矩形桩基有限作业空间施工技术

邵明

（中交二航局第二工程有限公司，重庆 401121）

近年来，泰国、菲律宾、香港等东亚地区的城市高层建筑、高架桥梁等有限空间的工程施工中，为了提高单桩的竖向承载力，越来越多地采用矩形桩（barrette pile）代替常规圆形钻孔桩。与传统圆形钻孔桩相比，矩形桩（barrette pile）基础适用于从软弱的冲积地层到中硬的地层、密实的砂砾层等多种地质条件下的建造施工，具有工效高、工期短、施工时振动小、噪音低、占地少等诸多优点。矩形桩基可以根据需要开挖成形各种形状，包括I、T、X、L 或H 型等，以适应不同建筑物对竖向荷载和水平荷载的需求。

1 工程背景

泰国拉玛三西外环高速公路项目，设计为双向六车道钢筋混凝土桥梁结构，桩基础采用矩形桩。施工区域为原道路的中央分隔带内，交通导行后施工区域宽度在9～10m。

2 工艺流程

施工准备→测量放样→导墙施工→成槽机就位→成槽施工→清孔施工→检孔→钢筋笼下放→导管下放→沉渣检测→水下混凝土浇筑→注浆孔开塞→桩基检测→桩底注浆。

3 施工技术

3.1 施工现场布置

针对施工区域为域狭长的有限作业空间，需做好充分的施工布置和统筹：

（1）合理布置出入口：施工区域出入口设置，选择在车流量较少一侧围挡每隔100m 设置一处。

（2）施工区内水、电线路布设，统一沿着出入口较少侧围挡设置。

（3）泥浆制备设施及材料堆存区域均设置在靠近水电一侧，覆盖前后约200m 的范围。

（4）矩形桩成槽施工以3 个墩台为一组，采用跳挖方式进行施工，如下图1。

图1 桩基施工顺序图

3.2 导墙施工方法比选

导墙施工可采用现浇与预制现浇结合两种方式，现从施工安全性、施工难度、施工进度、施工成本四个方面，对现浇施工和预制现浇结合施工方案进行对比分析。其分析结果如表1。

表1 导墙施工方法对比分析

综合考虑，本工程导墙施工采用预制现浇结合方案。

3.3 成槽设备选择

矩形桩基施工设备采用液压抓斗成槽机。本工程位于城市中心，对噪音要求较高；黏土地质也适合液压抓斗式成槽机抓土作业。因此最终采用金泰SG50A 液压成槽机，该机抓斗配备自旋转装置，当成槽机在狭窄有限空间内作业，通过抓斗自带旋转装置进行抓斗角度调整，从满足施工需求。

3.4 成槽施工

挖槽过程中，抓斗入槽、出槽应慢速、稳当，根据成槽机仪表显示的垂直度及时纠偏。挖槽时，应防止由于次序不当造成槽段失稳或局部坍落，在泥浆可能漏失的土层中成槽时，应有堵漏措施，储备足够的泥浆。渣土外运根据场地条件采取不同的出土方式：

（1）挖机+自卸车出土。作业区域宽度在9～10m且没有限高影响时，在桩基附近设置一个渣土箱，成槽机出土后放入渣土箱内，待渣土中的水分和泥浆从渣土箱底部孔洞流出，挖掘机将钻渣从渣土箱装载到渣土车上运出施工现场，见图2。

图2 成槽施工机械站位平面图

（2）装载机+自卸车。桩基在既有高架桥的“天井”之间，作业空间严重受限，成槽机无法左右旋转倒土。此时采用装载机进行接土作业，成槽机抓斗将渣土直接放至装载机料斗内，由装载机转运至空旷地带装车转运出场地。

3.5 清孔、除砂

桩基成孔后，应使用泥浆循环系统开始对泥浆中的砂进行分离，通过除砂器分离膨润土悬浮液中的砂和淤泥。整个清孔、除砂过程，对泥浆进行粘度测试、密度测试、砂含量测试及 PH 测试。泥浆性能符合下表要求：

3.6 钢筋笼制安及混凝土浇筑

桩基钢筋在加工车间分节同槽制作，竖向主筋采用套筒连接。钢筋笼按编号分节运至现场进行安装。声测管除用于桩基检测外，还兼具桩底压浆使用。声测管底部用同材质钢管与短边对侧钢管连通，形成“U”型通道，并在底部声测管开孔用于后续压浆使用

水下混凝土灌注应不间断进行，导管埋深控制在2～6m。灌注过程中，采用测绳每隔2～3 车混凝土测量和计算槽内混凝土的标高，以保证混凝土顶面高差≤30cm。当混凝土浇筑快要结束时，应上下提升导管，保证桩顶混凝土的密实。

3.7 桩底压浆

（1）压浆孔开塞。压浆孔开塞目的是将底部“U”型声测管四周的混凝土撑裂，为后续压浆做准备。开塞工作要在桩基混凝土浇筑完成后12h内完成。首先向“U”型声测管内注入干净的水，声测管的一端临时封堵，另一端持续注水加压，当压力达到约4Mpa 后突然下降，表示开塞成功。

（2）桩底压浆。在超声波检测试验结束后，进行压浆施工。步骤如下：①首先对声测管内水进行更换，并对声测管进行清理，确认声测管没有堵塞；②将声测管一端封堵，从另一端向声测管内压入水泥浆，压浆速度不能超过5 升/分钟，待管内压力达到6Mpa 或灌入的水泥浆体积达到4 方后停止压浆；③清理声测管，桩底压浆结束。

图3 开塞、桩底注浆示意图

4 施工控制要点

4.1 软弱土层预防塌孔控制要点

（1）提高导墙施工质量：①将导墙内侧边缘将垫层打断，防止成槽机抓斗在成槽过程中大面积破坏垫层。②雨季导墙基坑分层回填，可在回填土内拌入适量水泥，提高墙后回填土强度和整体稳定性。

（2）严格监测泥浆性能：①针对不同土层调配不同性能的泥浆并经现场试验确定，新旧泥浆性能见表2；②对成槽前、中、后的泥浆性能进行检查，不满足要求的泥浆及时循环处理或废弃处理。

表2 泥浆性能指标

（3）减少成槽设备对槽壁影响：①成槽机履带下方铺设4cm 厚钢板，保证成槽机站位基础的稳定，减少设备振动对槽壁的影响。②成槽全过程必须保持泥浆面不低于导墙顶面0.5m 及地下水位约2m 以上，避免因液面太低造成槽壁坍塌。

（4）合理化各工序衔接施工：①应在清孔完成后3～4h 内完成钢筋笼下放，并开始浇筑混凝土，降低槽壁坍塌风险。②钢筋笼下放过程中，注意保持与桩中心一致，防止钢筋笼刮槽壁造成塌孔。

4.2 成槽垂直度控制要点

（1）成槽过程中在槽深15m、30m、45m 及槽底时，采用KODEN 超声波测壁仪检查槽深及槽壁四个面垂直度。

（2）利用成槽机配备的垂度显示仪表和自动纠正偏差装置，结合KODEN 检测结果进行垂直度控制。

5 结论

通过对矩形桩基施工关键技术的深入研究及方案优化，极大地提高了现场施工速度和质量，经统计发现：

（1）采取优化后的桩基施工顺序和出土方式，桩基施工工效由原来的3 天/根提高到2 天/根，施工效率提高50%；

（2）通过优化后各工艺及采取的措施，现场槽壁塌方现象少有发生，桩基超声波检测合格率达到97%以上；

（3）槽壁垂直度的有效监控，实现了钢筋笼吊装一次成功率100%。