旋挖硬切割法咬合支护桩施工研究

摘要：旋挖硬切割法咬合支护桩工艺有利于施工质量控制和保障安全，且各桩间止水效果良好，能为主体结构创造一个良好的施工作业环境。文章结合工程实例，介绍了旋挖硬切割法咬合支护桩施工工艺，分析了施工中存在的问题与对策，为类似工艺施工提供参考。

关键词：旋挖;硬切割法;咬合支护桩;施工

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0 引言

咬合支护桩传统的施工工艺采用全套管钻机+素桩超缓凝混凝土施工，全套管钻机体积大，对工作面要求高，套管在砂砾等地层中难以下压，造成套管超前入岩深度不够，而且素桩须采用超缓凝混凝土，也容易出现质量隐患，所以全套管钻机的使用就容易受到现场施工条件的限制。鉴于此，本项目对比多种施工工艺，决定采用旋挖硬切割法施工咬合支护桩。

1 工程概况

1.1 工程简介

南宁市心圩江上游污水处理厂调蓄池基坑上口长度为97 m，宽度为79 m，面积为7 720 m2。原地面高程为82.00 m，上部放坡分二级开挖至高程74.00 m后，再施工基坑下部咬合支护桩，最后开挖坑内土方至67.95 m，局部开挖至65.95 m，开挖深度为14.05～16.05 m。

咬合支护桩分A桩（素桩）和B桩（荤桩）两种：A桩为素混凝土桩，桩长分为15 m和16.5 m两种，强度等级为C15;B桩为钢筋混凝土桩，桩长分为19 m、19.5 m及20 m三种，强度等级为C30。两种桩桩径均为1 000@1 500 mm，设计咬合厚度为250 mm，均为水下商品混凝土灌注。

基坑支护平面图见图1，基坑支护典型剖面图见图2。

1.2 地质水文情况

1.2.1 地质情况（见表1）

1.2.2 水文情况

1.2.2.1 上层滞水

赋存于素填土层中，地下水补给源主要来自大气降水，水位、水质、水量变化主要受日常气候影响，无稳定地下水位。地下水总体径流方向心圩江河道，主要排泄方式为蒸发、下渗及侧向径流。

1.2.2.2 孔隙水

赋存于圆砾层中，地下水补给源主要来自上层滞水越流及场地外围地下水的侧向径流，地下水位、水质、水量变化主要受季节气候影响，动态相对稳定。排泄方式主要为侧向径流，径流方向为心圩江，与心圩江呈互补关系，枯水期排入心圩江，洪水期接受心圩江河水反向补给。其中在邕江II阶地上的勘察期间测得初见水位埋深大多位于含水层顶部，钻孔施工结束后1 d左右进行稳定水位测量，稳定水位埋深4.20～7.60 m，对于高程为73.20～75.42 m，稍具承压性，水量丰富，年水位变幅为1.00～3.00 m。

2 旋挖硬切割法咬合支护樁施工工艺

2.1 工艺原理

采用旋挖硬切割法施工咬合桩，就是用旋挖机先施工A桩（素桩），待相邻素桩混凝土终凝且产生一定的强度后，再施工B桩（荤桩），荤桩成孔时，利用旋挖机钻头对与荤桩相交部分的素桩混凝土进行硬切割，从而实现荤素桩之间的咬合。旋挖硬切割法施工咬合桩工艺，无需套管跟进，无需施工砂桩，成孔利用泥浆护壁，施工荤桩时，相邻素桩混凝土已终凝且产生一定的强度，杜绝了素桩超缓凝混凝土向荤桩孔内流动的可能性，有效地避免了一些成桩质量隐患。同时，素桩也无需采用超缓凝混凝土，能有效控制成本和保证施工质量。

2.2 施工准备

2.2.1 机械设备选定

通过对本工程地质情况的研究可知，咬合桩下穿的地质主要是粉质黏土、圆砾及强风化泥岩，旋挖钻机对该类地质施工非常有利。施工素桩时使用直筒式土层钻斗，在硬切割施工荤桩成孔时，则使用锥筒式截齿钻斗。该种钻斗筒身和底板均使用强度高、耐磨性好的锰合金钢板制作，能快速切割素桩，提高成孔速度。其他机械的配备满足咬合桩施工即可，如汽车吊、履带吊及挖掘机等。

2.2.2 施工场地

基坑开挖至74.0 m标高后方能施工咬合桩，此时作业面揭露的土质为粉质黏土，遇水后呈软塑状。为满足旋挖钻机施工的作业面要求，对场地进行片石换填，厚度为1.0 m，上铺20 mm厚钢板，作业面坡度控制在3.5%以内。

其他的施工准备工作按旋挖桩常规施工推进即可，在此就不过多阐述。

2.3 施工工艺流程

2.3.1 咬合支护桩施工工艺流程（见图3）

2.3.2 导槽板施工及埋设护筒

（1）导槽板厚300 mm，底部配10@100×100钢筋，混凝土强度等级为C25商品混凝土，内模采用钢模。导槽板对咬合桩起到控制定位的作用，并能控制素桩的咬合间距，提高施工效率。导槽板施工完成后强度达到75%以后方可上机施工。

（2）导槽板强度达到要求后，采用旋挖机在导槽内埋设护筒。护筒钢板厚度≥6 mm，直径误差<10 mm，内径大于钻头直径200～300 mm。护筒埋设时，护筒中心与桩位中心偏差≤50 mm，护筒的倾斜度应≤1%，高出地面≥300 mm，护筒就位后，四周对称、均匀地回填黏土，并分层夯实，夯填时应防止护筒偏斜移位。

2.3.3 旋挖钻孔灌注桩成孔

（1）泥浆制备。经试验，场地内粉质黏土具备造浆性能，施工过程中，可利用地层自行造浆，钻进圆砾层时需特别注意调整泥浆的性能（见表2），防止塌孔。

（2）钻斗转速。旋挖机钻斗在钻进时必须严格控制转速，转速过慢或是过快均会影响成孔效率。根据钻机的扭矩及钻斗的阻力情况及现场反复确认，在粉质黏土和强风化泥岩土层中转速≤20转/min，在圆砾土层中转速≤10转/min，能取得良好的钻进速度。

（3）钻斗的升降速度。钻斗在上下移动中速度过快，泥浆流将以较快的速度由钻斗外侧和孔壁之间流过，导致冲刷孔壁，也会在上提钻斗时在其下方产生负压而导致孔壁坍塌。根据本工程桩径为1.0 m的情况，钻斗升降速度宜控制在0.86 m/s，圆砾土层中则要根据实际情况再调低升降速度，这样才能有效防止孔壁坍塌。

（4）孔内水位。在钻进和提升钻斗的过程中，如孔内泥浆面低于地下水位，地下水没有泥浆压进行平衡，必会向孔内流动，导致孔壁被水流冲刷，造成坍塌。所以，在整个成孔过程中，必须确保孔内水位高出地下水位2.0 m以上，防止塌孔。

2.3.4 清孔

旋挖钻至设计孔深后，将钻斗降至孔底，免压慢转清掏，缓慢提升钻斗进行清孔。

2.3.5 钢筋笼吊放

本工程桩长度不长，钢筋笼一次制作到位，用履带吊进行吊装。吊放时应对准孔中心，避免碰撞孔壁，应缓慢垂直自由下放，钢筋笼就位后立即固定。

2.3.6 水下混凝土灌注

（1）水下混凝土灌注前应再次检查孔底沉渣，如沉渣厚度超标，应进行二次清孔合格后方可进行水下混凝土灌注。

（2）导管应居中下放，直径应≥250 mm，采用双螺纹快速接头，接头应安装密封橡胶圈。整套导管在使用前须进行水压试验，水压取0.6～1.0 MPa。导管须配备长0.5～1.0 m的短管，以便调节导管总长。

（3）开始灌注水下混凝土时，导管下口距孔底为300～500 mm，并计算好混凝土的最小初灌量，灌注首批混凝土量应使导管埋入混凝土中深度≥1.0 m，即首批混凝土方量最少需要=π×桩半径2×1.5=1.18 m3。水下混凝土灌注必须连续无中断，并保持导管埋入混凝土面深度为2～6 m。严禁将导管提出混凝土灌注面，并控制好提管速度，提出导管前应对孔内混凝土灌注面高度进行测量，桩顶超灌高度≥0.8 m。派专人测量做好记录，必须保证凿除浮浆高度后桩顶暴露的混凝土强度达到设计强度等级。

2.3.7 旋挖硬切割法咬合施工

施工完一定量的素桩后，在保证工作面的情况下，就可以安排另一台旋挖机对相邻素桩进行硬切割法施工荤桩（荤桩施工工艺与素桩相同，只是增加了钢筋笼制作与吊放工序），此时素桩已经终凝且产生一定的强度（或完全达到设计的强度）均不影响钻斗的切割，因为素桩混凝土本身设计强度就不高。荤桩施工顺序如图4示。

2.4 施工常见问题分析及应对措施

2.4.1 塌孔

（1）主要原因分析：①泥浆比重过低，对孔壁支撑压不足;②泥浆pH值>11，泥浆胶体变为悬浮液而分层起不到护壁作用;③制备泥浆的原材料不符合要求;④泥浆水位偏低导致孔壁支撑不足;⑤地下存在洞穴造成漏浆塌孔;⑥泥浆补充不及时;⑦承压水压力被释放造成涌水塌孔;⑧钻斗升降、钻进及转速过快;⑨泥浆過分扰动;⑩钻斗未对准桩中心导致撞塌孔壁。

（2）主要应对措施：①选择良好的制浆原材料，泥浆池设沉淀池和储液池，在钻进过程中对泥浆比重、pH值等性能指标勤量测勤调整，保证泥浆的质量;②保证泥浆池容量，确保孔内泥浆水位高于地下水位;③钻进过程勤观察，及时补充泥浆;④针对不同的土质，合理选择钻斗升降、钻进速度及转速，做好旋挖机操作手的交底工作。

2.4.2 缩径

（1）主要原因分析：在流塑的黏土层钻进时，钻斗升降、钻进速度过快。

（2）应对措施：①针对不同的土质，合理选择钻斗升降、钻进速度及转速，保证钻斗流水畅通;②利用探孔器检查，出现缩径现象及时用钻斗进行扫孔处理。

2.4.3 钻杆倾斜

（1）主要原因分析：①钻杆垂直度不够;②钻斗选择不合理;③没有处理好地下洞穴;④没有清理孔壁探头石。

（2）应对措施：①钻机作业面要平整坚实，要求机手经常观察水平仪，及时纠正钻杆倾斜问题;②在软硬互层的土层，选用双进口钻斗，避免产生钻孔导向倾斜;③有地下溶洞时要采取填充溶洞等防止钻孔倾斜的措施;④如孔壁出现探头石，要采取两步钻进法，即先松动再取土。

2.4.4 吸钻

（1）主要原因分析：①钻孔时冒钻;②钻斗在黏土层中静止时间过长。

（2）应对措施：①成孔时严禁冒钻;②在黏土或膨胀土层中钻进时，提钻速度不宜过快，也不要在土层中停留时间过长。

2.4.5 卡钻

（1）主要原因分析：①石子卡在素桩混凝土或岩层与钻斗之间;②钻齿嵌入素桩混凝土或是岩缝。

（2）应对措施：①合理选择钻具;②施工荤桩时，要经常检查钻齿磨损情况，磨损严重的要及时更换，以免卡钻。

2.4.6 超方

（1）主要原因分析：①主机晃动过大;②钻具选用不合理;③泥浆配比与土质不符，造成孔壁泥皮脱落;④钻机操作不当，提放钻斗速度过快，水流冲掉泥皮;⑤特别是造成塌孔的因素，必将引起大量超方。

（2）应对措施：①平整、坚实的工作面和稳定的主机可从根本上解决晃动;②泥浆的制备质量必须符合要求，钻进过程要根据地质的不同及时调整;③规范操作钻机，防止一切人为因素导致塌孔而引起混凝土的超方。

3 结语

综上所述，在施工条件和地质条件允许的情况下，采用旋挖硬切割法施工咬合支护桩具有良好的经济效益，施工工效高，成桩质量良好，具有广阔的推广前景。

[1]左文荣，洪明坚.旋挖硬切割法施工咬合桩在深基坑支护工程的应用[J].福建建筑，2015（6）：64-66.

[2]王 昱，王 岩，栾文伟，等.砂卵石地层旋挖桩施工常见问题分析及质量控制[J].市政技术，2013（S1）：142-144.

作者简介：田明干（1977—），工程师，主要从事房屋建筑及市政施工管理工作。