冲击钻孔咬合桩在桥梁深基坑防护中的应用

周舟

（攀枝花公路建设有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

科学技术手段的大幅提升，使基础设施建设面临的不良地质问题得以解决。但在实际工程施工建设阶段，相关建设者并未充分掌握现有科技成果的作用原理与价值，这就导致其效果无法充分发挥。为此，文章以桥梁深基坑防护工程建设为例，分析了冲击钻孔咬合桩的施工工艺原理，并提出了优化应用措施方法。运用该技术，能够有效解决水下环境与岩土复杂问题影响，便于桥梁深基坑防护工作顺利进行，提高基坑开挖止水与防护效果。业内人士应将其重视起来，以使各项基础设施建设的服务与可靠效果充分发挥，进而推动所处地区的现代化建设发展。

1 冲击钻孔咬合桩在桥梁深基坑防护中应用的现实意义

现代化经济建设水平提升，对各类基础设施的建设使用需求增加。此背景下，工程项目建设的规模扩大，所面临的地质环境日趋复杂。特别是桥梁深基坑工程，不仅需要解决不良地质问题，还需要面对涌水量问题。因此，需要采用基坑围护支挡结构来提高建设使用的安全可靠性。钻孔咬合桩，借助套管钻机，通过切削先施工的混凝土桩来达到桩体间的咬合目标。然而，随着咬合桩作业深度作用岩层环境，钻孔设备套管钻机无法达到预期的支撑防护作用。因此，应加大冲击钻孔咬合桩的应用研究力度，通过与实际建设情况充分结合，来使深基坑开挖防护施工作业效果达到预期。这是提高基础设施建设使用质量与安全性的重要课题，应引起更多重视，以服务于地区经济建设的快速发展需求[1]。

2 桥梁深基坑防护中冲击钻孔咬合桩的施工工艺原理

钻孔咬合桩是一种机械成孔技术，使各个桩身与桩身形成咬合布置，从而构成一个大型深基坑支护结构。为了保证构筑的稳定性，在开挖过程中必须事先确定桩柱的布置形式。一般来说，桩是一根素混凝土桩（a桩）和一根钢筋混凝土桩（b 桩）间隔布置而成，也有个别工程采用了全素混凝土灌注桩。在工程实践中，咬合桩的施工顺序为先a 后b。对于a 桩施工，应采用超缓凝混凝土作为桩身材质；在b 桩施工方面，利用套管钻机进行掏槽，使其和邻近的a 桩相咬合。此种施工工艺采用常规的冲击钻打孔，为了提高钻孔的精度，必须确保a 桩在钻孔过程中实现均匀受力，如果钻孔偏移，则应重新灌桩打孔。a 桩施工完毕后，在以间隔状态进行b 桩施工。为保证b 桩施工作业的均匀性，应对其工艺顺序进行严格控制。即在间隔施工作业状态下，两侧咬合桩数量应保持基本一致[2]。

3 冲击钻孔咬合桩在桥梁深基坑防护中的应用实例分析

某桥梁工程全长约为380m，桥台设计为明挖扩大基础，除了主墩基础为挖井，其余均为桩基础。其中5#墩基础设计为挖井基础，一边是水下，一边是临近道路。根据现场调查，滨岸滩面的覆盖物厚度不大，属中低强度的强风化～弱风化泥岩，其中以砂泥岩为主，属于软质地基，最初基坑防护结构设计为钢筋混凝土薄壁围堰，但其存在制作周期长的问题，无法在枯水期完成基础施工作业。如汛期到来，会严重影响施工作业与建设效果。再加上，围堰下沉施工用水量增加，施工难度大，开挖会对处于运行状态的公路安全造成很大影响。因此，本项目提出了一种新型的具有良好止水和保护作用的钻井咬合桩支护施工方案。以下内容为具体应用控制措施。

3.1 明确设计使用要求

根据工程建设场地实际情况，5#墩支护结构应能满足阻水防渗，以及抗压的要求。要达到防渗目的，就必须将基坑与周围的区域隔绝开来，为工程建设提供不漏水的工作环境。为了提高抗压性能，还需要防护工程承担公路荷载、土壤以及水压力。故而，布置钻孔咬合桩应为环形，将桩中心连线为圆形，并预留出咬合桩与挖井基础的净距。

3.2 地基处理施工

首先，要做的是工程找平，清理表面的附着物，拆除地面和架空管道的障碍物。尤其要加强对钻井平台进行加固处理，采取开挖筑岛表层土，铺设轨枕等方法进行强化加固。这样，既可避免因软土地层而造成设备倾斜，又能提高孔位精度和钻孔垂直度。

3.3 测量放线施工

在开展桥梁深基坑施工工作之前，需要结合工程现场实际情况，做好勘察工作，根据勘察结果，确定施工计划。在测量放样施工过程中，采用计算方式布置桩位平面，施工采用环形闭合形式来进行桩体施工。此外，通过放样测量，来提高桩中心位置的精确性。

3.4 护筒埋设施工

根据放样的地点，对护筒进行定位。在进行素混凝土灌注桩时，其埋深一般在2m 左右。在1m 深的基础上进行加固处理，将钢筋混凝土桩置于两根素混凝土桩之间。做好素混凝土桩浇筑作业后，应对其桩头进行平整处理，以为护筒埋设位置的准确性提供条件。桩帽的中心位置应与原设计的桩心对齐，误差不超过5mm。

3.5 钻机就位，钻孔施工

对已安装好的护筒位置进行检验，确认无误后方可进行钻机施工。此处使用的是一般的冲击式钻机。素混凝土灌注桩成孔的地质条件为：砂土地层，钻孔流速为8～9cm/h。对于泥质地层，钻孔的平均转速宜为9～12cm/h[3]。在钻孔灌注桩时，要确保桩和桩的咬合效果，这就需要在钻孔时掌握好钻速和垂直度。如果钻孔的进度过快，或者有偏斜的情况，必须及时纠正处理。

3.6 钻孔垂直度

在钻孔的垂直度控制方面，可以利用全站仪装置，具体操作是沿对角线布设测点，对整个施工过程进行垂直度监测。在钻架到位之后，可以用涂料把原来的座标和高度标出来。为保证桩位垂直度与准确性，施工过程，应选用小冲程作业方式。每钻进1m 就要对可能存在的钻机位置偏移问题进行测量处理。除全站仪外，还应进行孔内检查，每节套管压后安装下一节套管之前，都要停下来用“测环”或“线锤”进行孔内垂直检查。如偏差较小，可小幅度移动钻机来恢复。如偏差较大，则要运用黏土对成孔1m 范围内位置进行回填，而后，在对钻机位置进行纠正。

3.7 混凝土灌注施工

钻进至目标位置后，开展终孔测量工作，以保证孔位与成孔作业目标达成。为满足咬合厚度要求，采用直接灌注方式进行素混凝土桩施工。其配合比采用普通水下混凝土配合比。钢筋混凝土桩施工，因可靠性要求加高，为保证防护效果采用钢筋笼分节吊装作业。灌注前，应保证混凝土与a 桩素混凝土桩保持密贴。对于两次浇筑混凝土泥浆层厚度过大问题，为避免渗水问题出现，应做好清孔处理，以降低钻孔内部泥浆相对密度值。因灌注b 桩混凝土密度为1.05 较小，施工技术人员应尽可能缩短施工时长，以提升作业安全性。在混凝土浇筑时，将混凝土管道放置于混凝土表面以下约2m 左右，当第一次混凝土浇筑完毕后，将灌注管道拉出，缓速上拉，每次起拔量不大于10cm，并随之查看钢筋笼的上浮情况，如果出现有跟管上浮的情况，则及时进行反压，如果没有问题，则再上拉。每次完成一斗或一车混凝土后都进行起拔，并进行质量检查，也是要缓速起拔。在浇筑至第一节钢套筒一段深度后，将套管拔除，然后进行下一个桩的灌注，在拔下最后一根外套筒的时候，需要先将混凝土导管保留在桩孔中，等到外套管全部拔下并将其彻底拔出，最后再进行质量检验，检查灌注是否达到标高，并根据实际情况进行补灌，达到设计要求后将混凝土导管拆除。每次浇筑完一个混凝土桩后都要对混凝土管道进行冲洗，以便不会影响下一桩的混凝土灌注。

3.8 桩顶冠梁施工

在本项目中，在桩定设置混凝土冠梁结构，采用C30 钢筋混凝土。基坑周围留0.2m 的工作场地，坡度为1:0.75，待桩基础检查通过后，将桩顶预留的钢筋校正，将锈皮、水泥等污垢清扫干净，确定冠梁中心线，于桩顶划十字线，标明冠梁标高并划线。然后在确定好的位置固定冠梁，在顶梁中预插入预埋件，焊接冠梁的面筋，安装模板，再进行混凝土的分层浇筑和振捣，混凝土凝固后，进行1 周的养护。

3.9 钢筋混凝土圈梁施工

在钻孔咬合桩施工中，待其混凝土强度达80%以上时，方可进行下一步施工。要沿咬合桩的内缘方向进行基坑开挖，设备选用CAT 型长臂挖掘机。为强化施工作业安全效果，以提升防护工程建设整体性，应将钢筋混凝土圈梁作用于桩头与底部位置。最后，采用C20 片石混凝土对挖井基础施工的咬合桩空隙进行回填处理[4]。

4 施工中的主要问题及其应对策略

4.1 问题

4.1.1 成孔过程中的涌沙问题

本工程地质条件较为复杂，在距桩顶4m 的地方，既有软弱的粉质黏土，又有粉质黏土，容易发生渗漏。在钻孔施工完成后，本工程在进行下一步的施工时，在混凝土浇筑之前经测量成孔深度，发现到了大量的沉渣，通常是2～4m，最高的可达5m，随着施工的进行，其沉渣会变得越来越厚。经过检测，发现这些沉积物都是粉砂，由具有同类工程经验的专业人员结合工程实际情况，得出了以下结论：这种情况是因为钻孔底部处于粉砂的土层中，再加上施工过程中使用了套管护壁，再用抓斗掘开，导致孔中的水头高度没有达到预期，套管的内部和外部存在比较大的压差，因此造成粉土、细沙等被地下水带入孔中，造成了大量的淤泥质粉砂沉积问题。

4.1.2 工程中出现的“拔桩”问题

在咬合桩施工中，常会出现“拔桩”的情况，即在混凝土浇筑至某一深度后，提起护套的时候，同时将护套与混凝土及钢筋笼一起拉了出来。这一问题与桩长、灌注时间、混凝土质量和拔出时间等因素有关，本工程在施工中也偶有此类问题的发生。

4.1.3 开挖时出现变形过大的问题

咬合桩这类桩体的配筋加固不同于常规的灌注桩，如果采用常规的灌注桩配筋加固，那钢筋笼间距通常都会很短，而本项目采用的咬合桩，且工程还在咬合桩之间加入了素混凝土桩，所以使得加固后的钢筋笼间距增大，导致整个支撑的刚性可能会弱于常规桩。另外，由于本工程的基坑有较大的跨度，使得钢管支架的施工进度缓慢，以及长期处在无支撑的状态裸露在外，引起了桩顶和深部的大变形。在施工后检测出钻孔的最大沉降量为16.5m，随基坑开挖程度的增大，其深部的水平变位也随之增大，且表现为“踢脚状”，也就是上部位置朝基坑外，下部朝基坑内的倾斜沉降。

4.2 施工对策

4.2.1 应对涌沙现象的施工对策

针对具体情形，可采取如下措施：①钻孔时要控制力度，缓速进行，从而减少钻孔对地层的影响。②增加套管的埋深，在埋设时，要比开挖表面深出2m，并且要在开挖结束后，使其超出开挖深度至少1m 的深度。③在钻孔施工时，加入压水措施，在排沙时将水泥或水注入套管中值，使其内部的水位能够一直都保持在管道外侧的地下水水位以上，不会形成朝内的水位差。

4.2.2 应对拔桩问题的施工对策

对策具体如下：①在进行第一次浇筑混凝土后，经起吊外套管，并且在整个施工期间，伴随着浇筑高度的升高始终保持外套管埋入孔内混凝土面的2m 以下深度。②对施工中的配合比对进行严密的检测，并确保整个桩基的整体灌注时间，且不能延误每一次的灌注。③掌握套管埋设深度与埋设深度之间的对应规律，在施工过程中进行多次观测，并适时拔出管套。

4.2.3 应对开挖变形过大的施工对策

（1）在进行土石方工程时，一定要控制适当的坡度，不能在工程中形成高斜坡，因为本工程的地质偏软，边坡本身就很难保持稳定，加上要承受大量的工程设备，那么就更难以保证稳定。为防止由于坑底土的滑动引起的土地沉降、基坑的大范围的变形，所引起的造成桩基的位移增加问题，需要进行边坡开挖。

（2）搭建支撑件是减少桩基变形的一项关键技术，但在大跨深的基坑工程中却是一个比较困难的问题。该项目因大范围深而难以安装支架。针对这一问题，本工程决定在施工过程中，尽量将受压区内的土当作反力面，在施工过程中，首先进行中部开挖，然后在两侧开挖时边挖边撑。

5 施工效果

本工程采用上述冲击钻钻孔咬合桩施工技术，把控施工中的各细节，以及针对施工中遇到的问题，制定了具有针对性的施工对策，取得了理想的施工成果。钻孔桩的桩长平均为15m，入岩深度为3m，基坑稳定，且没有出现渗水问题，满足了施工设计要求。本施工技术在实际应用中得到了很好的应用效果，具有理想的经济价值，值得在同类工程中推广应用[5]。

6 结语

综上所述，冲击钻孔咬合桩，能够解决桥梁深基坑复杂的水文地质负面影响问题。施工技术人员应在明确设计使用要求情况下，开展测量放样、钻机就位、钻进以及混凝土灌注等施工作业。如此，钻孔垂直度、混凝土防渗以及圈梁安全效果才能以高效、稳定状态作用，进而达到桥梁工程建设使用的整体性控制目标。