)、电缆隧道、措施井(竖井)与安全孔等组成。电缆隧道口明挖段设计长度26.739 m，设计开挖断面为2.9 m×3.25 m，底板面标高为18.46～18.326 m；隧道口斜井段设计长度17.261 m，底板面标高为18.326～13.50 m。地面高程32～33 m，隧道底高程为12～13.5 m，平均埋深16 m。由于电缆隧道受到周围环境及位置的限制[2]，周边均为高层建筑、马路，施工环境复杂，地质构造软弱而且松散，紧靠人民东路侧无法按设计1∶0.5坡率放坡，且要穿过4 m多厚的富含水层(砂卵石层)，施工难度很大。为保证基坑边坡及临近地面建筑物的安全和止水效果，经协商提议后，设计方同意变更设计电缆隧道口明挖段由原设计26.739 m变更为11.739 m，坡度0.5%变更为1.12%；斜井往东移15 m，其余不变；电缆隧道相应增加15米，坡度0.69%变更为0.67%。其中变更后电缆隧道口明挖段长度11.739 m范围内采用旋挖灌注咬合桩与桩间二次支护作为基坑支护结构，桩长13～20 m(图1，2)。

2 场地地质特征

①杂填土1.00～1.20 m；

②粘土层4.00～4.50 m；

③细砂0.80～1.00 m；

④卵石层2.80～3.50 m，卵石粒径一般为2～5 cm，最大7 cm；

⑤强风化粉砂岩1.00～3.00 m，局部达5.30 m；

⑥中风化粉砂岩16.50～23.00 m。

3 旋挖灌注咬合桩施工原理及工艺流程

3.1 施工工艺原理

旋挖灌注咬合桩的相邻两桩分别为一根不配筋的超缓凝素混凝土桩(以下简称素桩)与一根钢筋混凝土桩(以下简称钢桩)，其中心距小于单桩桩径。施工时素桩与钢桩按间隔布置，先施工两侧素桩，后施工钢桩，钢桩应在素桩混凝土初凝之前钻孔，切割掉相邻素桩相交部分的混凝土后，下钢筋笼及灌注混凝土，从而实现咬合。旋挖灌注咬合桩是通过桩体咬合而达到结构自防水的目的，通过桩体内钢筋不均匀分布而达到在相同配筋量的情况下，获得最大抗弯强度[3-6]。

3.2 施工工艺流程

施工时，旋挖钻机在预先施作的咬合排桩混凝土导墙上先跳桩施工素桩(A桩)，在素桩灌注超缓凝混凝土后，且在混凝土初凝前，钢桩(B桩)紧跟完成钻进切割素桩混凝土的作业，然后灌注钢桩的混凝土，使素桩与钢桩的混凝土融合在一起呈嵌入咬合状态，而形成一个连续、整体的排桩结构。在该工程中，旋挖灌注咬合桩先行施工A1～A5素桩后，才开始B1～B4钢桩与B26砂桩(接头桩)的施工， 其中B1～B4钢桩成孔后统一下钢筋笼、浇筑混凝土， B26桩在成孔后先用砂灌满，接着再施工A6～A10素桩，按此循环，向前施工。作为接头桩的B26桩在最后等相邻的A26素桩施工后，再下钻头挖出砂，同时切割与A26桩相交部分的混凝土再次成孔，并下钢筋笼、浇筑混凝土，至此施工结束 (图3)。

4 旋挖灌注咬合桩施工设备

施工设备的选择是否合理关系到整个工程的质量与进度，选择施工机械设备主要是根据工程地质条件、工期以及周边环境情况等来选择。采用三一重工生产的SRC280型履带式旋挖钻机(最大加压力为230 kN)钻进成孔，钻机自带柴油发电机(261 kW)，钻头采用FZ80钻头与子弹头截齿，吊运钢筋笼的吊车选择采用徐工25 t吊车QY25K-1(额定功率为213 kW)。

5 旋挖灌注咬合桩施工要点

5.1 控制孔口定位误差

严格控制护筒埋设的精准度与桩机对中的准确度。桩位偏差不大于±50 mm，在护筒定位准确不变位的情况下使桩机第1节套管周围与护筒之间的空隙保持均匀即可。

5.2 桩体垂直度控制

桩体垂直度控制是关键，垂直度偏差过大不但影响到桩的承受力，而且还直接影响到止水效果，偏差超过咬合厚度意味着止水失败。因此机械垂直度不大于1%，旋挖钻机可以将垂直偏差精度控制在0.3%以内。

5.3 混凝土缓凝时间控制

应根据单桩成桩时间来合理确定素桩混凝土缓凝时间，单桩成桩时间与施工现场地质条件、桩长、桩径和钻机能力等因素相关。连续施工钻孔后要及时灌注混凝土，防止塌孔。一般在连续施工5～7根素桩后可再行施工5～7根钢桩，素桩初凝时间宜为55 h，钢桩初凝时间宜为10 h。混凝土的坍落度应控制在180～220 mm。

5.4 钢筋笼的定位

为了保证钢筋笼定位准确且监测钢筋笼是否上浮，在钢筋笼四周应设置定位U形卡并绑上测绳。

5.5 咬合厚度的确定

相邻桩之间的咬合厚度应根据桩长来确定，随着桩长的增加，垂直方向位移偏差会逐渐加大，因此桩越长，设计的咬合厚度应越大，为保证止水效果和支护安全咬合厚度一般控制在200～300 mm，在钻机垂直度控制精度较高的情况下咬合厚度可以为150 mm。

5.6 施工接头的处理

为防止施工接头处素桩混凝土凝固无法作业，接头处须预设一个砂桩来处理，处理接头时，若发现桩间有渗水时应先引出排掉，再采用桩间二次支护措施前后封堵。

6 施工效果

该工程旋挖灌注咬合桩累计进尺700 m，施工后对所有桩均进行了低应变检测，其中Ⅰ类桩占80.77%，Ⅱ类桩占 19.23%，没有Ⅲ类桩与不合格桩，质量满足设计要求。随后进行了明挖段的施工，按照信息化施工的原则，基坑施工过程中进行了各项监测。

(1)支护系统土体深层的位移监测CX1=8.1 mm(位于0.5 m处)、CX2=18.3 mm(位于5.0 m处 )、CX3=27.2 mm(位于5.5 m处)、CX4=13.7 mm(位于0.5 m处 ) ，由监测数据可以得出其土体深层位移累计变化量均没有超出设计的预警值30 mm。

(2)支护坡顶部水平位移监测，变化最大的点为S2点，累计变化量为26 mm，变化最小的点为S4点，累计变化量为2 mm，其他各点的变化量介于二者之间，水平位移量大的点对应的测斜管的变化量也较大，均没有超过设计预警值30 mm。

(3) 基坑坡顶沉降监测，变化最大的点为S2点，累计变化量为13.4 mm；变化最小的点为S5点，累计变化量为4.8 mm，其他各点的变化量介于二者之间，沉降位移量大的点对应的水平位移变化量也较大。在基坑施工期间，基坑坡顶沉降监测数据表明其变化量满足设计要求。

(4)围护桩应力监测，在开挖及结构施工过程中对其进行了跟踪监测，总共监测了68次，监测的精度均满足规范的要求，应力监测点的累计变化量在-18.066～18.830 MPa，各监测点均未超过设计预警值。

(5) 基坑水位监测与基坑周边道路管线及建筑沉降监测，在开挖及结构施工过程中对其进行了跟踪监测，总共监测了68次，监测的精度均满足规范的要求, 各监测点均未超过设计预警值。以上检测与监测结果均满足设计要求,达到了设计预期效果。

7 旋挖灌注咬合桩特点

(1)实践证明旋挖灌注咬合桩具有工艺可靠，施工速度快、适用性广，节能环保的特点，是一项在市政支护工程中特别适用、值得推广的新技术。

(2)旋挖灌注咬合桩与冲钻灌注桩结合搅拌桩或旋喷桩的支护结构相比，具备了同样的强度和防水作用，却节省了施工用地和水泥用量。此外，机械设备噪音低、震动小，在采用干法施工的情况下，几乎无泥浆污染，对周围环境影响小[7]。

(3)施工安全系数高，采用钢套管的保护，能靠近建筑物、地下管线施工。适应地层范围广，施工过程可以全孔套管跟管钻进，可有效防止孔内流沙、涌泥，轻松打穿富水地层，并可进行嵌岩，能较好控制桩身质量，保证桩的承载力。

(4)旋挖机械自带柴油发电机组，供电需求小，具有履带自行走装置，移动便捷，同时施工速度快，可有效缩短工期。

(5)操作流程全程电脑控制，实时掌控钻机垂直度与钻进深度，渣土随钻随取，直观准确地掌握孔内地质情况，在与地勘报告偏差较大的情况下可及时修正施工方案。

(6)设备造价贵，无水挖掘时需防止有毒、有害气体等漏出。

8 结论

综上所述，咬合桩围护结构继承了排桩及地下连续墙的一些优点[8]，在城市建设施工中，采用旋挖灌注咬合桩施工，可有效地起到基坑支护、止水作用，避免了涌水冒砂、塌方、地面沉陷等事故，圆满地解决了在不良地质地段，施工场地受限等施工难的问题，节省了造价，降低投资。对于现代城市发展中在高铁站、地铁站等隧道口，高层建筑的深基坑等相似工程地质条件下工程施工，具有明显的优势。因此，在城市建设施工中采取旋挖灌注咬合桩维护法是可行的，有着良好的发展前景和广阔的发展空间，值得进行推广运用。但由于咬合桩在我国的应用起步较晚，尚存在以下问题有待同仁研究完善。

(1)施工方法还不够成熟，施工机械的研制也落后于发达国家，国内的相关研究主要集中在咬合桩的施工技术以及超缓混凝土的性能方面，对咬合面的抗弯承载力性能及素桩的作用的研究尚未见完善。

(2)目前咬合量主要还是靠经验确定，需要根据咬合面的受力状态，研究咬合量的计算方法，以方便今后指导设计与施工。

(3)研究咬合桩如何作为永久结构的一部分，以及在抗浮问题的地下结构中发挥作用，以便节省投资。

1 何少锋，黄文钦，扬静.咬合桩发展综述.福建建材，2015，07.

2 王根 . 咬合桩的设计与施工. 山西建筑，2010，22.

3 李旭 . 高压喷射注浆止水帷幕在隧道竖井施工中的应用. 中小企业管理与科技，2011，1.

4 王守勇.浅谈咬合桩的施工技术.中国科技博览，2013，36.

5 周海娜.钢筋混凝土钻孔咬合桩的施工实践及方法介绍.特征结构，2013，12 .

6 韩轶群 . 全套管咬合灌注桩在基坑支护工程中的应用. 四川建材，2010，2.

7 王长勇. 冲孔咬合桩在基坑支护中的应用. 中华建设，2011，5.

8 杨建学，侯伟生，郑陈旻，等.冲孔咬合桩在某邻海深基坑围护中的工程应用. 岩土工程学报，2010，7(增刊).