雙動力頭成孔咬合樁深基坑支護技術(shù)應(yīng)用

吳衛(wèi)開

福建第一公路工程集團有限公司，福建 泉州 362000

1 工程概況

泉州臺商投資區(qū)雙山路工程道路全長3.5km；道路等級為城市主干路兼一級公路，主路為雙向六車道，兩側(cè)輔路；本工程包含2 座雨水泵站，其中2#泵站位于現(xiàn)狀沿海大通道中央，現(xiàn)狀地面標(biāo)高為8.00m，基坑底標(biāo)高為-11.1m，圍護結(jié)構(gòu)采用鋼筋砼樁和素砼樁咬合，咬合寬度為0.25m，樁中心距為0.65m，樁徑為Φ900mm，樁頂標(biāo)高7.0m，樁長24m，嵌固深度5.9m，共有191 根咬合樁，泵站采用明挖法施工，泵站基坑的平面凈尺寸均為40.2m×22.1m。

2 地質(zhì)、水文情況

2#泵站所在地貌為沖海積平原與沿海灘涂地貌，泵站場地巖土層的分布自上而下分述如下：素填土厚6.9m、中砂厚11.6m、粉質(zhì)粘土厚4.3m、全風(fēng)化花崗巖厚2.7m、砂土狀強風(fēng)化花崗巖厚2.6m、中風(fēng)化花崗巖厚5.25m。場地地下水位受季節(jié)影響，勘察期間測得地下水初見水位埋深為2.5～5.80m，混合穩(wěn)定水位埋深為2.5～6.1m。根據(jù)當(dāng)?shù)厮挠^察資料顯示，外海最高潮位為3.74m，最低潮位為-3.37m，場區(qū)常水位標(biāo)高為1.90m，常水位絕對標(biāo)高高出砂層頂標(biāo)高1.20m?；訑嗝媸疽鈭D如圖1。

3 施工條件及重難點分析

（1）因2#泵站基坑處于海濱地帶，基坑地下常水位較高、高出中砂頂面標(biāo)高1.20m，砂層厚度為11.6m，砂層層厚占據(jù)整個開挖基坑開挖深度59.5%，砂層滲透系數(shù)大，富含地下水，開挖過程中抽水量大，以及抽水過程中容易使圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)的土體塌陷，分層開挖難度大。

圖1 基坑斷面示意圖

（2）因2#泵站基坑離海岸線近，最小距離僅為10m，基坑在開挖過程中圍護結(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)局部承壓漏水，漏水同時帶出砂子，且受潮汐影響大，容易使漏水上部出現(xiàn)地面塌陷，因此，如何選擇更好的止水效果、安全性高的圍護結(jié)構(gòu)將是本基坑支護方案考慮的重點。

4 咬合樁成孔工藝選擇

綜合考慮到基坑平面尺寸大、開挖深、離海距離小、地下水位高、砂層厚等特點，基坑圍護結(jié)構(gòu)采用止水效果好、安全性高的咬合樁方案，而咬合樁成孔工藝有旋挖鉆機成孔、全回轉(zhuǎn)全套管成孔、雙動力頭鉆機成孔等多種方法［1］。在保證基坑支護自身安全、穩(wěn)定的情況下，從工期、適用范圍、施工成本等角度分析，選擇合適的咬合樁成孔工藝。

表1 咬合樁成孔工藝對比表

通過以上對比分析，本項目中咬合樁采用雙動力頭鉆機成孔較為合適，因其鉆進速度快，施工成本適中，在砂層鉆進中也能保證成孔質(zhì)量；而旋挖鉆機雖然造價低，但在砂層中成孔質(zhì)量差，垂直度也無法保證；全回轉(zhuǎn)全套管成孔雖適用于各種地質(zhì)復(fù)雜的地層，滿足本項目砂層地質(zhì)條件，但相比雙動力頭鉆機成孔，其施工工期較長、造價高。

5 雙動力頭咬合樁施工技術(shù)

咬合樁采用鋼筋混凝土樁（B 樁）與素混凝土樁（A 樁）間隔布置形成咬合［2］，鉆孔機具采用雙動力頭套管鉆機。A、B樁咬合時間控制、垂直度控制以及外套筒轉(zhuǎn)動鉆進過程遇到困難時的處理方法等為雙動力頭成孔咬合樁施工技術(shù)關(guān)鍵。

5.1 樁體咬合時間控制

鉆機就位前需注意導(dǎo)墻施工質(zhì)量，如導(dǎo)墻位置的放樣、夯實導(dǎo)墻基底、模板的選擇、混凝土的養(yǎng)護以及養(yǎng)護期間嚴(yán)禁堆載及車輛通行等。在雙動力頭施工過程中，A、B 樁的鉆進時間間隔控制尤為重要，素混凝土樁（A 樁）采用超緩凝混凝土，要求初凝時間60h 以上，終凝時間72h 以下，3d 強度不超過于3MPa，5d強度小于等于10MPa，28d強度應(yīng)滿足設(shè)計要求［3］。本項目第一序樁（A 樁）施工48h 左右進行第二序樁（B 樁）施工，基坑整個開挖過程中發(fā)現(xiàn)，僅有局部位置出現(xiàn)滲漏，可見二序樁的混凝土在該段時間間隔施工能夠形成一個密閉、牢固的圍護結(jié)構(gòu)，止水帷幕效果較好，當(dāng)然，咬合質(zhì)量的好壞除了控制A、B 樁的咬合時間間隔外，還需控制套筒垂直度、孔徑、孔型、鋼筋籠安裝質(zhì)量、水下混凝土灌注質(zhì)量等，在基坑轉(zhuǎn)角位置盡量布置鋼筋混凝土樁（B 樁），確保素樁（A 樁）在外套筒旋轉(zhuǎn)過程中能對稱咬合不是樁體破壞。咬合樁（A、B 樁）施工順序示意如圖2。

5.2 樁體鉆孔作業(yè)控制

導(dǎo)墻強度滿足要求后，鉆機移至導(dǎo)墻邊緣，為防止導(dǎo)墻破壞需在導(dǎo)墻外側(cè)鋪設(shè)鋼板，鉆機外套筒與導(dǎo)墻孔位中心對齊，在鉆孔作業(yè)前需要調(diào)整鉆桿的垂直度。鉆機定位后，外套筒可以采用鉆進過程接管或一次焊接完成后一次裝入驅(qū)動鉆頭中，采用過程接管時，在外套管鉆至離地面一定高度后，分離外套筒后用卷楊機吊起套筒接長節(jié)段，與鉆入地下的套筒對接完成后進行焊接，滿足要求后繼續(xù)鉆進施工。在外套管鉆進過程中，如果遇到孤石、卵石等堅硬巖石或黏度層導(dǎo)致外套筒扭矩增大從而鉆進困難時，可用不拔出外套筒的情況下采用帶旋挖鉆頭（潛孔錘）或短螺旋鉆頭的鉆機配合使用，或采用雙動力頭鉆機本身內(nèi)外驅(qū)動反向旋轉(zhuǎn)循環(huán)鉆進，但后者對黏土導(dǎo)致的鉆進困難時比較有效。在鉆進至設(shè)計深度過程中均需不斷調(diào)整鉆桿的垂直度，垂直度采用安裝在機內(nèi)操控臺中Inter Control系統(tǒng)實時監(jiān)控，如若出現(xiàn)輕微偏斜現(xiàn)象，可通過鉆機上的儀表調(diào)整。

5.3 基坑過程監(jiān)測

2#泵站基坑監(jiān)測的項目有坡頂水平位移監(jiān)測、坡頂沉降監(jiān)測、周邊地表監(jiān)測、水位監(jiān)測、樁體深層水平位移、支撐應(yīng)力監(jiān)測，監(jiān)測點設(shè)置分別為：沉降和位移監(jiān)測點設(shè)置于基坑各邊兩端及中部，共計8 個；深層土體位移監(jiān)測位設(shè)置于基坑四邊中間及短邊端部，共設(shè)置5 點；基坑的每層支撐布設(shè)5 個測點，共計20 個，設(shè)在各層最長的4 道斜撐以及基坑中部的1 根對撐的端頭；地表監(jiān)測點設(shè)置基坑各邊中部，監(jiān)測剖面應(yīng)與坑邊垂直，每個監(jiān)測剖面上的監(jiān)測點數(shù)量至少5 個，距坑邊距離依次為1m、3m、6m、10m、15m；水位監(jiān)測點布置在支護樁外側(cè)2m處，基坑各邊中部各布置一個監(jiān)測點，共計4 個?；幼詈笠坏乐尾鸪案黜棻O(jiān)測結(jié)果如下表所示。

表2 基坑監(jiān)測結(jié)果

由上表可見，各項監(jiān)測數(shù)據(jù)均在警戒值以內(nèi)，采用雙動力頭成孔咬合樁方案能夠確?；拥陌踩c穩(wěn)定。

6 遇到問題原因分析及解決措施

（1）外套管旋轉(zhuǎn)上升過程，混凝土面出現(xiàn)下沉，深度達2.5～3.5m，如J20 樁。原因分析：1）、套管所占體積及套管與孔壁之間的間隙；2）螺旋鉆頭鉆進過程中出現(xiàn)塌孔，套管上升后形成空洞；3）遇流沙層，拔管時出現(xiàn)擴孔。解決的措施：1）重新插入導(dǎo)管進行補足混凝土；2）在雙動力頭鉆機鉆進流沙層時，套管鉆進應(yīng)比螺旋鉆頭鉆進凸前，避免螺旋鉆頭凸前鉆孔坍塌。

（2） 雙動力頭咬合樁施工過程中外套筒接縫處出現(xiàn)裂縫，如J62、J96 樁。原因分析：1）焊接質(zhì)量不佳；2）外動力頭驅(qū)動套管在旋轉(zhuǎn)、鉆進過程中，與地層中砂、堅石等不斷摩擦，使得套管接縫位置磨損嚴(yán)重，出現(xiàn)裂縫。解決措施：1）提高接頭焊縫質(zhì)量；2）、經(jīng)常對接頭焊縫進行檢查，在磨損嚴(yán)重位置進行補焊；3）、將套管兩端進行周期性調(diào)換使用，延長套管接縫處的磨損周期。

（3）基坑開挖過程中，咬合樁樁間出現(xiàn)滲水、承壓漏水，基坑平面轉(zhuǎn)角地面位置局部沉降，如J158 樁。原因分析：1）咬合樁A、B 樁的施工時間間隔未控制好、樁體垂直度、水下混凝土澆筑質(zhì)量等施工工藝控制不到位，導(dǎo)致止水帷幕效果不好；2）混凝土的和易性差；3）基坑轉(zhuǎn)角位置為素咬合樁，咬合時不對稱咬合，導(dǎo)致出現(xiàn)混凝土塊薄層，形成薄弱面漏水，砂層流失，局部出現(xiàn)沉降。解決的措施：1）若出現(xiàn)滲水，應(yīng)先處理滲水處的雜質(zhì)并找準(zhǔn)滲水點，在滲水位置鑿除松散的邊角料，清除后采用堵漏寶進行封堵，堵漏寶：水=1kg：1L 比例進行拌和；2）若出現(xiàn)承壓漏水時，優(yōu)先采用土工布堵漏防止砂流失。3）在基坑轉(zhuǎn)角位置設(shè)置成鋼筋混凝土樁，使得素樁盡量對稱咬合，避免形成混凝土薄弱面。本基坑離海岸線近，受海水潮汐影響大，堵漏宜選擇退潮后進行。

7 結(jié)束語

（1）雙動力頭成孔工藝施工咬合樁有效的利用了外套筒正反旋轉(zhuǎn)和內(nèi)旋轉(zhuǎn)桿相結(jié)合，在黏層、流砂等地層鉆機過程中利用內(nèi)外驅(qū)動反向旋轉(zhuǎn)循環(huán)鉆進，能夠有效解決外套筒扭矩增大問題。

（2）在遇到孤石、卵石等地層鉆進過程中，如需要采用帶旋挖鉆頭（潛孔錘）或短螺旋鉆頭的鉆機配合使用時，雙動力頭鉆機可使外套筒留在孔內(nèi)護臂，特別適用于砂層較厚地層中。

（3）雙動力頭成孔工藝在砂層較厚的濱海地帶施工，具有鉆進速度快、成孔質(zhì)量高、垂直度易控制、造價低等特點，優(yōu)勢明顯。