復雜地下環(huán)境深基坑圍護結構咬合樁施工技術

韓永剛（中國中鐵四局集團第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215131）

復雜地下環(huán)境深基坑圍護結構咬合樁施工技術

韓永剛（中國中鐵四局集團第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215131）

深基坑圍護工程兼具支護與止水雙重功能，對保證施工安全與周邊建筑結構安全、提供良好坑內(nèi)施工作業(yè)環(huán)境具有重要作用，是任何一項采用明挖法施工地下工程的成敗關鍵。文章介紹了應用360°全回轉套管鉆機施作硬咬合樁支護深基坑，較好地解決了諸多地下障礙物環(huán)境下基坑支護與止水的技術難題，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

深基坑；圍護；咬合樁；施工技術

0 前 言

近年來我國的城市地下工程發(fā)展迅速，建筑、城市軌道交通和市政道路工程中的深基坑施工日益增多。深基坑圍護工程兼具支護與止水雙重功能，對保證施工安全與周邊建筑結構安全、提供良好坑內(nèi)施工作業(yè)環(huán)境具有重要作用，是任何一項采用明挖法施工地下工程的成敗關鍵，但是部分城市歷史上形成了諸多地下障礙物，致使基坑圍護結構施工困難，止水效果差。在南京城西干道路網(wǎng)改造工程的水西門隧道建設中，應用 360°全回轉套管鉆機施作硬咬合樁支護深基坑，較好地解決了諸多地下障礙物環(huán)境下基坑支護與止水的技術難題，

1 工藝原理

360 o全回轉套管鉆機利用自身驅動裝置，通過抱箍抱緊鋼套管可實現(xiàn)鋼套管的 360o旋轉，并通過油缸調(diào)節(jié)下壓鋼套管，利用鋼套管前端強度極高的鈦合金鉆頭將障礙物切割分離，然后采用沖抓錘將套管內(nèi)渣塊取出，實現(xiàn)成孔的目的。由于清障所需周期相對較長，支護樁通常采用硬咬合工藝，360o全回轉套管鉆機鉆孔成樁順序見圖1（注：A表示素樁，B表示葷樁）。

圖1 鉆孔成樁順序

2 施工工藝流程及操作要點

2.1 施工工藝流程

3600全回轉套管鉆機施工咬合樁工藝流程如圖2所示。

圖2 施工工藝流程圖

2.2 操作要點

2.2.1 施工準備

咬合樁導墻施工前需安排專人進行地下管線探挖，確保導墻下無管線；如有地下管線影響導墻施工，需做遷改處理，同時遷改的位置定在咬合樁已施工完成的位置或不影響咬合樁施工的其它位置。

2.2.2 施作導墻

導墻（見圖3）主要起定位準確、保證咬合樁咬合尺寸、咬合樁機套管起導向的作用，同時導墻要求有一定的承載力及強度；導墻鋼模加工時，導墻直徑應比設計樁徑大 2cm左右，方便套管安裝，導墻澆筑時，模板要安裝牢固，對稱澆筑，以免模板偏位，澆筑完后及時復測。

圖3 導墻施工實景

2.2.3 設備選型

目前國內(nèi)的 360o全回轉套管鉆機已具備切削C40鋼筋混凝土的能力、清障深度可達30m。施工中，應根據(jù)工程地下障礙物的材質(zhì)、強度及埋置深度并結合基坑圍護咬合樁設計的直徑進行設備選型，選擇切削強度、清障深度和扭矩等指標滿足施工需求的全回轉-自行式全套管鉆機。

2.2.4 清障與成孔

2.2.4.1 鋼套管檢查

360 o全回轉套管鉆機的套管通常采用雙壁鋼套管，施工前應檢查以下項目：①檢查鋼套管前端的鈦合金鉆頭是否完好，有無缺失；②檢查套管順直度，順直度不得大于 2‰，不符合規(guī)定的鋼套管不能使用；③鋼套管有開裂或破損等現(xiàn)象不可以使用，已破損的鋼套管在清障過程中容易進一步破裂，給清障工作帶來很大麻煩；④檢查套管內(nèi)有無混凝土粘結塊，混凝土粘結塊如果清理不干凈可能會引起鋼筋籠下放對位困難或產(chǎn)生“浮籠”事故。

2.2.4.2 套管機就位

采用履帶吊吊裝，人工配合，將鉆機的中心與咬合樁樁位中心對齊；通過液壓系統(tǒng)裝置調(diào)整鉆機的水平度，利用儀表盤讀數(shù)觀察是否水平，保證導桿及套管的垂直度，并請現(xiàn)場監(jiān)理驗收。

2.2.4.3 安裝套管

樁機就位后，采用履帶吊將鋼套管垂直吊裝，人工配合將鋼套管放入轉盤內(nèi)并對準樁位，利用鋼套管自重及抱箍將套管壓入土體，過程中應控制好垂直度，而第一節(jié)和第二節(jié)套筒的垂直度尤其重要，控制采用全站儀或經(jīng)緯儀控制，垂直度誤差在3‰以內(nèi)，方可開始鉆進。因套管在鉆進過程中產(chǎn)生很大的扭力，套管連接桿安裝數(shù)量安裝不足容易造成連接桿在巨大的扭力作用下剪斷，所以每節(jié)套管連接完畢后需有專人檢查套管連接質(zhì)量 。

2.2.4.4 鉆進成孔

①A樁成孔施工

A樁為素混凝土先施工無需咬合，根據(jù)本工程的實際情況，上部有大量障礙物，因此在施工時 360°全回轉套管機結合清障一次性成孔。

②B樁成孔施工

B樁施工時，因A樁為素混凝土，在混凝土強度達到30%后進行B樁硬切割咬合施工，切割咬合時要控制垂直度，放慢鉆進速度，防止鉆進時鉆頭處的鈦合金磨損太快而影響切割速度。

③成孔控制要點

鉆進過程中全程定專人全程監(jiān)測套管的垂直度，發(fā)現(xiàn)偏差及時糾正。監(jiān)測方法是利用全站儀和鉛垂線雙向控制。

鉆進時，根據(jù)不同地質(zhì)條件控制鉆進速度。地下障礙物較多時，快速鉆進會減少鈦合金鉆頭使用壽命，很可能造成一根樁還未成孔，鉆頭已損壞，必須重新拔出套管換鉆頭，帶來塌孔的危險，也影響工期。

鉆進過程中必須使鋼套管的深度比鋼套管內(nèi)的土面深3～5m（但距離設計樁底標高時，要提前控制好套管入土深度），防止出現(xiàn)涌管現(xiàn)象。鋼套管入土深度進入一定深度后，邊旋轉鋼套管邊采用沖抓錘抓斗清除至孔底標高后澆筑混凝土。單純切割無障礙物的A樁鉆進速度控制在1.2m/h，鋼套管轉速控制在1.5～2r/min，切割鋼筋混凝土結構或強度較高的巖層塊石時鉆進速度控制在6～10cm/h，鋼套管轉速控制在1轉左右；B樁硬切割鉆進速度控制在0.9～1.0m/h，鋼套管轉速控制在1.2～1.5r/min，切割鋼筋混凝土結構或強度較高的巖層塊石時鉆進速度控制在 6～8cm/h，鋼套管轉速控制在1轉左右。

若地下出現(xiàn)大面積厚度較大的混凝土結構物或其他障礙物，將會堵塞整個套管，可以采用沖擊錘將障礙物擊碎后用抓斗將破碎的渣塊抓除。

2.2.5 鋼筋籠制作與安裝

①鋼筋籠制作時，控制好鋼筋籠籠徑及鋼筋籠順直度，籠徑不得大于設計值，順直度不得大于3‰。鋼筋籠與鋼套管間凈距離較小，如果制作的鋼筋籠籠徑偏大或鋼筋籠不順直，鋼套管提升時，容易造成鋼筋籠上浮，影響樁身質(zhì)量。

②鋼筋籠連接可以采用焊接和機械連接，連接時接頭不得出現(xiàn)彎折，影響鋼筋籠垂直度，混凝土灌注過程中鋼筋籠會有上浮風險。

③如在澆筑混凝土過程中發(fā)現(xiàn)鋼筋籠上浮現(xiàn)象，應放慢混凝土澆筑速度并旋轉鋼套管緩緩提升，如仍然無法解決鋼筋籠上浮問題，則應在鋼筋籠底部需設置抗浮鋼板，如圖4所示。

圖4 抗浮鋼板現(xiàn)場施工照片

④按照設計圖紙要求，按一定比例布置測斜管。

2.2.6 混凝土澆筑

混凝土灌注采用常規(guī)的水下混凝土導管法，施工中注意要點如下：

①混凝土灌注前應先轉動鋼套管，觀察鋼筋籠是否隨鋼套管轉動，如果發(fā)現(xiàn)鋼筋籠有跟管現(xiàn)象，應正反交替轉動鋼套管，使套管與鋼筋籠脫離；

②拔出鋼套管前，應測量鋼筋籠頂與鋼套管頂?shù)南鄬嚯x，方便觀察鋼套管拔出的過程中鋼筋籠是否跟管上??；

③導管埋入混凝土的深度不小于2m，且不大于6m，鋼套管埋入混凝土深度1～2m；

④為保證樁頭質(zhì)量，混凝土灌注的頂標高應高出設計樁頂0.5m～1.0m。

3 應用實例

南京城西干道路網(wǎng)改造工程中的水西門隧道是虎踞南路下穿建鄴路和水西門大街的立交工程，并臨近古城墻、內(nèi)外秦淮河，地下情況復雜，管線眾多，技術復雜，兩側均為商鋪或辦公用房，交通繁忙，地下水豐富，原地面標高11.5左右，地下水位達7.0左右，隧道全長1280m，設計為雙向6車道，采用明挖法施工，最大挖深達21.4m，特別是水西門大街以南K4+440～K4+892段東西兩側地下環(huán)境極為復雜，存在條石、木樁、古城墻與碼頭、廢棄涵洞與污水管道、原高架橋基礎等大量障礙物，埋深在原地面以下2m～25m范圍，且地下水極為豐富。在該工程施工中，先后嘗試了地下連續(xù)墻、排樁+止水帷幕和常規(guī)咬合樁等施工方法，均難以實現(xiàn)支護、止水、工期三重效果。針對施工難題研究應用 360°全回轉套管機施工基坑圍護結構的咬合樁，比原鉆孔樁外側加止水帷幕施工周期縮短了近2個月，較好地解決了諸多地下障礙物環(huán)境下基坑支護與止水的技術難題，取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

4 小 結

360 °全回轉套管鉆機采用全套管防護成孔，其鋼套管前端帶有鈦合金鉆頭，清障能力強，特別在障礙物埋深大、強度高的復雜地下環(huán)境中清障與成孔的效率高、速度快；在套管防護下灌注成樁，易于控制保證樁身質(zhì)量，止水效果好，且無需泥漿護壁，施工噪音小，符合環(huán)保要求。本技術在復雜地下環(huán)境深基坑圍護結構施工具有良好的推廣應用前景，可供類似工程借鑒。

［1］郭杰.鉆孔咬合樁圍護結構設計要點及設計優(yōu)化研究［J］.鐵道建筑，2009（6）.

［2］周裕倩，陳昌祺.鉆孔咬合樁在上海地鐵車站圍護結構設計中的應用［J］.地下工程與隧道，2006（3）.

TU473.2

B

1007-7359（2016）02-0134-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.02.046

韓永剛，中國中鐵四局集團第二工程有限公司總經(jīng)理，高級工程師，研究方向：施工管理。