城區(qū)復雜地下障礙工況咬合樁圍護結構保護性施工

陳四才

【摘 要】咬合樁是在全套管灌注樁技術基礎上發(fā)展起來的一項基坑圍護新技術，近幾年在深圳、上海等城市的施工中得到應用和發(fā)展。咬合樁施工工藝是在全套管樁基施工工法的基礎上，結合了自身的技術特點，經(jīng)過多個工程實踐而得以發(fā)展起來的，主要用于圍護結構中的施工工法?！耙Ш稀币鉃橄噜彉吨g的相互關系，即相鄰樁之間利用二種混凝土的初凝時間差，實現(xiàn)無縫“咬合”。

【關鍵詞】咬合樁；圍護結構；虹口港泵閘工程

1 前言

咬合樁吸收了國內外廣泛使用的基坑圍護結構形式的諸多優(yōu)點，符合當前國家關于節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)方面的相關政策，在城市快速建設發(fā)展的今天，老城區(qū)改造不斷加速，新建工程地下障礙物情況越來越復雜，在城區(qū)用地日益緊張的背景下，咬合樁因其質量可靠、施工速度快、地層適應性強、平面連接形式多樣、施工環(huán)保、節(jié)省造價、外觀整齊的特點，其應用范圍已日趨廣泛。我公司結合虹口港泵閘工程的實踐，總結規(guī)律，不斷優(yōu)化施工參數(shù)，形成了本工法。

2工藝特點

（1）由于采用了全套管的跟管鉆進及其取土方法（沖抓或螺旋鉆），避免了塌孔、縮徑、擴孔等質量通病，有效防止了孔內流砂、涌砂現(xiàn)象，全套管的護孔方式保證了成樁質量，樁間緊密咬合，形成整體無施工縫連續(xù)基坑圍護結構。對沉降及變位易控制，能夠緊鄰相近的建筑物、地下管線施工。

（2）全套管跟進施工，不需清障施工。

（3）施工中可干孔作業(yè)，無須排放泥漿，機械設備噪音低、振動少，對環(huán)境污染小。

（4）抗?jié)B能力強。鉆孔咬合樁是連續(xù)施工的，樁間不存在施工冷縫夾雜泥土。

（5）配筋率較低。咬合樁通常是采用鋼筋砼樁和塑性混凝土樁間隔布置的排列方式，大大地降低了支護結構的配筋率。如本工程咬合樁配筋率為85.3Kg/m3，而灌注樁配筋率為215.9Kg/m3。

3 適用范圍

（1）適用于城區(qū)地下障礙物復雜、周邊建筑物密布、施工場地狹小、清障工作難以開展的工況。本工程施工場地狹小，樁離防汛墻和樓房距離非常近，最近處不到2米，部份圍護樁下有障礙物，在原先準備清除地下障礙物時挖深近4～5米后回填土層較厚的雜填土，因此基坑圍護采用硬咬合樁，選用全回轉套管機施工。

（2）城區(qū)復雜地下障礙物，施工場地狹小，

施工時靈活，由于咬合樁施工時可以根據(jù)需要轉折變線，適合于施工一些平面多變的的基坑和圓弧基坑等。

4工藝原理

鉆孔咬合樁是采用全套管鉆機鉆孔施工，在樁與樁之間形成相互咬合排列的一種基坑圍護結構。樁的排列方式分為兩種形式，一種是一條鋼筋混凝土樁（A樁）和一條素混凝土樁（B樁）間隔布置，施工時，先施工B樁后施工A樁，必須B樁混凝土初凝之前完成A樁的施工。A樁施工時采用全套管鉆機切割掉相鄰B樁相交部分的混凝土，實現(xiàn)咬合。另一種是A、B樁都是鋼筋混凝土樁間隔布置。B樁一般不配筋并采用超緩凝混凝土，A樁采用全套管鉆機，切割掉相鄰B樁相交部分的混凝土，從而實現(xiàn)咬合樁。

5施工工藝流程及操作要點

5.1施工順序

總的施工原則是先施工素混凝土樁B序樁，后施工鋼筋混凝土A序樁，其施工工藝流程是：B1→B2→A1→B3→A2→B4→A3……→Bn-1→An-2→Bn→An-1，如圖1所示。

相鄰成樁順序來說，B序樁（素樁）成樁在前，A序樁（鋼筋混凝土樁）成樁在后，切割B序樁而形成咬合結構。對B序樁的施工只要嚴格按照單樁施工工藝流程作業(yè)，確保垂直精度就能滿足要求。對于A序樁的施工，除了確保垂直精度使樁體能充分咬合外，還涉及施工過程中由于切割的擠壓以及摩擦等產(chǎn)生對已成B序樁的損害。因此在混凝土中加入緩凝型減水劑以使被切割的B序樁強度有較長的緩凝時間，使B序樁混凝土處于未初凝狀態(tài)。隨著鉆孔的加深，孔內可能出現(xiàn)混凝土管涌，因此在A序樁切割B序樁施工過程中，確保垂直精度以及克服管涌是咬合樁施工技術要點。

5.2單樁成樁施工工藝流程

（1）鉆機就位：待導墻砼有足夠的強度后，移動套管鉆機，使抱管器中心對應在導墻孔位中心。

（2）取土成孔：壓入第一節(jié)套管，然后用抓斗從套管內取土，一邊抓土，一邊繼續(xù)下壓套管，始終保持套管底口超前開挖面2.5m以上。第一節(jié)套管壓入土中后（地面上留1.2～1.5m，以便于接管），檢測垂直度，如不合格則進行糾偏，如合格則安裝

第二節(jié)套管繼續(xù)下壓取土，如此重復，直至達到設計孔底。

（3）吊放鋼筋籠（A樁）：成孔檢測合格后安放鋼筋籠，采取措施保證鋼筋籠標高的正確。

（4）灌注砼：如孔內無水，采用干孔導管法流態(tài)灌注；如孔內有水，采用水下砼灌注法施工。

（5）拔管成樁：一邊灌注砼，一邊拔樁，注意始終保持套管低于砼面不小于2.5m。

5.3操作要點

（1）鉆孔咬合樁在正式施工前應進行試成孔（數(shù)量不小于2個），以核對地質資料、檢驗設備、施工工藝以及技術要求是否適當。在試成孔時必須通知監(jiān)理工程師到場，并在試成孔后向監(jiān)理工程師提交書面報告，在得到監(jiān)理工程師書面通知后方可正式施工。

（2）成孔護筒下壓時，若遇孤石，先用十字沖擊錘沖砸擊碎后，再下壓剛護筒到設計位置。

（3）為控制樁的垂直度，首先鉆機架立平整、穩(wěn)固，套管中心與設計位置偏差控制在1cm以內；其次鋼套管就位后在管壁兩側安設兩套測斜儀，隨時檢測套管垂直度；再次，鉆機下壓鋼套管時，設置兩臺經(jīng)緯儀控制其方向，隨時調整鋼套管的垂直度，以保證垂直度不超過1/300。在鉆孔過程中隨時監(jiān)控套管垂直度，發(fā)生偏移及時調整。

（4）在B序樁砼中加入緩凝型減水劑以使被切割的B序樁強度有較長的等待時間，從而減少A序樁施工時因擠壓及摩擦對B序樁的影響。

6材料與設備

6.1材料-超緩凝混凝土

混凝土緩凝時間應根據(jù)單樁成樁時間來確定，單樁成樁時間與施工現(xiàn)場地質條件、樁長、樁徑和鉆機能力等因素相關。根據(jù)咬合樁施工工藝，B樁初凝時間應為： T=3t+k

t 為單樁成樁時間，一般取12h

k 為預留時間，取24h

因此，本項工程初步控制B樁初凝時間為T=60h，并在以后施工中根據(jù)現(xiàn)場情況進行調整。

超緩凝混凝土的施工質量控制方法如下：

1、生產(chǎn)：對超緩凝混凝土的技術參數(shù)要求：

自混凝土灌注時間計算，混凝土的初凝時間須≥60小時；采用C30超緩凝水下混凝土，設計要求水下混凝土應將混凝土抗壓強度提高10MPa；混凝土內氯離子最大含量不得超過0.2%，最大堿含量不超過3kg/m3。

在施工過程中，嚴格控制超緩凝混凝土質量，坍落度出廠控制范圍為20～26cm，運輸過程45分鐘，到現(xiàn)場坍落度預計為18～22cm，若坍落度損失過大，可在現(xiàn)場采用外加劑后摻法進行調整。

6.2設備

7質量控制

咬合樁是通過樁體咬合而達到結構自防水的目的，通過樁體內鋼筋不均勻分布而達到在相同配筋量的情況下，獲得最大抗彎強度，從而獲得較好的經(jīng)濟利益。因此，咬合樁的技術要點可歸結為垂直度、混凝土的緩凝時間、混凝土材料的均一性和鋼筋籠的定位等。

（1）樁體垂直度控制

樁機就位后先進行初步對中，采用吊線錘，過機械下壓中心支點與樁位中心對中，對中后，根據(jù)需要調節(jié)機械各支腿油頂，使機械操作平面水平。水平調整完成后，再次對中，根據(jù)本次對中結果，再次平面移動對中，對中完成后，支起各支腿油頂，對中完成，對中誤差應小于1公分。

吊裝完第一節(jié)套管后，應在機械平面兩個90度方向設置吊線錘，對套管垂直度進行監(jiān)測，在套管下沉過程中，監(jiān)測人員全過程跟蹤。發(fā)現(xiàn)問題馬上進行糾偏。

（2）混凝土緩凝時間

混凝土采用商品混凝土，混凝土的緩凝時間直接影響到工程的成敗。按設計及工藝要求，混凝土的緩凝時間應大于60小時，在施工過程中，對不同批號的水泥及不同批號的外加劑，應提前做好配合比試驗。

B型（第一序樁）緩凝時間應大于等于60小時。

A型（第二序樁）緩凝時間應大于等于10小時。

（3）混凝土的和易性及均一性

水下混凝土灌注要求混凝土的坍落度在18～22cm之間，每車混凝土均應現(xiàn)場做坍落度試驗并予記錄。每次出料時，上料斗上應有10公分間距的格柵狀鋼筋濾網(wǎng)，防止砼罐車內流出塊石及水泥結晶體堵塞導管。

砼應充分攪拌，防止部分砼砂率過高或過低，過高或過低砂率的直接后果是該部分砼的和易性發(fā)生改變，使得鋼筋籠有可能跟管上浮。

（4）鋼筋籠的定位

鋼筋籠四周應設置定位U形卡。保證在鋼筋籠安放時順暢。鋼筋籠起吊時采用四點雙鉤緩慢起吊，逐步下放，不得使鋼筋籠發(fā)生變形，在鋼筋籠下放過程中，在鋼筋籠下放過程中，逐步調整鋼筋籠方向。為保證鋼筋籠定位準確，每個鋼筋籠就位前均應綁上測繩，在外套管起拔過程中，監(jiān)測鋼筋籠是否上浮。

8安全措施

1本工法執(zhí)行國家、地方以及本公司制訂的各種安全技術規(guī)程；

2應有符合國家衛(wèi)生標準的防塵裝置及排污設施，確保攪拌、上料系統(tǒng)等操作層粉塵含量和污水排放符合標準；

3各類機械、設備的機械性能，應靈敏可靠，符合各部門對機械設備安全技術性能參數(shù)的要求。由于本工程需使用大型吊車，在使用過程中注意避免發(fā)生傾覆事故。

4對安全生產(chǎn)、各類措施落實、機械設備的安全技術性能、安全防護裝置等進行檢查，確保安全生產(chǎn)。

9環(huán)保與資源節(jié)約

1施工前應根據(jù)施工過程中可能出現(xiàn)的影響環(huán)境的因素（廢水廢氣、噪聲等）進行全面的分析，制定切實可行的控制措施，以預防和最大程度地減小對環(huán)境的影響；

2加強對施工人員的環(huán)保教育，提高全員施工環(huán)保意識；

3定期清運生活垃圾及其他工程廢料，按工程建設指定的地點和方案進行合理的堆放和處置；

4經(jīng)常性檢測機械、機具的各項排放標準；

10效益分析

我公司針對上海市區(qū)虹口港泵閘工程項目的局部圍護樁結構進行方案優(yōu)化選擇了咬合樁工藝。與本工程具有支護作用的灌注樁+高壓旋噴樁相比，咬合樁支護兼具止水帷幕作用、可取消止水帷幕高壓旋噴樁，另外咬合樁在配筋率上較灌注樁也大大降低，在止水帷幕復雜的情況下，咬合樁的使用具有一定的經(jīng)濟優(yōu)勢。

上海市區(qū)虹口港泵閘工程項目的咬合樁位置原圍護結構為灌注樁（樁徑1000mm，樁長23m，間距1150mm）+高壓旋噴樁（雙排，樁徑800mm，樁間距500mm），每延米成本組成如下，1、灌注樁排樁：灌注樁成孔、鋼筋及混凝土原材費用44561元；泥漿外運費用12434元；清障、清障垃圾外運及該部分回填費用3535元；2、高壓旋噴樁止水帷幕：高壓旋噴樁打樁費用33064元；置換土挖除外運841元；3總計：94435元。

通過對上海市區(qū)虹口港泵閘工程項目局部圍護結構變更為咬合樁圍護，約16.2延米。咬合樁（樁徑1000mm，樁長23m，間距800mm）圍護結構每延米成本組成如下：1、咬合樁成孔、超緩凝混凝土及配筋原材費用76146元；2、混凝土導梁、定位泡沫費用6546元；3、挖土外運費用3062；4、總計85754元。

每延米咬合樁支護比灌注樁排樁+高壓旋噴樁止水帷幕支護形式每延米成本降低8681元；在地下障礙物復雜、緊鄰建筑物的情況下，使用咬合樁可大大降低周邊建筑物變形風險，一定程度上降低了風險成本；具有很好的經(jīng)濟效益和社會效益。

11應用實例

11.1上海地區(qū)虹口港泵閘工程

2014年，由我公司承建的上海市區(qū)虹口港泵閘工程項目中，局部基坑支護采用咬合樁工藝，施工工藝與技術措施采用本文中所述內容，成型圍護咬合樁經(jīng)質量監(jiān)督檢驗部門檢查，質量優(yōu)良。此外，支護抗?jié)B性能、周邊建筑物沉降、圍護結構線型等指標有較好的改善，得到參建各方的好評，是近年來中心城區(qū)地下障礙物復雜、周邊建筑物密布支護樁施工工法的典范。

11.2上海市軌道交通8號線虹口足球場站

該工程是上海首例咬合樁成功施工的項目。上海市軌道交通8號線虹口足球場車站為地下2層兩柱3跨島式結構，車站主體在運營中的軌道交通明珠線高架下垂直穿越，其中7～13軸基坑位于高架的正下方，車站圍護結構緊鄰高架承臺，北側咬合樁圍護與橋墩承臺間的凈距約70cm，南側咬合樁圍護與橋墩承臺間的凈距約30cm。為確保明珠線高架的正常運營，該段基坑的保護等級設為特一級，變形控制要求為：最大水平位移不大于15mm，坑外地表最大沉降不大于0.7‰h（h為基坑開挖深度15.5米）。由于地下連續(xù)墻、鉆孔灌注樁、SMW工法等常用工藝在施工時對周邊土體擾動較大，為此進行了多種基坑圍護方案的比選，最后選定鉆孔咬合樁作為圍護墻。

12 結語

總而言之，隨著施工技術水平的不斷提高，咬合樁維護保護性施工越來越受到有關專業(yè)人士的認可與重視，本文就針對該技術的施工特點、適用范圍、工藝原理進行了分析，并分析了施工工藝流程及操作要點、材料與設備、質量控制、安全措施等內容，目的在于拋磚引玉，為以后的施工提供借鑒價值。

參考文獻：

[1]汪進，李揚，劉明峰等.咬合樁支護工程技術應用實例[J].建筑，2014（9）

[2]王利強.高富水砂卵石地層咬合樁施工技術[J].商品與質量·建筑與發(fā)展，2014（11）