硬切削咬合樁施工工藝研究

王慶學(xué)

(中煤地質(zhì)工程總公司，北京 100040)

在建筑施工深度不斷加深的過程中，地下水的控制，以及水資源與周邊環(huán)境的保護問題也越來越迫切，減少或避免降水成為行業(yè)和有關(guān)管理部門一直努力的重點，止水方法也是大家一直探索的課題。目前止水方法主要有拉森鋼板樁、水泥土攪拌樁、咬合樁、地下連續(xù)墻，上述各類止水方法都存在止水效果、造價、施工工藝和工期等方面不同的缺點[1-3]。

由于區(qū)域水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件的差異，止水方法也各不相同，各類止水方法也都有其使用條件，當(dāng)?shù)叵麓嬖诼咽瘜?、風(fēng)化巖、砂層時，止水方法選擇和施工難度是大家一直面臨的難題。旋噴樁或攪拌樁在厚的卵石和砂層中難以達到止水效果，采用地下連續(xù)墻成槽難度非常大且工期長造價高；咬合樁工藝成為該類地層的最佳選擇[4]。

混凝土咬合樁施工工藝提出已經(jīng)多年，常用的施工工藝目前主要有兩種，一為素樁，采用超緩凝混凝土，在其初凝前采用全套管跟進的方法完成鋼筋混凝土支護樁的施工[5-6]；另一類為允許素樁砼凝固，采用素樁澆筑前在孔內(nèi)下入模板，在其初凝后及時拆除模板，形成咬合面[2]。隨著鉆進機械能力的增強，全套筒鉆進能力有很大提高，但其對地層適應(yīng)性還不盡人意，在硬度高的地層中很難推廣，且造價高，進度慢的問題較嚴重。面對該問題，如果采用傳統(tǒng)樁施工設(shè)備，進行咬合樁施工，將會對該工藝的適應(yīng)性和推廣有很大的推進作用，解決很多存在類似地質(zhì)條件的區(qū)域止水問題，為地下水資源的保護提供更加便捷的方案。

1 硬切削咬合樁工藝原理

本文提出的硬切削咬合樁施工工藝，允許素樁凝固，然后采用旋挖鉆機進行鋼筋混凝土樁(后簡稱“葷樁”)成孔，成孔過程中切削素樁形成咬合面。該方法利用傳統(tǒng)的樁施工方法，成孔工藝成熟，且地層適應(yīng)性強，造價和工期易于控制，對咬合樁工藝的推廣具有積極的推動作用。

1.1 工法設(shè)計控制要點

本工法主要驗證成孔的效果和咬合面止水效果。影響止水效果的因素有咬合面的抗?jié)B性能、對素樁樁身的擾動、樁的偏差，其中樁的施工偏差主要為垂直度和樁位偏差。

樁位可以通過測量放線和施工過程的控制來滿足要求。樁的垂直度一方面受施工操作影響，該問題可以通過施工過程控制解決，本文不再討論；另一方面受素樁砼強度與地層強度偏差影響，導(dǎo)致“葷樁”在施工時產(chǎn)生垂直度偏差，工藝設(shè)計中通過調(diào)整素樁砼標號和加強施工控制，避免由此造成的偏差。

施工對素樁樁身質(zhì)量的影響，主要考慮了“葷樁”成孔時對素樁樁身的擾動，分析素樁樁身滲水的因素，選取樁身強度達到砼設(shè)計強度的50%以上后進行“葷樁”施工。

影響咬合面抗?jié)B效果的主要因素為咬合面夾泥和“葷樁”與素樁混凝土的接觸面止水效果。本工藝“葷樁”施工采用泥漿護壁施工，考慮咬合面夾泥問題，通過實驗確定咬合面夾泥的影響，同時設(shè)計咬合面夾泥清理工具。如夾泥影響止水效果明顯，就采取措施對夾泥進行清理。

經(jīng)過對各種地層強度和鉆進難度的分析，決定素樁混凝土標號選C10～C20，并通過混凝土強度與凝固時間的關(guān)系，選取合適的“葷樁”成孔時間[7]。周圍地層較軟時，選低標號。當(dāng)素混凝土樁的強度達到預(yù)設(shè)強度的50%～70%時，切割素樁時施工較順利，混凝土與周邊地層強度偏差小，更容易控制葷樁的垂直度；且素樁混凝土強度達到預(yù)設(shè)強度的50%～70%時切割素樁受擾動破壞小、咬合面連接較好，止水效果好。此時利用鉆機在兩個相鄰的素混凝土樁之間鉆“葷樁”孔，效果比較理想。

1.2 設(shè)備選擇及工藝要點

素樁可采用樁基施工的任何設(shè)備，能滿足樁徑和垂直度的要求即可?！叭潣丁辈捎眯阢@機，施工工藝比較成熟，但要通過實驗總結(jié)旋挖鉆機切削素樁的效果、施工垂直度控制效果，以及結(jié)合面對止水效果的影響。

①素樁采用普通C15混凝土，不添加早強劑或緩凝劑，混凝土強度根據(jù)凝固時間結(jié)合試塊強度確定，通過實驗，總結(jié)最合適的素樁砼凝固時間和強度。

②樁位控制采用常用的樁位控制方法，通過全站儀測放樁位，拉“十”字線復(fù)核樁中心位置，未采用傳統(tǒng)的澆筑導(dǎo)墻的方法。

③施工垂直度控制主要根據(jù)設(shè)備再帶的儀表進行觀察和控制，施工過程中注意垂直度調(diào)整。

2 現(xiàn)場施工

2.1 施工區(qū)地質(zhì)條件

試驗選取北京某深基坑支護工程，基坑深度29.25～35.7m?？紤]到北京地區(qū)的水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件，止水帷幕施工質(zhì)量難以保證，選取咬合樁進行試驗，其中試驗區(qū)域為槽底的電梯井，深8m，需要在卵石層中進行咬合樁施工。

2.1.1 地層巖性

場地地面標高36.00～36.85m，基坑開挖深度為29.75m，電梯井部位35.9m?；娱_挖深度范圍內(nèi)涉及地層為①—⑥層，從③層向下多為卵石層和砂層，其中③和⑤層為厚度分別達到6m和9m的卵石層(表1)。

2.1.2 含水層

勘查區(qū)發(fā)現(xiàn)四層地下水：第一層為潛水，埋深6.50～7.00m，含水層為第②層中的粉砂、細砂夾層。第二層亦為潛水，埋深14.00～15.40m，含水層為第③層中的卵石、圓礫層。第三層為潛水-承壓水，埋深23.10～25.40m，含水層為第⑤層中的卵石、圓礫。第四層為承壓水，埋深26.30～27.20m，含水層為第⑦層中的卵石、圓礫層。

第一、二、三層地下水位于基底以上，上述地下水對基坑支護及施工降水等有較大影響；第四層含水層(承壓水)的承壓水頭高13～17m，電梯井部位將揭露該層。根據(jù)水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件，該區(qū)卵石層和砂層較厚，止水帷幕質(zhì)量難以保證，采用咬合樁的施工工藝較為經(jīng)濟。傳統(tǒng)的咬合樁施工工藝，全套筒跟進在卵石層中施工效率很低，若硬切削咬合樁施工工藝試驗成功，將為類似水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件提供較好的解決方案。

2.2 工藝設(shè)計及質(zhì)量要求

本次咬合樁試驗段為坑底電梯井部位，設(shè)計支護深度為6m，素砼咬合樁共165根，樁底標高為-45.50m(第⑥層重粉質(zhì)粘土)，施工作業(yè)面標高為-28.3m左右(第④層粘質(zhì)粉土)。

(1)咬合樁樁徑均為800mm，樁間距550mm，咬合搭接250mm；咬合樁有效樁頂標高為基底以下300mm，樁底標高-45.50m，有效樁長18.2m，并保證進入⑥層黏性土層不小于2.0m。

表1 場地地層

(2)咬合樁按照施工順序分為A樁(一序樁)和B樁(二序樁)，采用間隔成樁的施工順序，A樁施工時要求混凝土灌注至施工工作面，B樁要求灌注至有效樁頂以上不小于500mm。

(3)采用硬切削施工，間隔時間72h左右。

(4)施工允許偏差：垂直度偏差不大于1/300，樁位偏差不大于20mm，不允許向坑內(nèi)、外偏差和傾斜。

(5)咬合樁混凝土素樁樁身混凝土強度等級為C15，坍落度要求140～180mm。

(6)“葷樁”樁身混凝土強度等級為C30。

2.3 施工過程

咬合樁排樁是按先施工A樁，后施工B樁的施工原則進行的，其施工流程是： A1→A2→B1→A3→B2→A4→B3…(圖1)。

圖1 工藝流程Figure 1 Technological process flow

采用旋挖鉆機、泥漿護壁施工，施工工藝為傳統(tǒng)的樁施工方法。施工流程為：測量放線→鉆機就位及校核垂直度→泥漿護壁成孔→清孔檢查→吊放鋼筋籠(僅“葷樁”)→下導(dǎo)管→水下澆筑混凝土。施工控制要點如下：

(1)垂直度控制通過設(shè)備自帶儀表及經(jīng)緯儀校準。

(2)硬切削施工。素樁混凝土施工3d左右，其強度達到60%左右，與周邊地層強度差別不大，其強度對樁的垂直度控制影響較小。

(3)素樁施工時孔口采用護筒以維護孔口穩(wěn)定?！叭潣丁笔┕r，孔口未下護筒，由于兩側(cè)素樁的支撐作用，未出現(xiàn)孔口坍塌。大面積施工時，為維護孔口的穩(wěn)定，可以采用提前澆筑混凝土導(dǎo)墻的方法。

(4)素樁先施工。由于樁間距較小，可采用跳打的方法。在素樁施工完成3d左右，開始施工“葷樁”，“葷樁”可不跳打。

施工效果如圖2所示。

圖2 施工效果Figure 2 Construction result

3 結(jié)論

本次施工樁長達18m，最后開挖8m深，咬合效果和止水效果良好。施工工藝采用傳統(tǒng)的旋挖鉆機施工，施工過程未增加其它措施，充分證明了采用普通工藝完成咬合樁的施工是可行的，效率得到了很大提高，并且使得該工藝可以推廣到適合旋挖鉆機施工的所有地層。

本工程采用化學(xué)漿護壁，“葷樁”在兩個“素樁”中間施工，素樁穩(wěn)定性較好，還能在土體中起到穩(wěn)定作用，有利于土體的穩(wěn)定，采用化學(xué)漿護壁效果良好，同時，克服了“素樁”和“葷樁”之間咬合面夾泥問題，既將咬合樁推廣到了砂卵石等較硬地層，又避免了咬合面夾泥影響止水效果的問題。

[1]何少鋒，李丙明，黃文欽，等.咬合樁發(fā)展綜述[J].福建建材，,2015，171(07).

[2]姚志立.混凝土模板止水咬合樁施工工藝：中國，10201139.7[P].2011-04-13.

[3]曾國熙，潘秋元，胡一峰.軟黏土地基基坑開挖性狀的研究[J].巖土工程學(xué)報，1988，10( 3) : 13-22.

[4]周裕倩，陳昌祺.鉆孔咬合樁在上海地鐵車站圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].地下工程與隧道，2006，( 3) : 36-38.

[5]陳斌，施斌，林梅.南京地鐵軟土地層咬合樁圍護結(jié)構(gòu)的技術(shù)研究[J].巖土工程學(xué)報，2005，27( 3) : 354-357.

[6]靳利安，王朋.南京地鐵新街口站圍護結(jié)構(gòu)鉆孔咬合樁施工[J].山西建筑，2007，( 23) : 78-79.

[7]李銘恩，郭自力，耿川東，等.混凝土早期強度變異性分析[J].河南建材.2001，(3).