基坑支護(hù)工程咬合樁硬咬合施工工藝及改進(jìn)

劉劍

（江西省地質(zhì)工程集團(tuán)有限公司，江西南昌 330025）

0 引言

基坑支護(hù)咬合樁是由素樁（混凝土樁）和葷樁（鋼筋混凝土樁）相互咬合搭接形成的連續(xù)樁墻基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，基坑支護(hù)咬合樁具有支護(hù)擋土以及防水的功能。咬合樁的擋土能力和止水效果取決于咬合樁搭接質(zhì)量包括樁的垂直度、咬合搭接的路徑水路長(zhǎng)短、搭接密實(shí)程度、渣土清除度等。深圳市工勘巖土集團(tuán)有限公司[1]增加咬合樁搭接路徑水路長(zhǎng)度、朱國(guó)和[2]等在如何保證咬合樁的垂直度、提高搭接密實(shí)程度、徹底清除接頭上渣土，工程技術(shù)人員做了許多的工程實(shí)踐和探索。

1 工程概況

1.1 場(chǎng)地條件

某項(xiàng)目位于深圳市上沙村，上沙村城市更新單元二期02-01、02-02 地塊土石方及基坑支護(hù)工程，基坑開挖面積約4.87 萬m2，周長(zhǎng)約942m(約168m 與02-03、02-08 地塊共樁)，基坑開挖26.5～27.35m。

1）基坑施工場(chǎng)地大部分與原上沙一層停車場(chǎng)地重疊，其中2-2、4-4 剖面與原地下室外墻完全重疊；1-1、2-2 剖面部分重疊，一部分在原地下室結(jié)構(gòu)外墻內(nèi)一部分在原地下室結(jié)構(gòu)外墻外。

2）施工場(chǎng)地在原地下室結(jié)構(gòu)上滿足不了施工大型機(jī)械的承載力要求，不能采用常規(guī)方法施工，應(yīng)在拆除原地下室結(jié)構(gòu)的同時(shí)滿足機(jī)械承載力要求，且又能符合設(shè)計(jì)要求的冠梁高程要求。

1.2 設(shè)計(jì)要求

支護(hù)咬合樁8-8、8’-8’剖面為D1.0m@1.50m，其余剖面為D1.40m 素樁 D1.40m@2.10m 咬合灌注樁，一葷一素布置，咬合樁樁長(zhǎng)40m。采用旋挖咬合工法施工?；影踩燃?jí)為一級(jí)。包括：咬合樁施工、立柱樁施工、三管旋噴樁、樁頭破除與冠梁施工、土方開挖與外運(yùn)、榕樹保護(hù)、內(nèi)支撐梁施工、噴射混凝土施工。

1.3 場(chǎng)地地質(zhì)特點(diǎn)

地層分布情況如下：

1）人工填土層：主要由含石英砂礫粘性土組成，建筑垃圾混凝土、磚塊含量在20%～35%，塊徑在1～35cm，平均為2.78m。

2）第四系沖洪積土層：

（1）礫砂：平均為4.87m；層頂標(biāo)高為-8.88～5.64m，層頂埋深為0.70～13.50m。

（2）粉質(zhì)粘土：平均為3.47m；層頂埋深為4.80～14.00m。

3）第四系殘積土層：平均為6.31m；層頂埋深為3.80～17.80m。

4）燕山期花崗巖：

（1）全風(fēng)化花崗巖：平均為4.95m；層頂埋深為11.20～22.50m。

（2）強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：平均為15.16m；層頂埋深為13.50～36.70m。

（3）中風(fēng)化花崗巖：灰褐、灰色，裂隙發(fā)育～較發(fā)育，裂面鐵染呈鐵銹色，巖芯呈碎塊、塊、短柱、柱狀，較堅(jiān)硬，錘擊聲稍脆，合金鉆進(jìn)較困難。平均為5.67m；層頂埋深為21.50～70.00m。

（4）微風(fēng)化花崗巖：灰褐、灰色，裂隙較發(fā)育，短柱狀、柱狀，巖質(zhì)較新鮮～新鮮、堅(jiān)硬，錘擊聲脆，平均厚度為3.86m；層頂埋深為23.00～70.00m。

1.4 場(chǎng)地水文地質(zhì)條件

場(chǎng)地內(nèi)地下水根據(jù)其賦存介質(zhì)及埋藏條件不同，可分三種類型：1）上層滯水：主要賦存于第四系人工填土層，其含水透水性不均勻，地下水含量較貧乏；2）第四系土層孔隙潛水：主要賦存于第四系沖洪積礫砂層孔隙中，其透水性含水性強(qiáng)，為強(qiáng)透水地層，地下水量豐富，地下水含量大，場(chǎng)地內(nèi)大部分布；少量賦存于第四系沖洪積（含砂）粉質(zhì)粘土、第四系殘積礫（砂）質(zhì)粘性土和全風(fēng)化砂巖中的孔隙水，地下水含量均較貧乏；3）基巖裂隙水：主要賦存于強(qiáng)及中風(fēng)化基巖裂隙中，根據(jù)鉆探情況，其透水性受裂隙發(fā)育程度影響，它們均為相對(duì)弱透水地層，其含水量一般。總體而言，場(chǎng)地內(nèi)地下水含水量大部較大，含水量豐富，補(bǔ)給來源主要為大氣降水和臨近地下水的側(cè)向徑流補(bǔ)給，排泄為由較高處向較低處的徑流排泄?？辈炱陂g鉆孔內(nèi)地下水位埋深為1.60～3.02m，標(biāo)高變化在1.55～4.48m。

1.5 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

1）基坑周邊環(huán)境復(fù)雜、 基坑安全要求高

基坑周邊04 地塊主體結(jié)構(gòu)采用灌注樁基礎(chǔ)形式，基坑約20m 外周邊分布淺基礎(chǔ)的建筑物，距離基坑開挖邊線西側(cè)3m 是通信管線，17m 是電力管線（有一條電力管線進(jìn)入基坑內(nèi)，需遷移）；距離開挖邊線東側(cè)4～14m 是通信、電力管線，23m 是燃?xì)夤芫€；距離開挖邊線南側(cè)12～20m 是通信、電力管線，20～30m是燃?xì)夤芫€。

2）支護(hù)方式多樣

基坑榕樹保護(hù)區(qū)1 采用咬合樁+圈梁+對(duì)拉錨索的支護(hù)方式，其余支護(hù)段采用咬合樁+3 道鋼筋混凝土支撐的支護(hù)形式。

3）場(chǎng)地內(nèi)地下水含水量大部較大，含水量豐富

據(jù)勘察報(bào)告補(bǔ)給來源主要為大氣降水和臨近地下水的側(cè)向徑流補(bǔ)給，排泄為由較高處向較低處的徑流排泄?？辈炱陂g鉆孔內(nèi)地下水位埋深為1.60～3.02m，標(biāo)高變化在1.55～4.48m。場(chǎng)地內(nèi)地下水含水量大部較大，含水量豐富。承壓水壓力較大，對(duì)成孔后的鉆孔樁的孔壁具有很大的破壞力，同時(shí)對(duì)施工質(zhì)量提出了更高要求。

4）咬合樁垂直度要求高、入巖困難

按照設(shè)計(jì)要求成樁垂直度要求達(dá)到0.3%。同時(shí)由于基巖巖面起伏變化很大，其埋深在-20～40m 之間，產(chǎn)狀陡。入巖基巖單軸抗壓強(qiáng)度高達(dá)到50MPa，入巖困難，容易造成樁孔偏斜、孔歪。咬合樁樁位及其周圍存在大量榕樹樹根，樹根對(duì)成孔造成嚴(yán)重影響。

2 施工工藝

2.1 單樁咬合樁施工工藝

咬合樁成樁工藝其本質(zhì)就是鉆孔灌注樁施工工藝，其工藝流程見圖1。

圖1 咬合樁單樁工藝流程圖

2.2 咬合樁組施工工藝

正如以上分析，該基坑支護(hù)工程周邊環(huán)境復(fù)雜、基坑開挖深度大、基坑暴露時(shí)間長(zhǎng)、土方開挖工程量大、出土困難的特點(diǎn)，對(duì)基坑支護(hù)的安全性提出了更高的要求，項(xiàng)目管理人員綜合各方面意見并經(jīng)有關(guān)相關(guān)單位同意確定該基坑支護(hù)工程釆用旋挖鉆機(jī)成孔、預(yù)埋接頭咬合連續(xù)樁施工工藝。施工工藝如下：導(dǎo)向槽施工→素樁A1 定位→葷樁B 定位→素樁A2 定位→素樁A1 成孔→素樁A2 成孔→安裝接頭導(dǎo)向架→安裝接頭→澆筑A1、A2樁素混凝土→葷樁B 成孔→撥出A1、A2 樁中接頭→下放刷壁器→清除接頭槽中渣土→安裝葷樁B 鋼筋籠→澆筑葷樁B混凝土→進(jìn)行下一組施工。

3 咬合樁接頭制作與安裝

3.1 咬合樁接頭制作

咬合樁接頭一般為柱式正方體，其高度與咬合樁孔深相當(dāng)，寬度大約相當(dāng)于1/3 咬合樁樁徑，可以用1cm 左右鋼板焊接而成，或用混凝土預(yù)制。接頭靠近葷樁孔邊，與另一素樁中接頭相對(duì)安裝，兩接頭的距離約等于葷樁樁徑。接頭可以為分段式，其上端設(shè)置吊點(diǎn)。接頭長(zhǎng)度要根據(jù)咬合樁孔深不同，釆用分段連接。該工程使用鋼結(jié)構(gòu)材料制作而成，單節(jié)長(zhǎng)度10m，另外配備一組長(zhǎng)度5m、3m、1.5m 機(jī)動(dòng)尺寸接頭（圖2）。

圖2 接頭導(dǎo)正架圖示意圖

3.2 安裝接頭導(dǎo)正架

接頭導(dǎo)向架目的在于提供一種基坑支護(hù)用咬合樁導(dǎo)正裝置，通過對(duì)垂直度進(jìn)行調(diào)整，確保垂直度，使其處于豎直狀態(tài)，調(diào)節(jié)迅速且操作簡(jiǎn)單（圖2）。

接頭導(dǎo)正架包括導(dǎo)向架和安裝于基坑支護(hù)樁兩旁的槽鋼，導(dǎo)向架內(nèi)上設(shè)置有鏍桿和鋼板，且鋼板位于導(dǎo)向架內(nèi)部，導(dǎo)向架靠近槽鋼的一側(cè)設(shè)置有支桿，支桿上設(shè)置有調(diào)節(jié)鏍桿，槽鋼上開設(shè)有鏍孔，鏍孔與調(diào)節(jié)鏍桿連接。導(dǎo)向架的內(nèi)徑大于接頭外徑。接頭長(zhǎng)度大于導(dǎo)向架高度。利用調(diào)節(jié)鏍桿與槽鋼的配合，通過調(diào)節(jié)鏍桿調(diào)整導(dǎo)向架垂直度，然后將接頭放入，以此來對(duì)做出一個(gè)垂直引導(dǎo)，從而使得接頭處于一個(gè)豎直的狀態(tài)，確保咬合樁的密封性。

3.3 接頭安裝

根據(jù)施工情況需要，在基坑支護(hù)樁兩旁安裝槽鋼，用以確定導(dǎo)向架的位置，咬合樁為素樁A1、葷樁B 和素樁A2 相互咬合狀，槽鋼位于咬合樁兩側(cè)，接著將導(dǎo)向架放置到槽鋼上，并通過調(diào)節(jié)鏍桿將導(dǎo)正裝置的位置固定，以此確定下放位置，接著操作人員利用外設(shè)吊機(jī)將接頭從導(dǎo)向架內(nèi)部下放至素樁內(nèi)，在下放之前，操作人員通過擰動(dòng)導(dǎo)向架前后兩側(cè)的調(diào)節(jié)鏍桿來調(diào)整導(dǎo)向架的垂直度，利用現(xiàn)有測(cè)試垂直的方法判斷導(dǎo)向架朝哪一側(cè)傾斜，操作人員便調(diào)整哪一側(cè)的調(diào)節(jié)鏍桿來調(diào)節(jié)導(dǎo)向架垂直度，隨后再利用外設(shè)吊機(jī)將接頭下放，通過已調(diào)整好垂直度的導(dǎo)向架中的鋼板，利用鋼板自身平面緊貼接頭平面，以此來進(jìn)行垂直引導(dǎo)，使得接頭處于豎直向下的狀態(tài)，即完成導(dǎo)正，最后依次進(jìn)行葷樁B 混凝土的澆筑與素樁A1 混凝土的澆筑，完成咬合樁施工。

3.4 接頭撥出

當(dāng)混凝土初凝后應(yīng)及時(shí)撥出接頭。接頭撥出一般采用千斤頂液壓驅(qū)動(dòng)起撥，也可以用起重機(jī)械起撥。采用液壓千斤頂起撥時(shí)，應(yīng)對(duì)受力地基承載力試載，并對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整。釆用起重機(jī)械起撥時(shí)，注意由于抗撥力消失而導(dǎo)致起重機(jī)械失穩(wěn)造成機(jī)械、人員安全事故。在條件允許時(shí)進(jìn)行預(yù)撥實(shí)驗(yàn)。

3.5 下放二壁合一刷壁器與清除渣土

現(xiàn)有的混凝土接頭上殘留的渣土清理作業(yè)大多數(shù)采用單向清理，該方式大大增加了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，且操作人員的安全得不到有效保障。

二壁合一刷壁器包括鋼板、連接架、刷壁鋼板側(cè)壁，三者依次相連，并構(gòu)成矩形空腔，在矩形空腔的上端以及下端用鋼板固定連接并設(shè)置有吊鉤，起重機(jī)械通過吊鉤將裝置吊起放入已成孔的葷咬合樁中，裝置在葷咬合樁中不斷地升降，從而刷壁板對(duì)混凝土接頭上殘留的渣土進(jìn)行清理（圖3、圖4）。

圖3 二壁合一刷壁器示意

圖4 工作原理示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

1）通過將常規(guī)基坑支護(hù)咬合樁的咬合方式（軟咬合）改進(jìn)為預(yù)埋接頭咬合（硬咬合），并對(duì)預(yù)埋接頭安裝釆用特殊的導(dǎo)正措施，強(qiáng)化了接頭殘留渣土的清理，整個(gè)基坑支護(hù)工程在由于疫情原因造成的土石方開挖時(shí)間增加了一年多的情況下，仍然保障了基坑及周邊地區(qū)管網(wǎng)和民用建筑的安全，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，滿足了主體工程的施工。

2）在工程實(shí)施后，工程技術(shù)人員通過總結(jié)提煉后形成了并且申報(bào)了《一種咬合樁接頭刷壁裝置》等兩個(gè)實(shí)用新型專利，并且《一種基坑支護(hù)用咬合樁接頭導(dǎo)正裝置》已經(jīng)獲得授權(quán)。

3）咬合樁的咬合質(zhì)量與咬合樁垂直度有密切關(guān)系，因此除了接頭的垂直度及接頭的殘?jiān)宄戎?，咬合樁的成孔質(zhì)量（樁徑、垂直度等）是基坑支護(hù)工程十分重要的保障。

4）高度重視清孔的作用：由于柱式接頭拔出后，會(huì)造成局部的孔壁垮塌，盡管咬合樁不是端承樁。如果孔底沉渣清理不干凈，會(huì)造成混凝土澆筑時(shí)產(chǎn)生漿包渣現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土離析，產(chǎn)生樁身質(zhì)量缺陷，樁身出現(xiàn)裂縫，進(jìn)而導(dǎo)致咬合樁本身出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，影響基坑支護(hù)工程的整體結(jié)構(gòu)安全。