钢筋混凝土咬合桩在杭州奥体主体育场深基坑临江堤支护工程的应用

郑建荣，陆学水，杨威长

(1.杭州奥体博览中心滨江建设指挥部，浙江 杭州 310053;2.浙江江南工程建设管理有限公司，浙江 杭州 310007；3.五洋建设集团股份有限公司，浙江 杭州 310009)



钢筋混凝土咬合桩在杭州奥体主体育场深基坑临江堤支护工程的应用

郑建荣1，陆学水2，杨威长3

(1.杭州奥体博览中心滨江建设指挥部，浙江 杭州 310053;2.浙江江南工程建设管理有限公司，浙江 杭州 310007；3.五洋建设集团股份有限公司，浙江 杭州 310009)

摘要：介绍了在杭州奥体博览中心主体育场地下深基坑工程中，采用钻孔咬合桩作为基坑围护结构的施工工艺及其特点、重点、难点和技术质量控制措施。这对今后临近江河、基坑变形要求高的深基坑工程，提供了一种比较可靠的方法和思路。

关键词：钻孔咬合桩；超缓凝混凝土；特大型工程；临江堤深基坑支护；应用

1工程概况和水文地质条件

1.1工程概况

杭州奥体博览中心主体育场位于滨江区地界内的钱塘江与七甲河交汇处南侧。用地西北侧为钱塘江，西南侧为奥运路，东南侧比邻利民河及地铁，东北侧为七甲河。

主体育场为8万座特级(结构设计使用年限100年)特大型体育建筑。主体育场建筑面积为21.2 万m2(地上15.1 万m2，地下6.09 万m2)，地上6层，地下1层(局部2层)，建筑高度59.4 m，为钢筋混凝土框架结构。屋面钢结构罩棚轮廓平面形状为近似椭圆形(长轴×短轴=333 m×285 m，环型花瓣由空间管桁架+悬支单层网壳钢结构体系组成)，见图1。±0.000 m相当于绝对标高7.400 m，室内外高差0.150 m，场地自然地面平均相对标高-1.20 m，东北面紧邻七甲河堤部位自然地面标高为+2.45 m，底板垫层底标高-7.600 m，独立承台底面标高-9.20 m。

图1　主体育场鸟瞰图

基坑设计安全等级一级，为特大型深基坑。平面形状为近似南北向为长轴、东西向为短轴的环形椭圆(图2)。基坑外轮廓(1-M轴外侧，长轴×短轴=385 m×358 m)；内环(1-D轴内侧的长轴×短轴=200 m×130 m)。整个基坑采用了复合土钉墙、排桩(咬合桩)+混凝土内支撑等多种形式相结合的支护形式，在1-M轴坑外3～12 m不等设一排φ850@600三轴水泥搅拌桩止水帷幕(桩长有16m和19.8m两种，总长44 828m)或咬合桩墙；坑内采用自流井疏干降水，坑外除北面紧靠七甲河一侧不降水外，其余坑外采用自流井控制性降水；坑中坑及高低差交界部位采用土钉墙支护或放坡开挖。沿1-M轴外侧周长约1 300m，开挖面积约为11万m2，开挖土方量约为60万m3。

图2　主体育场基坑平面图

基坑设计方案对椭圆环分两步实施，第一步先施工至1-H轴(长轴×短轴=325m×275m)以内至1-D轴，开挖面积约为4.5万m2，开挖土方量约为23万m3；待1-H轴以内的上部钢结构罩棚吊装完成后，第二期施工从1-H轴以外至1-M轴外侧，开挖面积约为6.5万m2，开挖土方量约为37万m3。

1.2咬合桩(排桩)简况

基坑北面紧临七甲河标准堤塘(地下室外墙皮距离七甲河最近距离9.85m)，七甲河与钱塘江相通，钱塘江常年受潮汐影响，当泄洪与潮汐相迭时达到年最高水位，最高潮水位为8.0～9.0m，最低潮水位为3.59～5.35m。该区域采用一排Ф1 000@1 500咬合桩结合二道钢筋混凝土支撑支护(计291根，桩长21.7m,桩墙总长217.5m，共5 028.4m3混凝土，分别在+0.8m、-4.7m设置了两道钢筋混凝土内支撑；桩墙两端与主体育场外围一周的一排Ф850@600三轴水泥搅拌桩无缝连接，形成一道止水挡土帷幕。该止水帷幕先行于其他围护排桩和工程桩施工。

钻孔咬合桩+钢筋混凝土围檩+深井降水形式：其中钻孔咬合桩桩径Ф1 000，采用C25钢筋混凝土桩(主筋保护层厚度75mm)和C15素混凝土桩交替布置，钢筋混凝土桩切入素混凝土桩内250mm，即两桩相互咬合250mm，相邻钢筋混凝土和素混凝土桩长均为21.7m。

1.3工程地质和水文地质

根据地质勘查报告，场区地貌属钱塘江河口冲海积形成的滩地，经后期人工围垦而成。组成物质以砂质粉土为主，但场地大部分有回填土分布，厚度0.4～4.9m。场区地下水主要为空隙潜水和承压水，水位随季节而变化，埋深为0.8～4.2m，相对高程一般在2.85～5.22m，地下水对混凝土无腐蚀性。

工程范围内涉及地层主要有杂填土、耕植土层；①黏质粉土层，厚9.2m；②砂质粉土层，厚1.7m；③淤泥质黏土层，厚12.4m；⑤细砂层，厚1.4m；⑥-1圆砾层，厚6.5m；⑥-2卵石层，厚9.5m；⑥-3卵石层，厚6.8m。

2咬合桩的工艺原理和施工流程

2.1工艺原理和关键技术

Ф1 000@1 500钻孔咬合桩，是在两根直径Ф1 000、中心距1 500的素混凝土桩中间嵌入一根Ф1 000钢筋混凝土桩，桩与桩之间相互咬合相间连续排列而成的一种围护结构。其关键技术是采用专用桩机来保证桩身的垂直度，使得钢筋混凝土桩与素混凝土桩能可靠咬合、不分叉，形成连续的止水挡土帷幕。素混凝土桩必须采用超缓凝混凝土，方可在两边两根素混凝土没有初凝前，在中间嵌入一根钢筋混凝土桩，切割掉钢筋混凝土桩与两边两根素混凝土桩重叠部分的超缓凝混凝土，实现咬合，从而使钢筋混凝土与素混凝土共同终凝，使其成为一个整体。咬合桩采用全套管液压桩机施工，套管由主机液压油缸压入底层后再进行管内取土。即咬合桩的排列方式为：一个素混凝土桩(简称A)和一个钢筋混凝土桩(简称B)间隔，先施工A序桩，后施工B序桩。A桩混凝土采用超缓凝型混凝土，要求必须在A桩混凝土初凝之前完成B桩的施工。B桩施工时，利用套管钻机切割掉相邻A桩部分的混凝土，则实现了咬合。见图3。

图3　钻孔咬合桩的排列方式

2.2排桩施工顺序

总的施工原则为先施工素混凝土桩A序桩，后施工钢筋混凝土B序桩，其施工工艺流程为：A1→A2→B1→A3→B2→A4→B3……→An-1→Bn-2→An→Bn-1，见图4。

图4　钻孔咬合桩施工顺序图

单根桩的施工顺序：定位放样→地表障碍物处理→原土夯实→导墙施工→桩位编号→套管就位对中→吊装安放第一节套管→测控垂直度→压入第一节套管→校对垂直度→抓斗取土，套管钻进→测量孔深→清理虚土，检查孔底→(B序桩吊放钢筋笼)→放入混凝土灌注导管→灌注混凝土并逐渐上拔→测量混凝土面→桩机移位。

2.3本工程咬合桩的参数设计

超缓凝素混凝土桩缓凝时间≥60h，混凝土强度等级为C15，3d强度≤3.0MPa，桩位水平偏差<50mm,竖向垂直度偏差<5‰(本工程我们的内控标准为3‰)，充盈系数1.05～1.1。钢筋混凝土咬合桩混凝土强度等级为C25，主筋保护层厚度75mm，超灌高度600mm，素混凝土桩不超灌。本工程桩长21.7m，B序桩钢筋笼主筋：上段长11.8m，配筋26C28-螺旋箍C10@200；下段长10.5m，配筋13C28-螺旋箍C10@200。钻孔咬合桩在全面施工前进行试成孔(数量不小于2个)，以核对地质资料、检验设备、工艺、材料以及技术措施是否适当。

3咬合桩施工方法和控制要点

3.1施工场地平整

施工前平整场地，清除地表的植物及其他附着物，进行平整、压实。

3.2测量放样

采用全站仪放出钻孔咬合桩中轴线，以确定导墙位置。

3.3导墙施工

根据设计要求及本工程所采用的套管机的特点，在咬合桩顶部设置混凝土导墙，导墙厚度500mm，导墙宽度3 500mm，导墙内配钢筋5C16/C10@150，导墙的混凝土强度等级C20。导墙模板采用自制整体木模，导墙预留定位孔模板，直径取套管直径扩大30mm。导墙采用商品混凝土，人工入模，插入式振动棒振捣。在混凝土强度达到70%后拆模，拆模后立即加设对口撑，以防施工动载导致导墙水平位移。同时，在导墙上用红漆标明桩号，分段标明各设计段的桩底标高，并将点位从侧面引至导墙顶面上，作为钻机定位控制点。混凝土养护时间为7d。

3.4成孔施工

钻孔咬合桩拟采用MZ-2B型液压摇动套管钻机成孔，钻机由吊机、主机、液压工作站、冲击抓斗及套筒组成。该套设备可施工直径800～1 200mm的钻孔桩，最大施工深度达45m，摇动力达1 255kN，最大扭距1 470kN·m，根据杭州地区类似工程施工经验，可以满足本工程施工需要，见图5。

图5　液压摇动套管钻机成孔

在钻孔桩成孔过程中，用套管正反扭动加压下切，管内冲击抓斗取土，使套管压入至桩的设计深度，形成套管护壁成孔，施工速度快，成孔精度高、质量好，桩间相互咬合排列形成围护墙。

1)钻机就位：待导墙验收合格后，将套管钻机就位，使套管器中心对应在导墙孔位中心，并调整好套管垂直度，首节偏差不得大于2‰。

2)取土成孔：先压入第一节套管，压入深度约2.5～3m，然后用抓斗从套管内取土，一边取土，一边继续下压套管，始终保持套管底口超前开挖面2.5m以上。第一节套管压入土中后(地面上留1.2～1.5m，以便于接管)，检测垂直度，如不合格则进行纠偏，合格则安装第二节套管继续下压取土。如此重复，直至达到设计孔底。

3.5钢筋笼制作安装(B序桩)

钢筋笼的制作安装与钻孔灌注桩基本相同。需要强调的是，设计时适当加大保护层厚度，取75mm为宜。为保证钢筋在桩身混凝土中的保护层厚度，以及套管拔除时产生抱死现象，钢筋笼主筋上应焊接定位钢筋Φ20，每2m一道，周圈不少于4根，长200mm。倘若主筋为非对称布置，制作和安装时还应保证主筋方向的正确性。

3.6如何配置超缓凝混凝土

超缓凝混凝土各项性能指标能否满足设计施工要求,是决定钻孔咬合桩施工成功与否的前提和关键。单桩成桩每循环时间约为15h，则单机成桩3根需用时约45h,考虑到施工中的不可预见因素，取1.3的安全系数，则混凝土的合理初凝时间为58.5h。施工中实际要求A序桩混凝土的初凝时间为60h。施工前要进行工艺试验，慎重选用高效缓凝减水剂。各种原材料的质量应保持稳定，主要材料应专罐专用、专车专送，各车混凝土运抵工地后按规定制备试块，抓好现场施工组织管理，保证施工连续、有序、高效快速推进。

3.7水下浇灌混凝土

由于本工程地下水水位较高，桩身混凝土均采用水下混凝土灌注法施工，其中A桩为C15超缓凝混凝土，B桩为C25混凝土。混凝土采用商品混凝土，施工时混凝土坍落度控制在180～220mm之间。水下混凝土灌注前应再次用测绳检测孔深，以测定沉渣厚度(厚度不宜超过200mm)，如超过必须予以清除，可采用抓斗直接清除。水下混凝土灌注施工与普通混凝土钻孔灌注桩相比，有以下几个特点要引起重视：

1)随混凝土面上升拔高套管和导管，逐步拆除套管和导管。根据导管埋深情况，每次拆除1～2节导管，导管拆除后应立即冲洗干净，以便下次使用。套管提升时，慢慢上拔并左右摇晃，使混凝土能流入套管所占空间，同时注意观察钢筋笼有无上浮，套管埋深应控制在2m左右。

2)成桩检测：桩体强度达到设计强度后，开挖至桩顶高程，凿除桩头多余部分，对桩位进行检验，桩位偏差应在50mm内。同时采用钻芯法检验桩身质量，检查数量不少于10根。

3.8咬合桩定位与垂直度控制

3.8.1咬合桩定位

导墙主要起到锁口和导向定位作用，施工中应严格控制精度。要求导墙预留孔垂直偏差不大于1mm，导墙表面高低差≤2mm，预留孔中心线与咬合桩纵轴线偏差≤5mm。

3.8.2垂直度控制

为了保证钻孔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严格的控制，设计规定桩的垂直度标准为5‰，本工程我们的内控标准为3‰。

3.8.3套管的顺直度检查和校正

钻孔咬合桩施工前在平整地面上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，然后将按照桩长配置的套管全部连接起来，进行整根套管(15～25m)的顺直度偏差检查，偏差宜小于10mm。

3.8.4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的垂直度，发现偏差随时纠正。

2)孔内检查：每节套管压完后安装下一节套管之前，都要停下来用测斜仪或“测环”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。见图6。

图6　孔内检查示意图

3)终孔检测：在每根桩成孔完毕，必须进行垂直度检测，选两个相互垂直的方向进行测量。垂直度必须满足设计要求，如不合格必须纠偏，达到要求为止。

3.9遇特殊情况下的处理方法和措施

3.9.1“管涌”

在B桩成孔过程中，由于A桩混凝土未凝固，还处于流动状态，A桩混凝土有可能从A、B桩相交处涌入B桩孔内，称之为“管涌”(图7)，克服“管涌”的方法是：

图7　B桩施工过程混凝土管涌示意图

1)A桩混凝土的坍落度应尽量小一些，150～180mm，以便于降低混凝土的流动性。

2)套管底口应始终保持超前于开挖面一定距离，以便于造成一段“瓶颈”，阻止混凝土的流动，超前距离宜大于2.5m。

3)如遇地下障碍物套管底无法超前时可向套管内注入一定量的水，使其保持一定的反压力来平衡A桩混凝土的压力，阻止“管涌”的发生。

4)B桩成孔过程中应注意观察相邻两侧A桩混凝土顶面，如发现A桩混凝土下陷应立即停止B桩开挖，并一边将套管尽量下压。一边向B桩内填土或注水，直到完全制止住“管涌”为止。

3.9.2遇地下障碍物

基本与普通钻孔桩的方法相同，此略。

3.9.3分段施工接头的处理方法

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。

3.9.4事故桩的处理方法

基本与普通钻孔桩墙的抗渗补漏相近，此略。

3.9.5施工中的注意事项

1)由于咬合灌注桩施工连续性的特点，须切实抓好现场施工组织管理，确保混凝土供应和工序衔接正常。否则，过多设置砂桩，不利于围护结构止水，增加施工成本。

2)由于砂质粉土振动易液化，而施工采用的冲抓取土方法不可避免地要对地层产生一定的扰动，所以在地下管线密集或周围建筑物沉降要求较高的地段应注意做好管涌的预防措施。以免对周边环境造成大的影响。故可采用旋挖取土工艺。

3)严格控制桩体的垂直度是保证咬合桩的关键，在施工前要制订完善的垂直度控制及纠偏措施；同时，加强施工人员的质量意识教育，在施工中要求严格执行。

4基坑监测结果

基坑从2013年12月开始至2014年的11月止，经全程基坑监测：土体最大水平位移+3.0～-4.0 mm(<45 mm);坑顶最大沉降为-4.89 mm(<-10 mm)；水平撑最大轴力-5 660～-3 220 kN(

5结语

钻孔咬合桩基坑围护施工速度快、止水效果好。从杭州奥体主体育场临七甲河标准堤塘侧基坑开挖出的桩体来看，在桩身垂直度、桩芯混凝土质量及挡土止水等方面均达到了预期效果。通过对坑外土体位移、水位观测、沉降观测等效果来看，也达到了理想的效果，具有较高的工程推广价值。

钻孔咬合桩是在全套管灌注桩技术基础上发展起来的一项基坑围护新技术，近年来在杭州地铁深基坑施工中得到应用和发展，民用建筑深基坑首次在杭州奥体主体育场基坑支护工程中得到了应用，从技术可行性、经济合理性及环保要求等方面来看，其优点如下：由于采用了全套管的跟管钻进及其取土方法(冲抓或螺旋钻，本工程用的是冲抓)，避免了塌孔、缩颈等质量通病，有效防止了孔内流砂、涌砂现象，全套管的护孔方式保证了成桩质量，桩间紧密咬合，形成整体无施工缝连续基坑围护结构。对沉降及变位易控制，能够紧邻相近的建筑物、地下管线、江湖河堤施工；相比较地下连续墙围护工艺，性价比高；相比较钻孔灌注桩结合旋喷止水的围护工艺，具有桩体成型效果好，可以避免桩孔灌注桩塌孔的缺陷；施工中可干孔作业，无须排放泥浆，环境污染小。

收稿日期：2016-03-14

作者简介：郑建荣(1963—)，男，浙江江山人，高级工程师，从事建筑施工和工程项目管理工作。

中图分类号：TU473.2;TU753.3

文献标志码：B

文章编号：1008-3707(2016)07-0016-05

Application of the Steel Reinforced Concrete Secant Pile inSupporting Engineering of the Deep Foundation Pit NearRiver Bank for the Main Olympic Stadium in Hangzhou

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