旋挖灌注咬合樁在城市建設(shè)施工中的應(yīng)用

林國清

(福建省閩東南地質(zhì)大隊，泉州，362021)

鉆孔咬合樁是在平面上沿一條軸線設(shè)置單排鉆孔樁，相鄰的樁互相搭接形成支護(hù)結(jié)構(gòu)，是一種新型的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式。由于其止水效果好，施工快，目前在各個領(lǐng)域的工程建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用，但大多數(shù)采用沖、鉆孔灌注咬合樁[1]。隨著施工技術(shù)的發(fā)展，旋挖灌注咬合樁也逐步得到應(yīng)用，主要為了解遇到軟弱松散地層、砂卵石層等問題，以及確保施工時不發(fā)生涌水冒砂、塌方、地面沉陷等事故。筆者以長沙市人民東路電纜隧道的施工為例，闡述旋挖灌注咬合樁在城市建設(shè)施工中的應(yīng)用。

1 工程概況

該項目位于長沙市的人民東路北側(cè)，電纜隧道長度260 m，由隧道口明挖段(明洞)、隧道口暗挖段(斜井)、電纜隧道、措施井(豎井)與安全孔等組成。電纜隧道口明挖段設(shè)計長度26.739 m，設(shè)計開挖斷面為2.9 m×3.25 m，底板面標(biāo)高為18.46～18.326 m；隧道口斜井段設(shè)計長度17.261 m，底板面標(biāo)高為18.326～13.50 m。地面高程32～33 m，隧道底高程為12～13.5 m，平均埋深16 m。由于電纜隧道受到周圍環(huán)境及位置的限制[2]，周邊均為高層建筑、馬路，施工環(huán)境復(fù)雜，地質(zhì)構(gòu)造軟弱而且松散，緊靠人民東路側(cè)無法按設(shè)計1∶0.5坡率放坡，且要穿過4 m多厚的富含水層(砂卵石層)，施工難度很大。為保證基坑邊坡及臨近地面建筑物的安全和止水效果，經(jīng)協(xié)商提議后，設(shè)計方同意變更設(shè)計電纜隧道口明挖段由原設(shè)計26.739 m變更為11.739 m，坡度0.5%變更為1.12%；斜井往東移15 m，其余不變；電纜隧道相應(yīng)增加15米，坡度0.69%變更為0.67%。其中變更后電纜隧道口明挖段長度11.739 m范圍內(nèi)采用旋挖灌注咬合樁與樁間二次支護(hù)作為基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，樁長13～20 m(圖1，2)。

2 場地地質(zhì)特征

①雜填土1.00～1.20 m；

②粘土層4.00～4.50 m；

③細(xì)砂0.80～1.00 m；

④卵石層2.80～3.50 m，卵石粒徑一般為2～5 cm，最大7 cm；

⑤強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖1.00～3.00 m，局部達(dá)5.30 m；

⑥中風(fēng)化粉砂巖16.50～23.00 m。

3 旋挖灌注咬合樁施工原理及工藝流程

3.1 施工工藝原理

旋挖灌注咬合樁的相鄰兩樁分別為一根不配筋的超緩凝素混凝土樁(以下簡稱素樁)與一根鋼筋混凝土樁(以下簡稱鋼樁)，其中心距小于單樁樁徑。施工時素樁與鋼樁按間隔布置，先施工兩側(cè)素樁，后施工鋼樁，鋼樁應(yīng)在素樁混凝土初凝之前鉆孔，切割掉相鄰素樁相交部分的混凝土后，下鋼筋籠及灌注混凝土，從而實現(xiàn)咬合。旋挖灌注咬合樁是通過樁體咬合而達(dá)到結(jié)構(gòu)自防水的目的，通過樁體內(nèi)鋼筋不均勻分布而達(dá)到在相同配筋量的情況下，獲得最大抗彎強(qiáng)度[3-6]。

3.2 施工工藝流程

施工時，旋挖鉆機(jī)在預(yù)先施作的咬合排樁混凝土導(dǎo)墻上先跳樁施工素樁(A樁)，在素樁灌注超緩凝混凝土后，且在混凝土初凝前，鋼樁(B樁)緊跟完成鉆進(jìn)切割素樁混凝土的作業(yè)，然后灌注鋼樁的混凝土，使素樁與鋼樁的混凝土融合在一起呈嵌入咬合狀態(tài)，而形成一個連續(xù)、整體的排樁結(jié)構(gòu)。在該工程中，旋挖灌注咬合樁先行施工A1～A5素樁后，才開始B1～B4鋼樁與B26砂樁(接頭樁)的施工， 其中B1～B4鋼樁成孔后統(tǒng)一下鋼筋籠、澆筑混凝土， B26樁在成孔后先用砂灌滿，接著再施工A6～A10素樁，按此循環(huán)，向前施工。作為接頭樁的B26樁在最后等相鄰的A26素樁施工后，再下鉆頭挖出砂，同時切割與A26樁相交部分的混凝土再次成孔，并下鋼筋籠、澆筑混凝土，至此施工結(jié)束 (圖3)。

4 旋挖灌注咬合樁施工設(shè)備

施工設(shè)備的選擇是否合理關(guān)系到整個工程的質(zhì)量與進(jìn)度，選擇施工機(jī)械設(shè)備主要是根據(jù)工程地質(zhì)條件、工期以及周邊環(huán)境情況等來選擇。采用三一重工生產(chǎn)的SRC280型履帶式旋挖鉆機(jī)(最大加壓力為230 kN)鉆進(jìn)成孔，鉆機(jī)自帶柴油發(fā)電機(jī)(261 kW)，鉆頭采用FZ80鉆頭與子彈頭截齒，吊運(yùn)鋼筋籠的吊車選擇采用徐工25 t吊車QY25K-1(額定功率為213 kW)。

5 旋挖灌注咬合樁施工要點

5.1 控制孔口定位誤差

嚴(yán)格控制護(hù)筒埋設(shè)的精準(zhǔn)度與樁機(jī)對中的準(zhǔn)確度。樁位偏差不大于±50 mm，在護(hù)筒定位準(zhǔn)確不變位的情況下使樁機(jī)第1節(jié)套管周圍與護(hù)筒之間的空隙保持均勻即可。

5.2 樁體垂直度控制

樁體垂直度控制是關(guān)鍵，垂直度偏差過大不但影響到樁的承受力，而且還直接影響到止水效果，偏差超過咬合厚度意味著止水失敗。因此機(jī)械垂直度不大于1%，旋挖鉆機(jī)可以將垂直偏差精度控制在0.3%以內(nèi)。

5.3 混凝土緩凝時間控制

應(yīng)根據(jù)單樁成樁時間來合理確定素樁混凝土緩凝時間，單樁成樁時間與施工現(xiàn)場地質(zhì)條件、樁長、樁徑和鉆機(jī)能力等因素相關(guān)。連續(xù)施工鉆孔后要及時灌注混凝土，防止塌孔。一般在連續(xù)施工5～7根素樁后可再行施工5～7根鋼樁，素樁初凝時間宜為55 h，鋼樁初凝時間宜為10 h?；炷恋奶涠葢?yīng)控制在180～220 mm。

5.4 鋼筋籠的定位

為了保證鋼筋籠定位準(zhǔn)確且監(jiān)測鋼筋籠是否上浮，在鋼筋籠四周應(yīng)設(shè)置定位U形卡并綁上測繩。

5.5 咬合厚度的確定

相鄰樁之間的咬合厚度應(yīng)根據(jù)樁長來確定，隨著樁長的增加，垂直方向位移偏差會逐漸加大，因此樁越長，設(shè)計的咬合厚度應(yīng)越大，為保證止水效果和支護(hù)安全咬合厚度一般控制在200～300 mm，在鉆機(jī)垂直度控制精度較高的情況下咬合厚度可以為150 mm。

5.6 施工接頭的處理

為防止施工接頭處素樁混凝土凝固無法作業(yè)，接頭處須預(yù)設(shè)一個砂樁來處理，處理接頭時，若發(fā)現(xiàn)樁間有滲水時應(yīng)先引出排掉，再采用樁間二次支護(hù)措施前后封堵。

6 施工效果

該工程旋挖灌注咬合樁累計進(jìn)尺700 m，施工后對所有樁均進(jìn)行了低應(yīng)變檢測，其中Ⅰ類樁占80.77%，Ⅱ類樁占 19.23%，沒有Ⅲ類樁與不合格樁，質(zhì)量滿足設(shè)計要求。隨后進(jìn)行了明挖段的施工，按照信息化施工的原則，基坑施工過程中進(jìn)行了各項監(jiān)測。

(1)支護(hù)系統(tǒng)土體深層的位移監(jiān)測CX1=8.1 mm(位于0.5 m處)、CX2=18.3 mm(位于5.0 m處 )、CX3=27.2 mm(位于5.5 m處)、CX4=13.7 mm(位于0.5 m處 ) ，由監(jiān)測數(shù)據(jù)可以得出其土體深層位移累計變化量均沒有超出設(shè)計的預(yù)警值30 mm。

(2)支護(hù)坡頂部水平位移監(jiān)測，變化最大的點為S2點，累計變化量為26 mm，變化最小的點為S4點，累計變化量為2 mm，其他各點的變化量介于二者之間，水平位移量大的點對應(yīng)的測斜管的變化量也較大，均沒有超過設(shè)計預(yù)警值30 mm。

(3) 基坑坡頂沉降監(jiān)測，變化最大的點為S2點，累計變化量為13.4 mm；變化最小的點為S5點，累計變化量為4.8 mm，其他各點的變化量介于二者之間，沉降位移量大的點對應(yīng)的水平位移變化量也較大。在基坑施工期間，基坑坡頂沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)表明其變化量滿足設(shè)計要求。

(4)圍護(hù)樁應(yīng)力監(jiān)測，在開挖及結(jié)構(gòu)施工過程中對其進(jìn)行了跟蹤監(jiān)測，總共監(jiān)測了68次，監(jiān)測的精度均滿足規(guī)范的要求，應(yīng)力監(jiān)測點的累計變化量在-18.066～18.830 MPa，各監(jiān)測點均未超過設(shè)計預(yù)警值。

(5) 基坑水位監(jiān)測與基坑周邊道路管線及建筑沉降監(jiān)測，在開挖及結(jié)構(gòu)施工過程中對其進(jìn)行了跟蹤監(jiān)測，總共監(jiān)測了68次，監(jiān)測的精度均滿足規(guī)范的要求, 各監(jiān)測點均未超過設(shè)計預(yù)警值。以上檢測與監(jiān)測結(jié)果均滿足設(shè)計要求,達(dá)到了設(shè)計預(yù)期效果。

7 旋挖灌注咬合樁特點

(1)實踐證明旋挖灌注咬合樁具有工藝可靠，施工速度快、適用性廣，節(jié)能環(huán)保的特點，是一項在市政支護(hù)工程中特別適用、值得推廣的新技術(shù)。

(2)旋挖灌注咬合樁與沖鉆灌注樁結(jié)合攪拌樁或旋噴樁的支護(hù)結(jié)構(gòu)相比，具備了同樣的強(qiáng)度和防水作用，卻節(jié)省了施工用地和水泥用量。此外，機(jī)械設(shè)備噪音低、震動小，在采用干法施工的情況下，幾乎無泥漿污染，對周圍環(huán)境影響小[7]。

(3)施工安全系數(shù)高，采用鋼套管的保護(hù)，能靠近建筑物、地下管線施工。適應(yīng)地層范圍廣，施工過程可以全孔套管跟管鉆進(jìn)，可有效防止孔內(nèi)流沙、涌泥，輕松打穿富水地層，并可進(jìn)行嵌巖，能較好控制樁身質(zhì)量，保證樁的承載力。

(4)旋挖機(jī)械自帶柴油發(fā)電機(jī)組，供電需求小，具有履帶自行走裝置，移動便捷，同時施工速度快，可有效縮短工期。

(5)操作流程全程電腦控制，實時掌控鉆機(jī)垂直度與鉆進(jìn)深度，渣土隨鉆隨取，直觀準(zhǔn)確地掌握孔內(nèi)地質(zhì)情況，在與地勘報告偏差較大的情況下可及時修正施工方案。

(6)設(shè)備造價貴，無水挖掘時需防止有毒、有害氣體等漏出。

8 結(jié)論

綜上所述，咬合樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)繼承了排樁及地下連續(xù)墻的一些優(yōu)點[8]，在城市建設(shè)施工中，采用旋挖灌注咬合樁施工，可有效地起到基坑支護(hù)、止水作用，避免了涌水冒砂、塌方、地面沉陷等事故，圓滿地解決了在不良地質(zhì)地段，施工場地受限等施工難的問題，節(jié)省了造價，降低投資。對于現(xiàn)代城市發(fā)展中在高鐵站、地鐵站等隧道口，高層建筑的深基坑等相似工程地質(zhì)條件下工程施工，具有明顯的優(yōu)勢。因此，在城市建設(shè)施工中采取旋挖灌注咬合樁維護(hù)法是可行的，有著良好的發(fā)展前景和廣闊的發(fā)展空間，值得進(jìn)行推廣運(yùn)用。但由于咬合樁在我國的應(yīng)用起步較晚，尚存在以下問題有待同仁研究完善。

(1)施工方法還不夠成熟，施工機(jī)械的研制也落后于發(fā)達(dá)國家，國內(nèi)的相關(guān)研究主要集中在咬合樁的施工技術(shù)以及超緩混凝土的性能方面，對咬合面的抗彎承載力性能及素樁的作用的研究尚未見完善。

(2)目前咬合量主要還是靠經(jīng)驗確定，需要根據(jù)咬合面的受力狀態(tài)，研究咬合量的計算方法，以方便今后指導(dǎo)設(shè)計與施工。

(3)研究咬合樁如何作為永久結(jié)構(gòu)的一部分，以及在抗浮問題的地下結(jié)構(gòu)中發(fā)揮作用，以便節(jié)省投資。

1 何少鋒，黃文欽，揚(yáng)靜.咬合樁發(fā)展綜述.福建建材，2015，07.

2 王根 . 咬合樁的設(shè)計與施工. 山西建筑，2010，22.

3 李旭 . 高壓噴射注漿止水帷幕在隧道豎井施工中的應(yīng)用. 中小企業(yè)管理與科技，2011，1.

4 王守勇.淺談咬合樁的施工技術(shù).中國科技博覽，2013，36.

5 周海娜.鋼筋混凝土鉆孔咬合樁的施工實踐及方法介紹.特征結(jié)構(gòu)，2013，12 .

6 韓軼群 . 全套管咬合灌注樁在基坑支護(hù)工程中的應(yīng)用. 四川建材，2010，2.

7 王長勇. 沖孔咬合樁在基坑支護(hù)中的應(yīng)用. 中華建設(shè)，2011，5.

8 楊建學(xué)，侯偉生，鄭陳旻，等.沖孔咬合樁在某鄰海深基坑圍護(hù)中的工程應(yīng)用. 巖土工程學(xué)報，2010，7(增刊).