咬合桩在城市地铁车站中的应用

丁敏

【摘 要】青岛市地铁四号线静港路车站临近海边，地下水位较高并且丰富，地质条件差，本站采用钻孔咬合桩围护结构，使车站受力结构和隔水结构的有效结合。本文通过对两种不同的施工机械进行对比，以及将施工过程中的控制难点在实践应用中的总结分析，得出相应施工重难点的有效控制措施及方法，为其他类似施工提供参考。

【关键词】城市地铁；全套管咬合桩；控制措施

1 工程概况

静港路站为青岛地铁四号线的第21座车站。车站两端均为盾构区间，且盾构机在大小里程端均为接收吊出。车站位于规划静港路与李沙路交叉路口，沿李沙路“一”字型布置。地面标高6.46～7.04m，车站顶板覆土2.8～3.4m，车站底板埋深16.51～17.51m。本站设计站台长276.0m，为11m岛式站台，车站形式为地下两层双跨（局部三跨）矩形框架结构。车站标准段结构净宽19.7m。本站设3个出入口、1个安全出入口和2组风亭，车站区域及两侧均分布有热力、电力、燃气、有线电视、污水、雨水暗渠、自来水等管线、管沟等，管线一般埋深1～3.5m，其中燃气管道铺设于李沙路路面以下约3m处，车站南段有一条排洪水渠近乎垂直穿过车站，水渠宽5.5m、埋深2m，结合外部环境及设计要求，本站采用半明挖半盖挖形式。

2 水文地质情况

根据地质勘查报告，本站站址范围地层分布自上而下主要有：第四系人工填土、冲洪积中粗砂、冲洪积粉质黏土、冲洪积粗砾砂、碎石土、强～微风化基岩。第四系人工填土厚度2.0～5.5m；冲洪积中粗砂厚度2.5～8.0m；冲洪积粉质黏土厚度3.0～4.8m；冲洪积粗砾砂厚度2.1～3.3m；碎石土厚度4.7～8.6m；强风化凝灰岩厚度1.7～3.9m；中～微风化凝灰岩稳定较好，基岩埋深19～22m。基坑底部为碎石土层。

本站临近海边，地下水位较高，地下水主要为第四系孔隙水及基岩裂隙水，第四系孔隙水主要赋存于局部分布的砂类土层中，富水性中等。基岩裂隙水主要赋存于基岩裂隙发育的风化带中，赋水量小，埋藏较深，水质好，无侵蚀性。基岩裂隙水的透水性因地层的岩性、风化程度、裂隙发育程度等因素存在较大差异，表现出强烈的不均匀性和各向异性。该类型地下水补给来源主要为大气降水及第四系孔隙潜水；岩体中节理、裂隙为良好的径流通道，径流方向随裂隙变化，无规律可循；主要排泄方式为大气蒸发。

3 咬合桩施工工艺流程

经设计专家通过技术方面及经经济方面比较，本车站主体级附属围护结构均采用钻孔灌注咬合桩，桩间距700mm、咬合300mm，桩径1000mm，混凝土桩（素桩）与钢筋混凝土桩（荤桩）相间布置的AB型桩。钻孔咬合桩是采用机械钻孔施工，桩与桩之间相互咬合排列的一种新型基坑围护结构。由于其桩心相交咬合，与传统桩心相切桩相比，防水效果良好，投资节约显著。

3.1 咬合桩施工工艺流程

（1）A型桩为素混凝土桩，采用超缓凝混凝土；B型桩为荤桩。总的原则是先施工A型桩，后施工B型桩，其施工工艺流程是：A1—A2—B1—A3—B2—A4—B3……An—B（n-1），如图1所示。

（2）超缓凝混凝土的要求：为了克服及减少B型桩成孔咬合施工中造成A型桩的破坏，采用超缓凝混凝土。

（3）A型桩混凝土缓凝时间要求：T=3t+K

式中T-A型桩混凝土的缓凝时间（h）；

t-单桩成桩所需时间（h）；

K-储备时间，一般取1t；

T的基准值般为大于等于60h。

图1

3.2 单桩施工工艺。（见图2）

4 咬合桩施工设备的选择

4.1 需考虑的因素：

（1）紧临海，地下水位高及下穿沟渠等地质水文因素及外界环境因素；

（2）施工所采用设备因素，成桩进度，控制垂直度等所影响成桩质量的因素；

（3）基坑开挖方式、土体加固方式、混凝土的质量、成孔成桩工艺等施工因素。

4.2 咬合桩施工设备介绍：目前国内全套管钻机主要采用两种设备：

（1）360度全套管全回转钻机

优点：1）施工效率高，成桩速度快；

2）功能高端，垂直度易于控制，施工的垂直度可精确至1/500；

3）适用不同地质，可对回转扭矩、回转速度、拉拔力等多种参数进行设置；

4）设备扭矩强大，在A型形桩强度生成时，仍能进行切割施工。

缺点：1）设备施工单价高，施工总成本高；

2）成桩施工周期长，投入设备多，设备占用场地较大，不利于现场施工组织，施工进度不可控。

（2）27度全套管摇动式钻机

优点：1）设备施工单价低，施工总成本低；

2）设备施工使用占地小，对施工场地的要求不高，利于组织足够设备进场施工，施工进度可控。

缺点：1）设备工作压力、提升力均较小，施工效率比较低；

2）施工垂直度控制度不高，只能精確到3/1000，刚好满足设计要求的最底限度，施工过程中，一旦出现偏斜，必须通过拔管回填重新成孔，降低施工工效，费工时费成本。

5 咬合桩施工重难点及有效控制措施

5.1 桩孔倾斜

首先要考虑的是地质原因，在钻孔施工取土过程中检查地质是否存在一部分软层，一部分硬层；其次钻机的倾斜是否及时校正，施工过程中抓斗取土冲力较大，极易造成倾斜；再是在拔套管的过程中混凝土桩体扭曲或一边搅动过大。

控制措施：

（1）首先试拼套管，控制整根套管的顺直度偏差不大于10mm。

（2）坚持多次监测和检查成孔过程中桩的垂直度

1）实时监测：采用线锤或经纬仪监测地面以上部分的套管的垂直度，发现偏差随时纠正。在每根桩的成孔过程中应从开始施工到成孔结束始终坚持，不能中断。

2）屡次检查：每节套管压完后安装后，在下一节套管之前，都要停下来进行孔内垂直度检查，不合格时需及时纠偏，直至合格后才能进行下一节施工。

（3）桩身纠偏，成孔过程中如发现垂直度偏差超限，必须及时进行调整纠偏。

5.2 遇地下障碍物

地下障碍物因其深埋地下，具有不明确性，前期进行地质勘查有时也不能完全探测。

控制措施：采用“分阶段成孔法”进行处理：

（1）第一阶段，不论A型桩还是B型桩，成孔取土至障碍物，更换钻头为冲击锤，从套管内用冲击锤冲钻至桩底设计标高，成孔后向套管内回填土，边回填土边拔出套管，将已成的孔完全回填完毕，回填土可利用原成孔取的土；

（2）第二阶段，回填完毕后，按咬合桩通常的施工方法进行，逐步施工直至完毕。

5.3 管涌

发生管涌有两种情况：一是，随着钻孔深度增加和套管的摇动，富含水砂层在饱和压力水作用下，软化呈流塑状，引起管涌；二是，在B型桩成孔过程中，由于A型桩混凝土还处于流动状态，未凝固，A型桩混凝土有可能从A、B型桩相交处涌入B型桩孔内，发生管涌。

控制措施：

（1）针对第一种情况，主要采取套管底口始终保持超前于开挖面一定距离，以便于造成一段“瓶颈”增加水头路径，阻止饱和砂土的流动，或者在桩内适当注水，保持水压力平衡。

（2）针对第二种情况，常用以下3种方法进行处理：

1）控制A型桩混凝土的坍落度，不宜超过18cm，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，控制在2.5m以上，以便于造成一段“瓶颈”，阻止混凝土的流动。

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

B型桩施工过程中防止混凝土管涌措施示意图

5.4 缺陷桩

在钻孔咬合桩施工过程中，因B型桩素桩浇筑的超缓凝混凝土早凝或发生机械设备故障等原因，造成钻孔咬合桩的施工未能按正常要求进行而形成缺陷桩。

处理方法有以下三种：

（1）背桩补强：B型桩成孔施工时，其两侧A型1桩、A型2桩的混凝土均已凝固，处理方法为放弃B型桩的施工，调整桩序，继续后面咬合桩的施工，最后在B型桩外侧增加适当的旋喷桩作为补强措施。

（2）预留咬合企口：在B型桩成孔施工中发现A型桩混凝土开始有早凝倾向但还未完全凝固时，为避免继续按正常顺序施工造成事故桩，可及时在A型桩右侧施工砂桩以预留咬合企口，待调整完成后再继续后续桩的施工。

（3）平移樁位单侧咬合：B型桩成孔施工时，其一侧A1桩的混凝土已经凝固，使套管钻机不能按正常要求切割咬合A1、A2桩。处理方法为向A2桩方向平移B型桩桩位，使套管钻机单侧切割A2桩，施工B型桩（凿除原桩位导墙，并严格控制桩位），并在A1桩和B型桩外侧另增加旋喷桩作为防水处理的措施。

[责任编辑：朱丽娜]