【摘要】：钻孔咬合桩作为一种新型的围护结构,由于桩与桩之间相互咬合,解决了以前相切桩防水效果差的弊病。此工艺在地铁及其他深基坑围护中广泛应用。全套管咬合桩的优点:1)孔口定位误差小,成孔垂直精度高;2)桩与桩相互咬合,防水效果好;3)全套管护壁,干孔作业,无泥浆,无塌孔;4)噪音小,振动小,对周边建筑物无影响,利于文明施工。
【关键词】：钻孔咬合桩 施工工艺 围护结构 事故处理
一、主要施工方法
1、施工工艺
钻孔咬合桩是采用全套管钻机钻孔施工，在桩与桩之间形成相互咬合排列的一种基坑围护结构。桩的排列方式分为两种形式，一种是一条钢筋混凝土桩（A桩）和一条素混凝土桩（B桩）间隔布置，施工时，先施工B桩后施工A桩，必须B桩混凝土初凝之前完成A桩的施工。A桩施工时采用全套管钻机切割掉相邻B桩相交部分的混凝土，实现咬合。另一种是A、B桩都是钢筋混凝土桩间隔布置。B桩一般不配筋并采用超缓凝混凝土,A桩采用全套管钻机,切割掉相邻B桩相交部分的混凝土,从而实现咬合。
图1 咬合桩示意图
1）、单桩施工工艺
A型(配筋)单桩施工工艺流程如下。
(1)、钻机就位：精确测定桩中心位置,作为钻机定位的控制点。
(2)、取土成孔：在桩机就位后,吊装第1节管在桩机钳口中,找正桩管垂直度后,磨桩下压桩管,压入深度约为1.5～2.5m。用抓斗从套管内取土,一边抓土、一边继续下压套管,始终保持套管底口超前于开挖面的深度不小于2.5m。
(3)、钢筋笼制作与吊放：钢筋笼制作要符合《钢筋焊接及验收规程》要求,钢筋制作加工要符合图纸尺寸要求,笼体完整牢固。为使钢筋笼有足够的刚度,以保证在运输和吊放过程中不产生变形,每隔2m用Φ20mm钢筋设置一道加强箍。
(4)、混凝土灌注：A、B桩混凝土质量要求如表1所示。
A型(配筋)单桩施工工艺流程如下。
(1)、钻机就位：精确测定桩中心位置,作为钻机定位的控制点。
(2)、取土成孔：在桩机就位后,吊装第1节管在桩机钳口中,找正桩管垂直度后,磨桩下压桩管,压入深度约为1.5～2.5m。用抓斗从套管内取土,一边抓土、一边继续下压套管,始终保持套管底口超前于开挖面的深度不小于2.5m。
(3)、钢筋笼制作与吊放：钢筋笼制作要符合《钢筋焊接及验收规程》要求,钢筋制作加工要符合图纸尺寸要求,笼体完整牢固。为使钢筋笼有足够的刚度,以保证在运输和吊放过程中不产生变形,每隔2m用Φ20mm钢筋设置一道加强箍。
(4)、混凝土灌注：A、B桩混凝土质量要求如表1所示。
表1
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项目
类型
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强度等级
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坍落度
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缓凝时间
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粗骨料粒径
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A桩
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C30水下砼
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20±2cm
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----
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5～15mm
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B桩
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C15水下砼
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16±2cm
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≥60h
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5～20mm
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水下混凝土灌注采用导管法,导管为Φ250mm的法兰式钢管,埋入混凝土的深度宜保持在2～6m之间,最小埋入深度不得小于1m。严禁将导管提出混凝土面或埋入过深,一次拔出高度不得超过4m。混凝土灌注中应防止钢筋笼上浮,当混凝土进入钢筋笼底端1～2m后,可适当提升导管。导管提升要平稳,避免出料冲击过大或钩带钢筋笼。
对于B桩,每车混凝土均取1组试件,监测其缓凝时间及坍落度情况,直至该桩两侧的A桩全部完成为止。发现问题立即采取应急措施。
（5）、拔管成桩：边灌注混凝土边拔管,始终保持套管底低于混凝土面不小于2m。
2）、排桩施工工艺
施工原则是先施工B桩,后施工A桩,其施工流程为B1→B2→A1→B3→A2→B4→A3……。
对于B桩,每车混凝土均取1组试件,监测其缓凝时间及坍落度情况,直至该桩两侧的A桩全部完成为止。发现问题立即采取应急措施。
（5）、拔管成桩：边灌注混凝土边拔管,始终保持套管底低于混凝土面不小于2m。
2）、排桩施工工艺
施工原则是先施工B桩,后施工A桩,其施工流程为B1→B2→A1→B3→A2→B4→A3……。
图2 咬合桩施工工艺流程图
分段施工接头的处理方法：往往一台钻机施工无法满足工程进度，需要多台钻机分段施工，这就存在与先施工段的接头问题。处理方法为在施工段与段的端头设置一个砂桩（成孔后用砂灌满），待后施工段到此接头时挖出砂子，灌上混凝土即可。
图3 分段施工接头预设砂桩示意图
二、关键技术的质量控制办法
（一）、孔口定位误差的控制
为了保证钻孔咬合桩底部有足够的咬合量，应对其孔口的定位误差进行严格的控制。在钻孔咬合桩桩顶以上设置钢筋混凝土导墙，导墙上设置定位孔，其直径宜比桩径大20～40mm。钻机就位后，将第一节套管插入定位孔并检查调整，使套管周围与定位孔之间的空隙保持均匀。
（二）、桩的垂直度的控制
控制了桩身垂直度，也就能保证了钻孔咬合桩底部有足够厚度的咬合量。除对其孔口定位误差严格控制外，还应对其垂直度进行严格的控制，根据我国《地下铁道工程施工及验收规范》和设计要求，桩身垂直度偏差不大于3‰。成孔过程中要控制好桩的垂直度，必须抓好以下三个环节的工作。
1、套管的顺直度检查和校正
钻孔咬合桩施工前在平整地面上进行套管顺直度的检查和校正，首先检查和校正单节套管的顺直度，然后将按照桩长配置的套管全部连接起来，套管顺直度偏差控制在1‰~2‰。
检测方法：于地面上测放出两条相互平行的直线，将套管置于两条直线之间，然后用线锥和直尺进行检测。
2、成孔过程中桩的垂直度监测和检查
①、地面监测：在地面选择两个相互垂直的方向采用经纬仪或线锥监测地面以上部分的套管的垂直度，发现偏差随时纠正。这项检测在每根桩的成孔过程中应自始至终坚持，不能中断。
②、孔内检查：每节套管压完后安装下一节套管之前，都要停下来用“测环”或“线锥”进行孔内垂直度检查，不合格时需进行纠偏，直至合格才能进行下一节套管施工。
3、纠偏
成孔过程中如发现垂直度偏差过大，必须及时进行纠偏调整，纠偏的常用方法有以下三种：
①、利用钻机油缸进行纠偏：如果偏差不大于或套管入土不深（5m以下），可直接利用钻机的两个顶升油缸和两个推拉油缸调节套管的垂直度，即可达到纠偏的目的。
②、B桩纠偏：如果B桩在入土5m以下发生较大偏移，可先利用钻机油缸直接纠偏，如达不到要求，可向套管内填砂或粘土，一边填土一边拔起套管，直至将套管提升到上一次检查合格的地方，然后调直套管，检查其垂直度合格后再重新下压。
③、A桩纠偏：A桩的纠偏方法与B桩基本相同，其不同之处是不能向套管内填土而应填入与B桩相同的混凝土，否则有可能在桩间留下土夹层，从而影响排桩的防水效果。
（三）、超缓凝混凝土的施工质量控制
B桩混凝土缓凝时间应根据单桩成桩时间来确定，单桩成桩时间与施工现场地质条件、桩长、桩径和钻机能力等因素相关。根据咬合桩施工工艺，B桩初凝时间应为： T=3t+k
t 为单桩成桩时间，一般取12h
k 为预留时间，取24h
因此，本项工程初步控制B桩初凝时间为T=60h，并在以后施工中根据现场情况进行调整。
超缓凝混凝土的施工质量控制办法如下：
1、生产：对超缓凝混凝土的技术参数要求：
自混凝土灌注时间计算，混凝土的初凝时间须≥60小时；采用Ｃ30超缓凝水下混凝土，设计要求水下混凝土应将混凝土抗压强度提高10MPa；混凝土内氯离子最大含量不得超过0.2%，最大碱含量不超过3kg/m3。
2、使用：使用过程中采用严格的检查制度和监控措施：
①、每车混凝土在使用前必须由试验室检查其坍落度及观感质量是否符合要求，坍落度超标或观感质量太差的坚决退回，绝不使用。
②、每车混凝土均取一组试件，监测其缓凝时间及坍落度损失情况，直至该桩两侧的A桩全部完成为止，如发现问题及时反馈信息，以便采取应急措施。
③、按规范要求取试件检查混凝土最终强度，混凝土最终强度必须满足设计要求。
三、常见工程事故的预防及处理措施
1、“管涌”处理
“管涌”是指在A桩成孔过程中,由于B桩混凝土未凝固,还处于流动状态,B桩混凝土有可能从A、B桩相交处涌入A桩孔内。克服“管涌”有以下几个方法:
①、B桩混凝土的坍落度应相对小一些,不宜超过18cm,以便于降低混凝土的流动性。
②、套管底口应始终保持超前于开挖面一定距离,以便于造成一段“瓶颈”,阻止混凝土的流动;如果钻机能力许可,这个距离越大越好,但至少不应小于2.5m。
③、必要时(如遇地下障碍物套管底无法超前时)可向套管内注入一定量的水,通过水压力来平衡A桩混凝土的压力,阻止“管涌”的发生。
1、“管涌”处理
“管涌”是指在A桩成孔过程中,由于B桩混凝土未凝固,还处于流动状态,B桩混凝土有可能从A、B桩相交处涌入A桩孔内。克服“管涌”有以下几个方法:
①、B桩混凝土的坍落度应相对小一些,不宜超过18cm,以便于降低混凝土的流动性。
②、套管底口应始终保持超前于开挖面一定距离,以便于造成一段“瓶颈”,阻止混凝土的流动;如果钻机能力许可,这个距离越大越好,但至少不应小于2.5m。
③、必要时(如遇地下障碍物套管底无法超前时)可向套管内注入一定量的水,通过水压力来平衡A桩混凝土的压力,阻止“管涌”的发生。
④、A桩成孔过程中,应注意观察相邻两侧B桩混凝土顶面,如发现B桩混凝土下陷,应立即停止A桩开挖,并一边将套管尽量下压,一边向A桩内填土或注水,直到完全止住“管涌”。
2、钢筋笼上浮处理
由于套管内壁与钢筋笼外缘之间的空隙较小,在上拔套管的时候,钢筋笼有可能被套管带着一起上浮。预防措施主要有:
①、A桩混凝土的骨料粒径应小一些,不宜大于20mm。
②、在钢筋笼底部焊上一块比钢筋笼直径略小的薄钢板以增加其抗浮能力。
③、必须安装钢筋笼导正器。
④、混凝土灌注必须按操作规程进行。
3、钻进入岩的处理
钻孔咬合桩仅适用于软土地质。如施工中遇到局部小范围区域少量桩入岩情况时,可采用“二阶段成孔法”进行处理。第一阶段:不论A桩或是B桩,先钻进,取土至岩面,然后卸下抓斗改换冲击锤,从套管内用冲击锤冲钻至桩底设计高程,成孔后向套管内填土,一边填土一边拔出套管(即第一阶段所成的孔用土填满)。第二阶段:按钻孔咬合桩正常施工方法施工。
4、事故桩的处理
在钻孔咬合桩施工过程中,因B桩超缓凝混凝土出现早凝现象或机械设备故障等原因,造成钻孔咬合桩的施工未能按正常要求进行而形成事故桩。事故桩的处理主要有以下几种情况。
(1)、平移桩位单侧咬合
A桩成孔施工时,其一侧B1桩的混凝土已经凝固,使套管钻机不能按正常要求切割咬合B1、B2桩。处理方法为向B2桩方向平移A桩桩位,使套管钻机单侧切割B2桩,施工A桩(凿除原桩位导墙,并严格控制桩位),并在B1桩和A桩外侧另增加1根旋喷桩作为防水处理。
2、钢筋笼上浮处理
由于套管内壁与钢筋笼外缘之间的空隙较小,在上拔套管的时候,钢筋笼有可能被套管带着一起上浮。预防措施主要有:
①、A桩混凝土的骨料粒径应小一些,不宜大于20mm。
②、在钢筋笼底部焊上一块比钢筋笼直径略小的薄钢板以增加其抗浮能力。
③、必须安装钢筋笼导正器。
④、混凝土灌注必须按操作规程进行。
3、钻进入岩的处理
钻孔咬合桩仅适用于软土地质。如施工中遇到局部小范围区域少量桩入岩情况时,可采用“二阶段成孔法”进行处理。第一阶段:不论A桩或是B桩,先钻进,取土至岩面,然后卸下抓斗改换冲击锤,从套管内用冲击锤冲钻至桩底设计高程,成孔后向套管内填土,一边填土一边拔出套管(即第一阶段所成的孔用土填满)。第二阶段:按钻孔咬合桩正常施工方法施工。
4、事故桩的处理
在钻孔咬合桩施工过程中,因B桩超缓凝混凝土出现早凝现象或机械设备故障等原因,造成钻孔咬合桩的施工未能按正常要求进行而形成事故桩。事故桩的处理主要有以下几种情况。
(1)、平移桩位单侧咬合
A桩成孔施工时,其一侧B1桩的混凝土已经凝固,使套管钻机不能按正常要求切割咬合B1、B2桩。处理方法为向B2桩方向平移A桩桩位,使套管钻机单侧切割B2桩,施工A桩(凿除原桩位导墙,并严格控制桩位),并在B1桩和A桩外侧另增加1根旋喷桩作为防水处理。
图4 平移桩位单侧咬合桩示意图
说明：原设计B1、B2桩桩位保持不变。
(2)、背桩补强
A1桩成孔施工时，其两侧B1桩、B2桩的混凝土均已凝固，处理方法为放弃A1桩的施工，调整桩序继续后面咬合桩的施工，以后在A1桩外侧增加三根咬合桩及两根旋喷桩作为补强、防水处理。在基坑开挖过程中将B1和B2桩之间的夹土清除喷上混凝土即可。如下图所示：
图5 咬合桩背桩补强示意图
(3)、预留咬合企口
在A1桩成孔施工中发现B1桩混凝土已有早凝倾向但还未完全凝固时，此时为避免继续按正常顺序施工造成事故桩可及时在B1桩右侧施工一砂桩以预留出咬合企口，待调整完成后再继续后面桩的施工。如下图所示：
图6预留咬合企口示意图
四、咬合桩质量验收标准
表2
钻孔咬合桩允许偏差
|
序号
|
项 目
|
允许偏差(mm)
|
|||
|
1
|
ΔC30水下混凝土
|
不低于设计规定
|
|||
|
2
|
Δ混凝土
(超缓凝)
|
砼三天强度小于3Mpa
|
±10%
|
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|
砼坍落度：14~18cm
|
±10%
|
||||
|
砼抗压强度(28天)
|
不低于设计规定
|
||||
|
3
|
Δ孔径
|
不小于设计规定
|
|||
|
4
|
Δ孔深
|
+500~0
|
|||
|
5
|
Δ桩位
|
主体结构轴线方向
|
±10
|
||
|
垂直纵轴方向
|
±10
|
||||
|
6
|
Δ垂直度
|
3‰
|
|||
|
7
|
钢
筋
笼
|
钢筋笼外径比套管内径小6~8cm
|
±10
|
||
|
主筋间距
|
±10
|
||||
|
箍筋间距
|
±20
|
||||
|
钢筋笼直径
|
±10
|
||||
|
钢筋笼整体长度
|
±100
|
||||
|
钢筋搭接长度
|
Ⅰ级
|
单面焊
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10d
|
||
|
双面焊
|
5d
|
||||
|
Ⅱ级
|
单面焊
|
10d
|
|||
|
双面焊
|
5d
|
||||
五、结尾：
咬合桩作为一种深基坑围护结构形式，适用于淤泥、流沙等不良地基，其特点是施工进度快、成孔质量好、施工安全性高，无泥浆排放，利于环保且工程造价低。咬合桩的关键控制点在于成桩的垂直度、施工的连续性以及超缓砼的配制。
参考文献
［1］益德清等.深基坑支护工程实例［M］.北京：中国建筑工业出版社，1996
［2］马清浩.混凝土外加剂及建筑防水材料应用指南［M］.中国建材工业出版社，1998
［3］左名麒等.基础工程设计与地基处理［M］.北京：中国铁道出版社，2000
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