硬法切割咬合桩在深基坑工程中的应用分析

林 刚,黄坤雄,赵 毅,郭帅帅

(浙江省地矿勘察院,浙江 杭州 310007)

硬法切割咬合桩在深基坑工程中的应用分析

林 刚,黄坤雄,赵 毅,郭帅帅

(浙江省地矿勘察院,浙江 杭州 310007)

结合杭州市中粮大悦城项目基坑工程,介绍了硬法切割咬合桩施工技术。着重对硬法切割咬合桩的清障和止水能力进行了总结,从而为后续施工提供了借鉴。

硬法切割咬合桩；深基坑工程；清障

1 工艺原理

1.1 传统咬合桩

传统咬合桩是指采用机械磨孔、套管下压、套管内抓斗取土,现浇混凝土灌注,桩与桩之间相互咬合(相交)排列的一种基坑围护结构形式(图1，2)。

图1 有筋桩和无筋桩搭配的咬合式排桩

图2 有筋桩和有筋桩搭配的咬合式排桩

传统咬合桩是国内较成熟的施工工艺,有很多成功的案例。但在实际施工中,其施工工艺有几点不足：

1)施工中咬合成败主要依托于超缓凝剂的效用,一旦受到各种外界因素干扰,先成桩成桩时间超过缓凝剂缓凝时间,将导致施工后成桩咬合成桩失败,影响工程质量并引发各种工程事故,带来巨大的经济损失；

2)由于采用超缓凝剂,混凝土初凝时间延缓,虽然有利于咬合切割,但是也埋下了后成桩咬合施工过程中受动水冲刷作用降低先成桩桩身混凝土质量的隐患；

3)由于先成桩尚未初凝,后成桩咬合施工的过程中易发生管涌,影响成桩质量；

4)施工机械由于其自身动力及套管下压模式的局限,当遇到较坚硬的大面积地下障碍物时将束手无策,此时只能先进行清障工作,随后回填好优质土方后再进行施工,该过程既延滞了工期,也带来很大的经济浪费。而且，对于地下障碍物埋深较深的情况,清障工作难以开展,该工艺适应性较差,难以解决问题。

1.2 硬法切割咬合桩

硬法切割咬合桩即贝诺特(Benoto)灌注桩工法,主要区别于传统咬合桩工法。它在传统咬合桩施工工艺基础上,通过先进的设备机具使用360°全回转套管机,采用硬切割的施工方法成桩,施工步骤大致与传统咬合桩施工方法相同。这种新工艺从原理上讲有三点最大的突破。

1)避免了采用超缓凝混凝土咬合桩工艺在完成切割咬合时,容易产生相邻孔混凝土管涌现象的发生而造成质量事故,同时由于采用了常规混凝土,从而降低了对混凝土的要求,节约了成本。

2)由于采用硬切割工艺,允许混凝土先成桩强度正常发展,无须依赖缓凝剂控制混凝土初期强度,并且不会出现由于先成桩成桩时间过长导致无法进行后成桩咬合施工的弊病,具备超强切削能力的成孔机械对付终凝后的C30以上混凝土是绰绰有余。

3)由于机械本身较大扭矩而具备的超强切削能力,使得清障和成桩两个工序一次性完成,于是可以解决存在大面积和深度较深的地下障碍物时围护桩的施工问题,同时围护桩可以兼做止水桩,保证止水帷幕体系的完整性。

综上所述,硬法切割咬合桩施工工法可以扩充既有的围护施工技术,并提高在复杂地带成桩的技术水平,是一种集清障、止水和围护功能于一体的新型绿色围护施工技术。

2 杭州中粮大悦城应用案例

2.1 工程概况

本项目位于杭州市拱墅区莫干山路西南侧,隐秀路东南侧，永固路东北侧,余杭塘河西北侧,即原杭州市热电厂地块内。项目用地面积约6.6万m2,总建筑面积约46万m2,其中地上部分建筑面积约28.3万m2,地下部分约17.76万m2。基坑围护总平面图见图3。

图3 基坑围护总平面简图

2.2 基坑开挖深度

本工程±0.000 m相当于黄海高程5.100 m,现状场地周边标高主要为4.400 m(即相当于建筑标高-0.700 m)。地下室底板面标高为-15.200 m,承台高度1 600 mm,垫层厚度300 mm,承台垫层底标高为-17.100 m,基坑开挖深度为16.4 m。

2.3 障碍物概况

1)老基础：场地原为杭州北大桥热电厂旧址,原有建筑现已拆除,拆除后,遗留有老基础等地下障碍物,根据勘察钻孔揭示,混凝土、碎块石等厚度较大,最厚可达1.0 m左右。埋深最大达7 m。部分基坑围护桩位置还存在承台或桩基础,给围护施工造成很大困难。

2)废弃码头：场地的西南侧为废弃的运河码头,靠运河一侧主要成分为钢筋混凝土。码头基础下存在预制方桩(竖直桩和斜桩两种)。见图4。

图4 原热电厂码头基础图纸

2.4 工程地质和水文地质条件

2.4.1 工程地质条件

场地原为杭州北大桥热电厂旧址,原有建筑现已拆除,场地地形较平坦,场地四周建设有围墙。场地的西南侧为废弃的运河码头,主要成分为钢筋混凝土。表层一般为1.0～1.4 m厚度的钢筋混凝土,其下为空洞,高0.8～3.1 m,底部一般为碎石填土。土层性质见表1。

表1 土层性质

2.4.2 水文地质条件

场地地下水主要为第四系松散孔隙型潜水和孔隙型承压水,深部为基岩裂隙水。勘察期间在勘探孔内测得地下水位埋深在现地表下0.00～5.30 m,地下水对混凝土具有微腐蚀性。

2.5 硬法切割咬合桩应用示例

采用大直径钻孔灌注桩(φ1 300@1 450)结合两道钢筋混凝土支撑支护,钻孔灌注桩外侧采用三轴水泥搅拌桩止水止土,坑底采用三轴水泥搅拌桩对被动区进行加固。

针对障碍物区域,采用φ1 500@1 200硬法切割咬合桩替代普通的大直径钻孔灌注桩和三轴水泥搅拌桩止水帷幕,起到“两桩合一”的效果。具体做法见图5、图6。

3 施工流程及质量控制要点

1)全回转套管咬合桩桩径1 500 mm,混凝土等级为C30。先行桩(A桩)应先于嵌桩(B桩)施工,两根先行桩桩之间施工嵌桩,嵌桩咬入先行桩内300 mm。A桩与B桩超灌高度为800 mm。

2)咬合桩施工前需先完成余杭塘河侧钢板桩围堰并清除原码头结构面板,再进行场地平整。

3)先行桩与嵌桩均采用全钢套管液压钻机成桩,桩机就位对中必须精确,要求对中误差小于5 mm。施工过程中要求轴线和垂直轴线方向偏差均不超过50 mm。垂直度偏差不大于0.3%,并对钻机成孔进行监测和纠正偏差。

4)成孔过程中常用纠偏方法有以下三种。利用钻机油缸进行纠偏：适用于偏差不大或套管入土不深(5 m以下)时；A桩的纠偏：如油缸直接纠偏达不到要求时,可向套管内填砂或黏土,一边填入一边拔起套管,直至将套管提升到上一次检查合格的地方,然后调直套管重新下压；B桩的纠偏：与A桩基本相同,不同之处在于应填入与A桩相同强度混凝土,否则可能在桩间留下夹层,从而影响防水效果[1]。

5)A桩一次成孔,杂填土层中钻进时,必须使钢套管的深度比钢套管内的土面深3～5 m,以防止钢套管内涌水。切割码头基础老桩等障碍物时钻进速度宜控制在0.6～1.0 m/h且钢套管转速控制宜在1转/min左右,其他土层的钻进速度宜控制在1.2 m/h且钢套管转速宜控制在1.5～2转/min左右。

6)B桩施工时,A桩混凝土强度应达到设计强度的30%以上,杂填土层中钻进时,必须使钢套管的深度比钢套管内的土面深3～5 m,以防止钢套管内涌水。切割码头基础老桩等障碍物时钻进速度宜控制在6～10 cm/h而钢套管转速控制宜在1转/min左右,B桩硬切割A桩钻进速度宜控制在0.9～1.0 m/h、钢套管转速宜控制在1.2～1.5转/min左右。

图5 围护桩碰到老桩时咬合桩剖面图

图6 围护桩碰到热电厂老桩时咬合桩平面布置

7)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[2]。

4 结 语

硬法切割咬合桩使用360°全回转套管机,保证了成孔质量,避免了缩颈、塌孔等通病,同时能避免泥浆的排放；采用硬切割的施工方法成桩,能同时完成清障及成孔两道工序,可用于存在大面积、深层障碍物的场地,而且不会出现A、B桩无法咬合施工的弊病。由于本工法无须采用缓凝剂控制混凝土初期强度,因而避免了切割咬合时邻孔混凝土管涌的现象,也节约了混凝土成本。

从中粮大悦城项目基坑开挖出的桩体来看,硬法切割咬合桩施工顺利、桩间咬合紧密,在清障、止水及成桩质量等方面均达到了预期的设计效果。基坑监测得出的数据也反映该工法很好地满足基坑围护的要求。本工法与钻孔灌注桩结合止水帷幕的工艺对比,具有止水效果好、无泥浆排放、无塌孔、成桩质量好等优点。

[1] 赵鹏力,陈卫华.灌注咬合桩支护技术在工程中的应用[J].浙江建筑,2010,27(11)：42- 52.

[2] 郑建荣,陆学水,杨威长.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[J].浙江建筑,2016,33(7)：16- 23.

Analysis on the Application of Hard Cut Secant Pile in the Deep Foundation Pit Engineering

LINGang,HUANGKunxiong,ZHAOYi,GUOShuaishuai

2017- 03- 29

林刚(1985—)，男，安徽枞阳人，工程师，从事岩土工程设计、监测及检测工作。

TU473

B

1008- 3707(2017)04- 0025- 04