鉆孔咬合樁實(shí)例應(yīng)用

葉清林

(廈門航空有限公司,福建廈門 361006)

鉆孔咬合樁是指采用機(jī)械成孔、套管下壓、套管內(nèi)抓斗取土,在樁與樁之間相互咬合排列的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式。適用于沿海地區(qū)軟弱地層、含水砂層地質(zhì)情況下的地下工程深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工。其圍護(hù)和止水效果好,工程造價(jià)比地下連續(xù)墻和人工挖孔樁要低20%～30%左右。

1 實(shí)例工程概況

廈門航空售票綜合樓(金雁酒店)位于廈門市湖濱南路,建筑面積 35890m2,地上 28層,地下 2層,周邊高樓林立,東、西側(cè)均為已建成的高層建筑,北側(cè)緊鄰筼筜湖,北側(cè)地下室外墻距離筼筜湖最小處僅為 6m,基坑開挖較深,達(dá)到了9.2m。此外,本段地下水埋藏較淺且豐富,樁孔易發(fā)生坍塌變形,因此該項(xiàng)目深基坑圍護(hù)顯得尤為重要。結(jié)合實(shí)際地質(zhì)情況,經(jīng)多方面因素綜合考慮,會(huì)同設(shè)計(jì)、地勘進(jìn)行多次論證,確定基坑圍護(hù)采用鉆孔咬合樁的結(jié)構(gòu)型式。鉆孔咬合樁由于采用了全鋼套管護(hù)壁,能有效地防止孔內(nèi)流沙、涌沙現(xiàn)象的產(chǎn)生,并且通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)成孔精度即可得到有效控制,“一葷(指鋼筋混凝土樁)”、“一素(指素凝土樁)”相互咬合排列,擋土和止水效果極佳,經(jīng)濟(jì)性好。

2 鉆孔咬合樁施工技術(shù)

2.1 工藝原理

鉆孔咬合樁的排列方式為一根素混凝土樁(A樁)與一根鋼筋混凝土樁(B樁)間隔布置。A樁采用緩凝型混凝土,B樁采用普通混凝土,先施工 A樁,后施工B樁。該項(xiàng)目鉆孔咬合樁采用的是全護(hù)筒沖抓法,即在兩側(cè) A樁成樁后利用護(hù)筒鉆機(jī)的下壓切割能力,在切割掉A樁部分混凝土的同時(shí)使B樁成樁。最后效果是使B樁嵌入兩側(cè)A樁一部分,形狀類似于相互咬合,故形象的稱為咬合樁(圖 1)。

圖1 混凝土導(dǎo)墻與咬合樁

2.2 工藝流程

2.2.1 導(dǎo)墻施工

為了保證鉆孔咬合樁孔口定位的精度并提高樁體就位效率,應(yīng)在樁頂部?jī)蓚?cè)先施工混凝土導(dǎo)墻 (圖1)。

2.2.2 單根咬合樁施工工藝流程

工藝流程:護(hù)筒鉆機(jī)就位※單樁成孔※吊放鋼筋籠※灌注混凝土※拔筒成樁。

(1)護(hù)筒鉆機(jī)就位:當(dāng)定位導(dǎo)墻有足夠的強(qiáng)度后,移動(dòng)鉆機(jī)就位,并使主機(jī)抱管器中心對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)墻孔位中心。

(2)單樁成孔:其步驟為隨著第 1節(jié)護(hù)筒的壓入(深度為1.5～2.5m),沖抓斗隨著從護(hù)筒內(nèi)取土,一邊抓土一邊繼續(xù)下壓護(hù)筒,待第 1節(jié)全部壓入后(一般地面上留 1～2m,以便于接筒)檢測(cè)垂直度,合格后,接第 2節(jié)護(hù)筒,如此循環(huán)至壓到設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高。

(3)吊放鋼筋籠:對(duì)于 B樁,成孔檢查合格后進(jìn)行安放鋼筋籠工作,此時(shí)應(yīng)保證鋼筋籠標(biāo)高正確。

(4)灌注混凝土:如孔內(nèi)有水,需采用水下混凝土灌注法施工;如孔內(nèi)無水,則采用干孔灌注法施工并注意振搗。

(5)拔筒成樁:一邊澆注混凝土一邊拔護(hù)筒,應(yīng)注意保持護(hù)筒底低于混凝土面不小于2.5m。

(6)排樁施工順序:A1※A2※B1※A3※B2※A4※B3……,如圖 2所示。

圖2 排樁施工順序

3 鉆孔咬合樁的質(zhì)量控制措施

3.1 樁垂直度的控制

為了保證咬合樁底部有足夠厚度的咬合量,除對(duì)其孔口定位誤差嚴(yán)格控制外,還應(yīng)對(duì)其垂直度進(jìn)行控制?！督ㄖ鼗A(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定,樁的垂直度標(biāo)準(zhǔn)為1%。成孔過程中要控制好樁的垂直度,必須抓好三個(gè)環(huán)節(jié)的工作。

3.1.1 套管的順直度檢查和校正

咬合樁施工前應(yīng)進(jìn)行套管順直度的檢查和校正,首先檢查和校正單節(jié)套管的順直度,然后按樁長(zhǎng)配置的套管全部連接進(jìn)行檢查,整根套管(15～25m)的順直度偏差宜小于 10 mm。檢測(cè)方法:于地面上測(cè)放出兩條平行的直線,將套管置于兩條直線之間,用線錘和直尺進(jìn)行檢測(cè)。

3.1.2 成孔過程中樁的垂直度監(jiān)測(cè)和檢查

(1)地面監(jiān)測(cè):在地面選擇兩個(gè)相互垂直的方向采用經(jīng)緯儀或線錘監(jiān)測(cè)地面以上部分的套管垂直度,隨時(shí)糾正。這項(xiàng)檢測(cè)在每根樁的成孔過程中應(yīng)自始至終不能中斷。

(2)孔內(nèi)檢查:每節(jié)套管壓完后安裝下一節(jié)套管之前,都要停下來用線錘進(jìn)行孔內(nèi)垂直度檢查,不合格時(shí)需進(jìn)行糾偏,直至合格才能進(jìn)行下一節(jié)套管施工。

3.1.3 糾偏

糾偏的常用方法有以下三種:

(1)利用樁機(jī)油缸進(jìn)行糾偏:如果套管入土不深(小于 5 m),可直接利用鉆機(jī)的兩個(gè)頂升油缸和兩個(gè)推拉油缸調(diào)節(jié)套管的垂直度,即可達(dá)到糾偏的目的。

(2)A樁糾偏:如果A樁在入土小于 5m時(shí)發(fā)生較大偏移,可先利用鉆機(jī)油缸直接糾偏,如達(dá)不到要求,可向套管內(nèi)填砂或粘土,一邊填土一邊拔起套管,直至將套管提升到上一次檢查合格的地方,然后調(diào)直套管,檢查其垂直度合格后再重新下壓。

(3)B樁的糾偏:B樁的糾偏方法與A樁基本相同,其不同之處是不能向套管內(nèi)填砂或粘土而應(yīng)填入與A樁相同的混凝土,否則有可能在樁間留下土夾層,從而影響排樁的防水效果。

3.2 超緩凝混凝土的配合比確定

超緩凝混凝土是咬合樁施工工藝所需的特殊材料(因?yàn)槠渚從龝r(shí)間特別長(zhǎng),所以稱為超緩凝混凝土),這種混凝土主要用于 A樁,其作用是延長(zhǎng) A樁混凝土的初凝時(shí)間,以達(dá)到其相鄰 B樁的成孔能夠在A樁混凝土初凝之前完成,這樣便給套管樁機(jī)切割 A樁砼創(chuàng)造了條件。在確定混凝土相關(guān)參數(shù)后,進(jìn)行混凝土的配合比設(shè)計(jì)。由于咬合樁施工工藝的特殊性,要求超緩凝混凝土的緩凝期必須穩(wěn)定,不能波動(dòng)。緩凝劑的摻量非常重要,應(yīng)通過試配進(jìn)行確認(rèn)。

3.3 超緩凝時(shí)間確定

3.3.1 單樁成樁所需時(shí)間 t

應(yīng)根據(jù)工程具體情況和所選樁機(jī)的類型在現(xiàn)場(chǎng)作成樁試驗(yàn)來測(cè)定。試驗(yàn)結(jié)果 t為 12～15h,取上限值 t=15h。

3.3.2 確定 A樁混凝土緩凝時(shí)間 T

根據(jù)下式計(jì)算 A樁混凝土的緩凝時(shí)間,可根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算:

式中:T為A樁混凝土的緩凝時(shí)間(初凝時(shí)間);k為儲(chǔ)備時(shí)間,一般取 1.0t;t為單樁成樁所需時(shí)間。

3.4 咬合樁咬合厚度的確定

相鄰樁之間的咬合厚度d根據(jù)樁長(zhǎng)來選取,樁越短咬合厚度越小(但最小不宜小于 100mm),樁越長(zhǎng)咬合厚度越大,按下式進(jìn)行計(jì)算:

d=2(kl+q)≥50mm(即保證樁底的最小咬合厚度不小于50mm)

式中:l為樁長(zhǎng);k為樁的垂直度;q為孔口定位誤差容許值;d為鉆孔咬合樁的設(shè)計(jì)咬合厚度。

3.5 分段施工接頭的處理方法

當(dāng)一臺(tái)樁機(jī)施工無法滿足工程進(jìn)度,需要多臺(tái)樁機(jī)分段施工,這就存在與先施工段的接頭問題。采用砂樁是一個(gè)比較好的方法。在施工段與段的端頭設(shè)置一個(gè)砂樁(成孔后用砂灌滿),待后施工段到此接頭時(shí)挖出砂灌上混凝土即可。

4 施工問題與解決方案

4.1 克服樁內(nèi)“混凝土管涌”措施

在B樁成孔過程中,由于A樁混凝土未完全凝固,還處于流塑狀態(tài),因此其有可能從 A、B樁相交處涌入 B樁孔內(nèi),形成“混凝土管涌”。為防止管涌,可采取以下措施:

(1)控制 A樁混凝土的坍落度,不宜超過 14cm。

(2)套管底口應(yīng)始終超前于開挖面 2.5m以上,如果鉆機(jī)能力許可,這個(gè)距離越大越好。

(3)實(shí)時(shí)觀察 A樁混凝土頂面是否下陷,若發(fā)現(xiàn)下陷應(yīng)立即停止 B樁開挖,并將護(hù)筒盡量下壓,一邊向B樁內(nèi)填土或注水(平衡A樁混凝土壓力),使其保持一定的反壓來平衡A樁混凝土的壓力,阻止“混凝土管涌”的發(fā)生。

4.2 遇地下障礙物處理方法

由于咬合樁采用的是鋼護(hù)筒,所以可吊放作業(yè)人員下孔內(nèi)清除障礙物。

4.3 克服鋼筋籠上浮方法

(1)用振動(dòng)錘起拔套管,產(chǎn)生高頻振動(dòng)的液化減摩效應(yīng),可減少“浮籠”現(xiàn)象發(fā)生;

(2)確保灌樁混凝土的和易性良好,其粗骨料粒徑滿足小于 20mm的要求;

(3)鋼筋籠的加工尺寸應(yīng)確保精確,在轉(zhuǎn)運(yùn)、吊裝過程中采取可靠措施防止鋼筋籠扭曲變形;

(4)在鋼筋籠底部加焊一塊比鋼筋籠略小的薄鋼板,增加其抗浮能力。

5 鉆孔咬合樁的應(yīng)用評(píng)價(jià)分析

鉆孔咬合樁相比較其他幾種常用圍護(hù)形式的優(yōu)勢(shì):

(1)咬合樁采用的是全護(hù)筒沖抓法,能夠克服不良地質(zhì)條件下灌注樁成樁困難的問題;

(2)咬合樁采用鋼護(hù)筒,不像灌注樁用的是泥漿護(hù)壁,可以大大減小泥漿四溢對(duì)周圍環(huán)境的影響;

(3)咬合樁垂直度比灌注樁好,不會(huì)塌孔,下挖過程中如遇到土體內(nèi)有雜物影響時(shí)可以直接下去作業(yè)人員對(duì)雜物進(jìn)行清理;

(4)咬合樁比地鐵隧道基坑常用的地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)要省20%～30%的費(fèi)用,經(jīng)濟(jì)性好。

6 結(jié) 論

在對(duì)各種圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式比選后,最終在廈航金雁酒店基坑圍護(hù)工程中選擇了鉆孔咬合樁這一新工法。施工中,在靠近筼筜湖一側(cè)的基坑采用1200咬合樁,其余基坑段采用1000咬合樁,樁間咬合 200mm,樁長(zhǎng)為 19.2m。在基坑開挖過程中跟蹤施工進(jìn)程,對(duì)樁體側(cè)移、坑周地面沉陷和地層位移、附近建筑物、地下管網(wǎng)等變形及受力情況進(jìn)行監(jiān)測(cè),用取得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),與預(yù)測(cè)值或計(jì)算值相比較并進(jìn)行分析。

在本文所涉及的工程地質(zhì)條件復(fù)雜的情況下,基坑開挖圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔咬合樁,達(dá)到了預(yù)期的目的。

[1]GB50202—2002建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S]

[2]建筑施工手冊(cè)編委會(huì).建筑施工手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2003

[3]JGJ94-94建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S]

[4]侯學(xué)淵.基坑工程手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1997