基坑支护工程咬合桩硬咬合施工工艺及改进

刘剑

（江西省地质工程集团有限公司，江西南昌 330025）

0 引言

基坑支护咬合桩是由素桩（混凝土桩）和荤桩（钢筋混凝土桩）相互咬合搭接形成的连续桩墙基坑支护结构，基坑支护咬合桩具有支护挡土以及防水的功能。咬合桩的挡土能力和止水效果取决于咬合桩搭接质量包括桩的垂直度、咬合搭接的路径水路长短、搭接密实程度、渣土清除度等。深圳市工勘岩土集团有限公司[1]增加咬合桩搭接路径水路长度、朱国和[2]等在如何保证咬合桩的垂直度、提高搭接密实程度、彻底清除接头上渣土，工程技术人员做了许多的工程实践和探索。

1 工程概况

1.1 场地条件

某项目位于深圳市上沙村，上沙村城市更新单元二期02-01、02-02 地块土石方及基坑支护工程，基坑开挖面积约4.87 万m2，周长约942m(约168m 与02-03、02-08 地块共桩)，基坑开挖26.5～27.35m。

1）基坑施工场地大部分与原上沙一层停车场地重叠，其中2-2、4-4 剖面与原地下室外墙完全重叠；1-1、2-2 剖面部分重叠，一部分在原地下室结构外墙内一部分在原地下室结构外墙外。

2）施工场地在原地下室结构上满足不了施工大型机械的承载力要求，不能采用常规方法施工，应在拆除原地下室结构的同时满足机械承载力要求，且又能符合设计要求的冠梁高程要求。

1.2 设计要求

支护咬合桩8-8、8’-8’剖面为D1.0m@1.50m，其余剖面为D1.40m 素桩 D1.40m@2.10m 咬合灌注桩，一荤一素布置，咬合桩桩长40m。采用旋挖咬合工法施工。基坑安全等级为一级。包括：咬合桩施工、立柱桩施工、三管旋喷桩、桩头破除与冠梁施工、土方开挖与外运、榕树保护、内支撑梁施工、喷射混凝土施工。

1.3 场地地质特点

地层分布情况如下：

1）人工填土层：主要由含石英砂砾粘性土组成，建筑垃圾混凝土、砖块含量在20%～35%，块径在1～35cm，平均为2.78m。

2）第四系冲洪积土层：

（1）砾砂：平均为4.87m；层顶标高为-8.88～5.64m，层顶埋深为0.70～13.50m。

（2）粉质粘土：平均为3.47m；层顶埋深为4.80～14.00m。

3）第四系残积土层：平均为6.31m；层顶埋深为3.80～17.80m。

4）燕山期花岗岩：

（1）全风化花岗岩：平均为4.95m；层顶埋深为11.20～22.50m。

（2）强风化花岗岩：平均为15.16m；层顶埋深为13.50～36.70m。

（3）中风化花岗岩：灰褐、灰色，裂隙发育～较发育，裂面铁染呈铁锈色，岩芯呈碎块、块、短柱、柱状，较坚硬，锤击声稍脆，合金钻进较困难。平均为5.67m；层顶埋深为21.50～70.00m。

（4）微风化花岗岩：灰褐、灰色，裂隙较发育，短柱状、柱状，岩质较新鲜～新鲜、坚硬，锤击声脆，平均厚度为3.86m；层顶埋深为23.00～70.00m。

1.4 场地水文地质条件

场地内地下水根据其赋存介质及埋藏条件不同，可分三种类型：1）上层滞水：主要赋存于第四系人工填土层，其含水透水性不均匀，地下水含量较贫乏；2）第四系土层孔隙潜水：主要赋存于第四系冲洪积砾砂层孔隙中，其透水性含水性强，为强透水地层，地下水量丰富，地下水含量大，场地内大部分布；少量赋存于第四系冲洪积（含砂）粉质粘土、第四系残积砾（砂）质粘性土和全风化砂岩中的孔隙水，地下水含量均较贫乏；3）基岩裂隙水：主要赋存于强及中风化基岩裂隙中，根据钻探情况，其透水性受裂隙发育程度影响，它们均为相对弱透水地层，其含水量一般。总体而言，场地内地下水含水量大部较大，含水量丰富，补给来源主要为大气降水和临近地下水的侧向径流补给，排泄为由较高处向较低处的径流排泄。勘察期间钻孔内地下水位埋深为1.60～3.02m，标高变化在1.55～4.48m。

1.5 工程特点及难点

1）基坑周边环境复杂、 基坑安全要求高

基坑周边04 地块主体结构采用灌注桩基础形式，基坑约20m 外周边分布浅基础的建筑物，距离基坑开挖边线西侧3m 是通信管线，17m 是电力管线（有一条电力管线进入基坑内，需迁移）；距离开挖边线东侧4～14m 是通信、电力管线，23m 是燃气管线；距离开挖边线南侧12～20m 是通信、电力管线，20～30m是燃气管线。

2）支护方式多样

基坑榕树保护区1 采用咬合桩+圈梁+对拉锚索的支护方式，其余支护段采用咬合桩+3 道钢筋混凝土支撑的支护形式。

3）场地内地下水含水量大部较大，含水量丰富

据勘察报告补给来源主要为大气降水和临近地下水的侧向径流补给，排泄为由较高处向较低处的径流排泄。勘察期间钻孔内地下水位埋深为1.60～3.02m，标高变化在1.55～4.48m。场地内地下水含水量大部较大，含水量丰富。承压水压力较大，对成孔后的钻孔桩的孔壁具有很大的破坏力，同时对施工质量提出了更高要求。

4）咬合桩垂直度要求高、入岩困难

按照设计要求成桩垂直度要求达到0.3%。同时由于基岩岩面起伏变化很大，其埋深在-20～40m 之间，产状陡。入岩基岩单轴抗压强度高达到50MPa，入岩困难，容易造成桩孔偏斜、孔歪。咬合桩桩位及其周围存在大量榕树树根，树根对成孔造成严重影响。

2 施工工艺

2.1 单桩咬合桩施工工艺

咬合桩成桩工艺其本质就是钻孔灌注桩施工工艺，其工艺流程见图1。

图1 咬合桩单桩工艺流程图

2.2 咬合桩组施工工艺

正如以上分析，该基坑支护工程周边环境复杂、基坑开挖深度大、基坑暴露时间长、土方开挖工程量大、出土困难的特点，对基坑支护的安全性提出了更高的要求，项目管理人员综合各方面意见并经有关相关单位同意确定该基坑支护工程釆用旋挖钻机成孔、预埋接头咬合连续桩施工工艺。施工工艺如下：导向槽施工→素桩A1 定位→荤桩B 定位→素桩A2 定位→素桩A1 成孔→素桩A2 成孔→安装接头导向架→安装接头→浇筑A1、A2桩素混凝土→荤桩B 成孔→拨出A1、A2 桩中接头→下放刷壁器→清除接头槽中渣土→安装荤桩B 钢筋笼→浇筑荤桩B混凝土→进行下一组施工。

3 咬合桩接头制作与安装

3.1 咬合桩接头制作

咬合桩接头一般为柱式正方体，其高度与咬合桩孔深相当，宽度大约相当于1/3 咬合桩桩径，可以用1cm 左右钢板焊接而成，或用混凝土预制。接头靠近荤桩孔边，与另一素桩中接头相对安装，两接头的距离约等于荤桩桩径。接头可以为分段式，其上端设置吊点。接头长度要根据咬合桩孔深不同，釆用分段连接。该工程使用钢结构材料制作而成，单节长度10m，另外配备一组长度5m、3m、1.5m 机动尺寸接头（图2）。

图2 接头导正架图示意图

3.2 安装接头导正架

接头导向架目的在于提供一种基坑支护用咬合桩导正装置，通过对垂直度进行调整，确保垂直度，使其处于竖直状态，调节迅速且操作简单（图2）。

接头导正架包括导向架和安装于基坑支护桩两旁的槽钢，导向架内上设置有镙杆和钢板，且钢板位于导向架内部，导向架靠近槽钢的一侧设置有支杆，支杆上设置有调节镙杆，槽钢上开设有镙孔，镙孔与调节镙杆连接。导向架的内径大于接头外径。接头长度大于导向架高度。利用调节镙杆与槽钢的配合，通过调节镙杆调整导向架垂直度，然后将接头放入，以此来对做出一个垂直引导，从而使得接头处于一个竖直的状态，确保咬合桩的密封性。

3.3 接头安装

根据施工情况需要，在基坑支护桩两旁安装槽钢，用以确定导向架的位置，咬合桩为素桩A1、荤桩B 和素桩A2 相互咬合状，槽钢位于咬合桩两侧，接着将导向架放置到槽钢上，并通过调节镙杆将导正装置的位置固定，以此确定下放位置，接着操作人员利用外设吊机将接头从导向架内部下放至素桩内，在下放之前，操作人员通过拧动导向架前后两侧的调节镙杆来调整导向架的垂直度，利用现有测试垂直的方法判断导向架朝哪一侧倾斜，操作人员便调整哪一侧的调节镙杆来调节导向架垂直度，随后再利用外设吊机将接头下放，通过已调整好垂直度的导向架中的钢板，利用钢板自身平面紧贴接头平面，以此来进行垂直引导，使得接头处于竖直向下的状态，即完成导正，最后依次进行荤桩B 混凝土的浇筑与素桩A1 混凝土的浇筑，完成咬合桩施工。

3.4 接头拨出

当混凝土初凝后应及时拨出接头。接头拨出一般采用千斤顶液压驱动起拨，也可以用起重机械起拨。采用液压千斤顶起拨时，应对受力地基承载力试载，并对场地进行平整。釆用起重机械起拨时，注意由于抗拨力消失而导致起重机械失稳造成机械、人员安全事故。在条件允许时进行预拨实验。

3.5 下放二壁合一刷壁器与清除渣土

现有的混凝土接头上残留的渣土清理作业大多数采用单向清理，该方式大大增加了操作人员的劳动强度，且操作人员的安全得不到有效保障。

二壁合一刷壁器包括钢板、连接架、刷壁钢板侧壁，三者依次相连，并构成矩形空腔，在矩形空腔的上端以及下端用钢板固定连接并设置有吊钩，起重机械通过吊钩将装置吊起放入已成孔的荤咬合桩中，装置在荤咬合桩中不断地升降，从而刷壁板对混凝土接头上残留的渣土进行清理（图3、图4）。

图3 二壁合一刷壁器示意

图4 工作原理示意图

4 结语

1）通过将常规基坑支护咬合桩的咬合方式（软咬合）改进为预埋接头咬合（硬咬合），并对预埋接头安装釆用特殊的导正措施，强化了接头残留渣土的清理，整个基坑支护工程在由于疫情原因造成的土石方开挖时间增加了一年多的情况下，仍然保障了基坑及周边地区管网和民用建筑的安全，达到了设计的要求，满足了主体工程的施工。

2）在工程实施后，工程技术人员通过总结提炼后形成了并且申报了《一种咬合桩接头刷壁装置》等两个实用新型专利，并且《一种基坑支护用咬合桩接头导正装置》已经获得授权。

3）咬合桩的咬合质量与咬合桩垂直度有密切关系，因此除了接头的垂直度及接头的残渣清除度之外，咬合桩的成孔质量（桩径、垂直度等）是基坑支护工程十分重要的保障。

4）高度重视清孔的作用：由于柱式接头拔出后，会造成局部的孔壁垮塌，尽管咬合桩不是端承桩。如果孔底沉渣清理不干净，会造成混凝土浇筑时产生浆包渣现象，导致混凝土离析，产生桩身质量缺陷，桩身出现裂缝，进而导致咬合桩本身出现渗漏现象，影响基坑支护工程的整体结构安全。