鉆孔咬合樁在深基坑圍護(hù)中的應(yīng)用

中鐵航空港建設(shè)集團(tuán)北京有限公司 北京 100073

1 工程實(shí)例

1.1 工程概況

新建蘭州局調(diào)度樓地處蘭州市城關(guān)區(qū)民主路與和政路交叉口西南處，位于蘭州鐵路局大院東院內(nèi)。工程地基埋深約14.45 m，基坑南北長(zhǎng)78.30 m，東西最寬處44.90 m，最窄處24.90 m，基坑周長(zhǎng)約250.20 m，面積約3 520 m2。

1.2 基坑周邊條件

新建蘭州局調(diào)度樓東側(cè)緊鄰和政路，且距和政路主路僅12.80 m，西側(cè)距鐵路局辦公樓北樓4.15 m，北面距金輪大廈4 m，南面距蘭鐵電視臺(tái)4 m（圖1）。

圖1 基坑支護(hù)平面示意

1.3 工程地質(zhì)水文概況

場(chǎng)地在勘察深度內(nèi)的地層主要由第四系全新統(tǒng)人工填土層、黃土狀粉土層、卵石層和新近系上新統(tǒng)砂巖、泥巖層等構(gòu)成。該場(chǎng)地地下水為潛水，場(chǎng)地內(nèi)主要含水層為卵石層，泥巖、砂巖層為隔水層，在勘察期間（6～7月），場(chǎng)地地下水埋深1.00～4.00 m，水位高程1 517.00～1 515.00 m，主要受大氣降水補(bǔ)給，場(chǎng)地地下水位季節(jié)性變化幅度0.50～1.00 m。

1.4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本工程的圍護(hù)結(jié)構(gòu)初始設(shè)計(jì)為鉆孔灌注樁+止水帷幕的支護(hù)方案，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘探情況，場(chǎng)地地下水為層間滯水，主要含水層在卵石層、巖層，由于本工程3面鄰近建筑物，一面鄰近城市主干道，施工場(chǎng)地十分有限，為合理有效地利用現(xiàn)場(chǎng)空間，采用鉆孔咬合樁阻水兼作基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、基坑內(nèi)井點(diǎn)降水的降阻結(jié)合的支護(hù)形式。不僅解決了施工現(xiàn)場(chǎng)狹小、多工種作業(yè)“打架”的問題，還有效地解決了降水、阻水的問題，為基坑開挖及整體工期的完成創(chuàng)造了有利的條件。

最終本基坑鉆孔咬合灌注樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)17.45 m，嵌固深度5.50 m，采用C35混凝土，樁徑1 000 mm；素混凝土樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)13.95 m，嵌固深度2.00 m，采用C20超緩凝混凝土。護(hù)坡樁共計(jì)342根，樁心距750 mm，最小咬合尺寸250 mm。

1.5 鉆孔咬合樁施工工藝

鉆孔咬合樁在設(shè)計(jì)施工上連續(xù)排列，但相間樁分A型樁和B型樁，A型樁為無鋼筋籠的素樁，B型樁為有鋼筋籠的混凝土樁，先施工2根A型樁，再施工中間的B型樁，如圖2所示，施工順序?yàn)锳1→A2→B1→A3→B2→A4→B3。

圖2 鉆孔咬合樁工序示意

在施工中，必須在A型樁混凝土初凝之前完成B型樁的施工，因此要求A型樁使用緩凝或者超緩凝混凝土，并且A型樁與B型樁的施工速度都要盡量快，以達(dá)到2種樁的有效咬合[1]。

1.6 工程重點(diǎn)、難點(diǎn)

1）根據(jù)本工程的地質(zhì)情況，圍護(hù)樁樁身較長(zhǎng)，且所處地層地質(zhì)條件較為復(fù)雜，樁身成孔需穿過厚約8 m的卵石層及進(jìn)入巖層近10 m，大大增加了鉆孔咬合樁成孔和樁身垂直度控制的難度。

2）由于工程地處蘭州市中心地帶，鄰近鐵路局辦公樓及居民區(qū)，鉆孔咬合樁施工期間因擾民造成無法連續(xù)成孔，鄰近素樁由于早凝而導(dǎo)致后施工的圍護(hù)樁成孔難度大，以及為滿足工期要求而進(jìn)行的分段施工過程中，砂樁與素樁咬合形成的冷縫不能夠充分咬合，導(dǎo)致在基坑開挖過程中咬合樁發(fā)生滲漏水。

2 鉆孔咬合樁常見問題的處理措施

2.1 鉆孔咬合樁樁位、成孔及垂直度控制

2.1.1 樁位放樣

場(chǎng)地平整后，專業(yè)測(cè)量人員根據(jù)結(jié)構(gòu)線及坐標(biāo)，采用全站儀確定出鉆孔樁的控制樁及軸線，樁位測(cè)量偏差不得大于10 mm，用木樁定位?；鶞?zhǔn)點(diǎn)應(yīng)妥善保護(hù)，防止在施工過程中遭到移位或破壞。同時(shí)，施工測(cè)量人員必須對(duì)控制樁進(jìn)行定期復(fù)核。

2018年，終端悄然發(fā)生改變。隨著政府政策、媒體解讀的深入以及企業(yè)農(nóng)技服務(wù)入戶，終端用戶的施肥理念發(fā)生顯著變化，在一些果樹集中種植區(qū)域，更加重視土壤肥力。記者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在廣西柑橘主產(chǎn)區(qū)、四川獼猴桃種植區(qū)，有機(jī)肥替代理念深入終端，一些農(nóng)戶利用榨油渣滓，疏松土質(zhì)、改善土壤。連記者都感嘆，但凡對(duì)種植有些想法的農(nóng)戶，都懂得改變土壤的很多措施，“大肥”思維很難再跟進(jìn)。

2.1.2 單樁護(hù)樁放樣與護(hù)樁埋設(shè)

沿樁中心呈十字形引出4個(gè)樁位點(diǎn)用來控制樁位，單樁護(hù)樁采用木樁（3 cm×3 cm），樁頂釘釘，高度80 cm，埋入地下45 cm，并用砂漿或素混凝土保護(hù)（圖3）。

圖3 樁位放樣示意

2.1.3 鉆孔咬合樁成孔及垂直度的控制

由于本工程場(chǎng)地狹小，且工期任務(wù)重，我們采用的是SR系列旋挖鉆機(jī)（泥漿護(hù)壁）成孔，利用鉆機(jī)的調(diào)平系統(tǒng)，可自動(dòng)保證垂直度在0.30%以內(nèi)。鉆孔樁成孔后應(yīng)立即進(jìn)行清孔，清孔后的沉渣厚度不得大于50 mm。樁混凝土澆筑完畢并初凝后立即對(duì)上部空孔進(jìn)行回填及防護(hù)，以保證樁身設(shè)計(jì)強(qiáng)度及施工安全。

旋挖鉆孔時(shí)為保證鉆孔垂直度，減小擴(kuò)孔率，我們采取了減壓鉆進(jìn)的辦法，鉆頭（包含配重）在泥漿中的質(zhì)量只能有70%，在不同的地層采用不同的轉(zhuǎn)速，并盡量采用大排量的泥漿循環(huán)，增大孔內(nèi)泥漿流速，保持泥漿面始終不低于護(hù)筒頂下0.50 m，鉆進(jìn)過程中隨時(shí)檢測(cè)垂直度，并隨時(shí)調(diào)整。

施工過程中應(yīng)注意以下事項(xiàng)[2,3]：

1）鉆孔過程中根據(jù)地質(zhì)情況控制進(jìn)尺速度： 在黃土層時(shí)，可適當(dāng)加快鉆進(jìn)速度；在卵石層及巖層時(shí)，則減慢鉆頭鉆進(jìn)速度，直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度。

2）施工過程中如發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況與原鉆探資料不符，應(yīng)立即通知設(shè)計(jì)、監(jiān)理等單位及時(shí)處理。

3）鉆進(jìn)成孔過程中，應(yīng)經(jīng)常撈取鉆渣，觀察土層的變化，以及時(shí)調(diào)整泥漿的稠度，確定是否增加或減少轉(zhuǎn)速，在巖土層變化處均撈取渣樣，判斷土層情況，并記入鉆孔記錄表中。

4）鉆進(jìn)過程中要經(jīng)常檢查鉆桿的垂直度，確?？妆诖怪?。必須控制鉆頭在孔內(nèi)的升降速度，防止因漿液對(duì)孔壁的沖刷及負(fù)壓而導(dǎo)致孔壁塌方。在進(jìn)入砂層和卵石層時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減慢進(jìn)尺速度，提高泥漿的稠度，減少每個(gè)鉆進(jìn)回次的進(jìn)尺量，保持孔壁穩(wěn)定。

5）鉆孔樁成孔后應(yīng)立即進(jìn)行清孔，清孔后的沉渣厚度不得大于50 mm。清孔采用換漿法施工，即鉆孔完成后，提起鉆錐至距孔底約20 cm，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，然后以相對(duì)密度較低的泥漿壓入，逐步把鉆孔內(nèi)懸浮的鉆渣和泥漿換出，換至孔內(nèi)泥漿的相對(duì)密度低于1.2為止。嚴(yán)禁采用加深鉆孔深度的方法來代替清孔作業(yè)。

2.2 超緩凝混凝土的施工質(zhì)量控制

根據(jù)鉆孔咬合樁施工工藝，樁的排列方式設(shè)計(jì)為1根素混凝土樁（A樁）和1根鋼筋混凝土樁（B樁）間隔布置，施工時(shí)先施工A樁，后施工B樁，A樁混凝土采用超緩凝混凝土，要求必須在A樁混凝土初凝前完成B樁施工。要確保樁與樁之間的咬合，必須在確?；炷翉?qiáng)度的前提下，嚴(yán)格控制A樁超緩凝混凝土的初凝時(shí)間，防止混凝土早凝后出現(xiàn)不能咬合或咬合困難的現(xiàn)象。參照其他鉆孔咬合樁工程施工經(jīng)驗(yàn)，初步控制A樁初凝時(shí)間為60 h，施工中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況再進(jìn)行調(diào)整。

由于在施工B樁時(shí)需要切割相鄰A樁，為保證切割的順利進(jìn)行且防止由于兩邊混凝土強(qiáng)度的不同造成B樁施工垂直度無法控制，因此要求在進(jìn)行B樁施工時(shí)，A樁混凝土3 d抗壓強(qiáng)度≤3 MPa。

另外，在本工程實(shí)際施工過程中，混凝土的使用采取了嚴(yán)格的檢查制度和監(jiān)控措施，每車混凝土均取1組試件，監(jiān)測(cè)其緩凝時(shí)間及坍落度損失情況，直至該樁兩側(cè)的B樁全部完成為止。

2.3 分段施工節(jié)點(diǎn)及冷縫的處理措施

本基坑工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)全部采用鉆孔咬合樁，為保證工程進(jìn)度，現(xiàn)場(chǎng)配備2臺(tái)旋挖鉆機(jī)進(jìn)行分段施工，為處理好施工段的接頭，常用辦法是在施工段的端頭設(shè)置1根砂樁（成孔后用砂灌滿），之后施工段施工時(shí)挖出砂并澆筑混凝土即可。

由于本工程地處蘭州市中心地帶，交通擁堵，混凝土供應(yīng)不及時(shí)且受施工時(shí)間的限制，以及機(jī)械設(shè)備故障等原因，砂樁施工處不可避免地產(chǎn)生施工縫，開挖后會(huì)出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，因此在施工過程中，我們采取在基坑開挖前所施工的砂樁接縫外側(cè)另增加1～2根旋噴樁作為防水處理的措施，以確保樁間的整體止水效果[4-6]。

2.4 局部堵水、堵漏的處理措施

在鉆孔咬合樁施工過程中，我們著重控制了成樁質(zhì)量，使其“咬合”良好，確保了樁間的整體止水效果，因此沒有出現(xiàn)樁間漏水現(xiàn)象。但是在基坑開挖過程中，錨桿施工穿過了紅線，破壞了止水結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)了局部漏水情況（在錨桿成孔未注漿前），我們首先在細(xì)小出水點(diǎn)處安插了導(dǎo)水管，然后迅速進(jìn)行錨噴施工，并在錨噴施工所用水泥中添加適量速凝劑。

在漏水量較大的孔洞處，除安插導(dǎo)水管外，還將一定濃度的水玻璃和水泥漿定量、定壓注入滲漏通道中，水玻璃與水泥漿的混合液快速凝結(jié)成漿，使巖土層的空隙或孔隙間充滿漿液并固化，迅速封住滲漏通道，取得了很好的效果。

3 基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

3.1 測(cè)點(diǎn)布置

鐵路局調(diào)度樓測(cè)斜管總共埋設(shè)10孔，監(jiān)測(cè)10孔；地表沉降點(diǎn)累計(jì)埋設(shè)45個(gè)，監(jiān)測(cè)45個(gè)，支撐力柱總共8個(gè)，監(jiān)測(cè)8個(gè)；樁頂水平與垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)總共設(shè)置12個(gè)，監(jiān)測(cè)12個(gè)；混凝土支撐軸力計(jì)總共安裝16個(gè)，監(jiān)測(cè)16個(gè)。

3.2 監(jiān)測(cè)成果分析

目前，鐵路局調(diào)度樓基坑已經(jīng)開挖完成，其基坑監(jiān)測(cè)頻率為7 d一次，其中，地表最大沉降為-9.50 mm，變形速率為0.10 mm/d；建筑物最大沉降為-7.20 mm；樁頂最大垂直位移為-5.20 mm，變形速率為0.10 mm/d；支撐軸力最大為3 148.52 kN，變化速率為6.62 kN/d；樁頂最大水平位移為4.20 mm，變形速率為0.10 mm/d。由以上監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，本工程基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形較小，周邊環(huán)境幾乎沒有受到影響，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)正常，均在允許沉降范圍內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

4 鉆孔咬合樁施工質(zhì)量及基坑支護(hù)效果

本工程采用了鉆孔咬合樁阻水兼作基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、基坑內(nèi)井點(diǎn)降水的降阻結(jié)合的支護(hù)形式，同時(shí)根據(jù)地層情況及工期要求，采用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行施工，先進(jìn)行素樁施工，再進(jìn)行支護(hù)樁施工，隨后施工1道混凝土內(nèi)支撐梁，在其強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后，開始采用機(jī)械進(jìn)行基坑土方開挖，邊開挖邊采用集水井疏干卵石含水層中儲(chǔ)存的地下水。

本工程施工鉆孔咬合樁共計(jì)342根，其中A樁171根，B樁171根。施工完成后進(jìn)行樁身混凝土抽芯檢測(cè)，其中A樁15根，B樁20根，結(jié)果全部合格。基坑土石方開挖后觀察顯示，樁外觀質(zhì)量良好，樁間咬合效果良好，沒有出現(xiàn)任何明顯的滲水及漏水現(xiàn)象，而且根據(jù)監(jiān)測(cè)報(bào)告的反饋來看，開挖后支護(hù)樁變形小于20 mm，周邊建筑物沉降小于10 mm，周邊道路沉降小于12 mm，均滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了施工預(yù)期效果[7-9]。

5 結(jié)語

在施工過程中，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求控制旋挖咬合樁樁位與垂直度，是確保樁足夠咬合和止水效果的關(guān)鍵。通過本工程實(shí)踐證明，鉆孔咬合樁這種阻水兼作圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工工法是切實(shí)可行的，其具有傳統(tǒng)咬合樁工法的所有優(yōu)點(diǎn)，且施工速度快，占用場(chǎng)地空間小，保證了施工質(zhì)量，效果顯著。