硬切削咬合桩施工工艺研究

王庆学

(中煤地质工程总公司，北京 100040)

在建筑施工深度不断加深的过程中，地下水的控制，以及水资源与周边环境的保护问题也越来越迫切，减少或避免降水成为行业和有关管理部门一直努力的重点，止水方法也是大家一直探索的课题。目前止水方法主要有拉森钢板桩、水泥土搅拌桩、咬合桩、地下连续墙，上述各类止水方法都存在止水效果、造价、施工工艺和工期等方面不同的缺点[1-3]。

由于区域水文地质和工程地质条件的差异，止水方法也各不相同，各类止水方法也都有其使用条件，当地下存在卵石层、风化岩、砂层时，止水方法选择和施工难度是大家一直面临的难题。旋喷桩或搅拌桩在厚的卵石和砂层中难以达到止水效果，采用地下连续墙成槽难度非常大且工期长造价高；咬合桩工艺成为该类地层的最佳选择[4]。

混凝土咬合桩施工工艺提出已经多年，常用的施工工艺目前主要有两种，一为素桩，采用超缓凝混凝土，在其初凝前采用全套管跟进的方法完成钢筋混凝土支护桩的施工[5-6]；另一类为允许素桩砼凝固，采用素桩浇筑前在孔内下入模板，在其初凝后及时拆除模板，形成咬合面[2]。随着钻进机械能力的增强，全套筒钻进能力有很大提高，但其对地层适应性还不尽人意，在硬度高的地层中很难推广，且造价高，进度慢的问题较严重。面对该问题，如果采用传统桩施工设备，进行咬合桩施工，将会对该工艺的适应性和推广有很大的推进作用，解决很多存在类似地质条件的区域止水问题，为地下水资源的保护提供更加便捷的方案。

1 硬切削咬合桩工艺原理

本文提出的硬切削咬合桩施工工艺，允许素桩凝固，然后采用旋挖钻机进行钢筋混凝土桩(后简称“荤桩”)成孔，成孔过程中切削素桩形成咬合面。该方法利用传统的桩施工方法，成孔工艺成熟，且地层适应性强，造价和工期易于控制，对咬合桩工艺的推广具有积极的推动作用。

1.1 工法设计控制要点

本工法主要验证成孔的效果和咬合面止水效果。影响止水效果的因素有咬合面的抗渗性能、对素桩桩身的扰动、桩的偏差，其中桩的施工偏差主要为垂直度和桩位偏差。

桩位可以通过测量放线和施工过程的控制来满足要求。桩的垂直度一方面受施工操作影响，该问题可以通过施工过程控制解决，本文不再讨论；另一方面受素桩砼强度与地层强度偏差影响，导致“荤桩”在施工时产生垂直度偏差，工艺设计中通过调整素桩砼标号和加强施工控制，避免由此造成的偏差。

施工对素桩桩身质量的影响，主要考虑了“荤桩”成孔时对素桩桩身的扰动，分析素桩桩身渗水的因素，选取桩身强度达到砼设计强度的50%以上后进行“荤桩”施工。

影响咬合面抗渗效果的主要因素为咬合面夹泥和“荤桩”与素桩混凝土的接触面止水效果。本工艺“荤桩”施工采用泥浆护壁施工，考虑咬合面夹泥问题，通过实验确定咬合面夹泥的影响，同时设计咬合面夹泥清理工具。如夹泥影响止水效果明显，就采取措施对夹泥进行清理。

经过对各种地层强度和钻进难度的分析，决定素桩混凝土标号选C10～C20，并通过混凝土强度与凝固时间的关系，选取合适的“荤桩”成孔时间[7]。周围地层较软时，选低标号。当素混凝土桩的强度达到预设强度的50%～70%时，切割素桩时施工较顺利，混凝土与周边地层强度偏差小，更容易控制荤桩的垂直度；且素桩混凝土强度达到预设强度的50%～70%时切割素桩受扰动破坏小、咬合面连接较好，止水效果好。此时利用钻机在两个相邻的素混凝土桩之间钻“荤桩”孔，效果比较理想。

1.2 设备选择及工艺要点

素桩可采用桩基施工的任何设备，能满足桩径和垂直度的要求即可。“荤桩”采用旋挖钻机，施工工艺比较成熟，但要通过实验总结旋挖钻机切削素桩的效果、施工垂直度控制效果，以及结合面对止水效果的影响。

①素桩采用普通C15混凝土，不添加早强剂或缓凝剂，混凝土强度根据凝固时间结合试块强度确定，通过实验，总结最合适的素桩砼凝固时间和强度。

②桩位控制采用常用的桩位控制方法，通过全站仪测放桩位，拉“十”字线复核桩中心位置，未采用传统的浇筑导墙的方法。

③施工垂直度控制主要根据设备再带的仪表进行观察和控制，施工过程中注意垂直度调整。

2 现场施工

2.1 施工区地质条件

试验选取北京某深基坑支护工程，基坑深度29.25～35.7m。考虑到北京地区的水文地质和工程地质条件，止水帷幕施工质量难以保证，选取咬合桩进行试验，其中试验区域为槽底的电梯井，深8m，需要在卵石层中进行咬合桩施工。

2.1.1 地层岩性

场地地面标高36.00～36.85m，基坑开挖深度为29.75m，电梯井部位35.9m。基坑开挖深度范围内涉及地层为①—⑥层，从③层向下多为卵石层和砂层，其中③和⑤层为厚度分别达到6m和9m的卵石层(表1)。

2.1.2 含水层

勘查区发现四层地下水：第一层为潜水，埋深6.50～7.00m，含水层为第②层中的粉砂、细砂夹层。第二层亦为潜水，埋深14.00～15.40m，含水层为第③层中的卵石、圆砾层。第三层为潜水-承压水，埋深23.10～25.40m，含水层为第⑤层中的卵石、圆砾。第四层为承压水，埋深26.30～27.20m，含水层为第⑦层中的卵石、圆砾层。

第一、二、三层地下水位于基底以上，上述地下水对基坑支护及施工降水等有较大影响；第四层含水层(承压水)的承压水头高13～17m，电梯井部位将揭露该层。根据水文地质和工程地质条件，该区卵石层和砂层较厚，止水帷幕质量难以保证，采用咬合桩的施工工艺较为经济。传统的咬合桩施工工艺，全套筒跟进在卵石层中施工效率很低，若硬切削咬合桩施工工艺试验成功，将为类似水文地质和工程地质条件提供较好的解决方案。

2.2 工艺设计及质量要求

本次咬合桩试验段为坑底电梯井部位，设计支护深度为6m，素砼咬合桩共165根，桩底标高为-45.50m(第⑥层重粉质粘土)，施工作业面标高为-28.3m左右(第④层粘质粉土)。

(1)咬合桩桩径均为800mm，桩间距550mm，咬合搭接250mm；咬合桩有效桩顶标高为基底以下300mm，桩底标高-45.50m，有效桩长18.2m，并保证进入⑥层黏性土层不小于2.0m。

表1 场地地层

(2)咬合桩按照施工顺序分为A桩(一序桩)和B桩(二序桩)，采用间隔成桩的施工顺序，A桩施工时要求混凝土灌注至施工工作面，B桩要求灌注至有效桩顶以上不小于500mm。

(3)采用硬切削施工，间隔时间72h左右。

(4)施工允许偏差：垂直度偏差不大于1/300，桩位偏差不大于20mm，不允许向坑内、外偏差和倾斜。

(5)咬合桩混凝土素桩桩身混凝土强度等级为C15，坍落度要求140～180mm。

(6)“荤桩”桩身混凝土强度等级为C30。

2.3 施工过程

咬合桩排桩是按先施工A桩，后施工B桩的施工原则进行的，其施工流程是： A1→A2→B1→A3→B2→A4→B3…(图1)。

图1 工艺流程Figure 1 Technological process flow

采用旋挖钻机、泥浆护壁施工，施工工艺为传统的桩施工方法。施工流程为：测量放线→钻机就位及校核垂直度→泥浆护壁成孔→清孔检查→吊放钢筋笼(仅“荤桩”)→下导管→水下浇筑混凝土。施工控制要点如下：

(1)垂直度控制通过设备自带仪表及经纬仪校准。

(2)硬切削施工。素桩混凝土施工3d左右，其强度达到60%左右，与周边地层强度差别不大，其强度对桩的垂直度控制影响较小。

(3)素桩施工时孔口采用护筒以维护孔口稳定。“荤桩”施工时，孔口未下护筒，由于两侧素桩的支撑作用，未出现孔口坍塌。大面积施工时，为维护孔口的稳定，可以采用提前浇筑混凝土导墙的方法。

(4)素桩先施工。由于桩间距较小，可采用跳打的方法。在素桩施工完成3d左右，开始施工“荤桩”，“荤桩”可不跳打。

施工效果如图2所示。

图2 施工效果Figure 2 Construction result

3 结论

本次施工桩长达18m，最后开挖8m深，咬合效果和止水效果良好。施工工艺采用传统的旋挖钻机施工，施工过程未增加其它措施，充分证明了采用普通工艺完成咬合桩的施工是可行的，效率得到了很大提高，并且使得该工艺可以推广到适合旋挖钻机施工的所有地层。

本工程采用化学浆护壁，“荤桩”在两个“素桩”中间施工，素桩稳定性较好，还能在土体中起到稳定作用，有利于土体的稳定，采用化学浆护壁效果良好，同时，克服了“素桩”和“荤桩”之间咬合面夹泥问题，既将咬合桩推广到了砂卵石等较硬地层，又避免了咬合面夹泥影响止水效果的问题。

[1]何少锋，李丙明，黄文钦，等.咬合桩发展综述[J].福建建材，,2015，171(07).

[2]姚志立.混凝土模板止水咬合桩施工工艺：中国，10201139.7[P].2011-04-13.

[3]曾国熙，潘秋元，胡一峰.软黏土地基基坑开挖性状的研究[J].岩土工程学报，1988，10( 3) : 13-22.

[4]周裕倩，陈昌祺.钻孔咬合桩在上海地铁车站围护结构设计中的应用[J].地下工程与隧道，2006，( 3) : 36-38.

[5]陈斌，施斌，林梅.南京地铁软土地层咬合桩围护结构的技术研究[J].岩土工程学报，2005，27( 3) : 354-357.

[6]靳利安，王朋.南京地铁新街口站围护结构钻孔咬合桩施工[J].山西建筑，2007，( 23) : 78-79.

[7]李铭恩，郭自力，耿川东，等.混凝土早期强度变异性分析[J].河南建材.2001，(3).