基坑支護(hù)工程中旋挖軟切割法咬合樁的應(yīng)用

洪明堅

(深圳市工勘巖土集團(tuán)有限公司　深圳　518063)

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基坑支護(hù)工程中旋挖軟切割法咬合樁的應(yīng)用

洪明堅

(深圳市工勘巖土集團(tuán)有限公司深圳518063)

通過對深基坑支護(hù)工程中采用旋挖成孔軟切割法施工咬合樁工藝的研究，結(jié)合工程實例詳細(xì)介紹了旋挖機(jī)的套管驅(qū)動系統(tǒng)，軟切割法的施工工藝和原理，對其實際施工效果進(jìn)行評價。實踐證明，旋挖成孔硬切軟法施工咬合樁工藝是合理可行的，該工藝具有良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益，施工工效高，成樁質(zhì)量良好，文明施工良好，適用于多種地層咬合樁成孔施工，具有廣闊的應(yīng)用前景。

咬合樁；旋挖咬合樁；軟切割法；全護(hù)筒鉆進(jìn)；基坑支護(hù)

0　引言

咬合樁是近年來常用的一種新型圍護(hù)結(jié)構(gòu)，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城市建設(shè)的需要，被廣泛用于深基坑支護(hù)工程中[1]。鉆孔咬合樁垂直度高，各樁間止水效果好，成孔時可做到無泥漿作業(yè)；易于文明施工、控制樁身質(zhì)量、保證安全，減少對周邊環(huán)境的影響，具有良好的社會經(jīng)濟(jì)效益[2]。

傳統(tǒng)的咬合樁采用套管鉆機(jī)施工，但其有自身的局限性：全套管鉆機(jī)設(shè)備體積大，施工需要有較大場地，工程邊界到邊樁中心的距離要求較大，在建筑工程中不利于地下空間的充分利用；受到全套管鉆機(jī)設(shè)備扭矩的限制，在堅硬地層中套管難以下壓跟進(jìn)，使得咬合樁在傳統(tǒng)施工工藝條件下無法在這類土層中施工[3]。

旋挖成孔作為一種高效的鉆進(jìn)方法，在國內(nèi)外各個領(lǐng)域都得到了普遍使用[4]。隨著基坑支護(hù)技術(shù)的發(fā)展，圍護(hù)結(jié)構(gòu)對支護(hù)樁的樁徑、樁身進(jìn)入堅硬土層的要求越來越多；同時，隨著在城市市區(qū)中的工程建設(shè)對于文明施工的要求越來越高，采用全護(hù)筒跟進(jìn)的旋挖成孔軟切割工藝施工咬合樁的工藝成為一種合理可行的選擇。這一工藝近年來逐漸成熟，也不斷拓寬了咬合樁的適用范圍[5]。

本文結(jié)合工程實例，對深基坑支護(hù)工程中采用旋挖成孔軟切割法施工咬合樁工藝進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并對實際的開挖效果進(jìn)行了評價。

1　工程概況

擬建項目規(guī)劃塔樓43層，高度190m，裙房35m，懸挑群房49m，共5層地下室?；由疃燃s為21.65m～24.05m之間，基坑周長約508.8m，基坑平面布置詳見圖1。

工程場地位于深圳市福田區(qū)，周邊環(huán)境復(fù)雜。場地北側(cè)為福中三路，隔福中三路為黃埔雅苑二期；東側(cè)為鵬程一路；南側(cè)為廣電大廈已建28層一期塔樓，其為兩層地下室；西側(cè)為新洲路，對基坑沉降變形要求嚴(yán)格。

2　地質(zhì)概況

場地內(nèi)分布的地層為人工填土層、第四系全新統(tǒng)沖洪積層、第四系全新統(tǒng)坡洪積層、第四系上更新統(tǒng)沖洪積層、第四系殘積層，下伏基巖為燕山期粗粒花崗巖。

場地地下水穩(wěn)定水位埋深4.50～6.30m。

3　設(shè)計概況

基坑設(shè)計安全等級為一級，基坑支護(hù)的安全使用期限為2年，其中支護(hù)樁按照永久結(jié)構(gòu)考慮?；硬捎勉@孔咬合樁加三道內(nèi)支撐的支護(hù)形式。

支護(hù)咬合樁樁徑1.2m，間距2.0m，嵌固深度6m或嵌固深度為進(jìn)入中風(fēng)化2m；素混凝土樁(A樁)和鋼筋混凝土樁(B樁)交錯搭接。

其中，A樁為超緩凝混凝土，混凝土緩凝時間≥60h，坍落度為18～20cm，混凝土的3d五強(qiáng)度R3d不大于3MPa。

A樁混凝土強(qiáng)度C15，B樁混凝土強(qiáng)度C25。孔底沉渣厚度不大于100mm。咬合樁不能有嚴(yán)重漏水或滲水現(xiàn)象。

根據(jù)設(shè)計要求，咬合樁需要進(jìn)入堅硬土層，局部需要進(jìn)入中～微風(fēng)化花崗巖。采用傳統(tǒng)全套管鉆機(jī)施工咬合樁受到機(jī)械扭矩的限制難以施工，只能采用旋挖機(jī)來施工咬合樁，施工時選擇軟切割工藝。

典型剖面如圖2所示。

4　旋挖機(jī)護(hù)筒驅(qū)動系統(tǒng)

4.1旋挖機(jī)性能

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，施工時選用德國寶峨BG30旋挖機(jī)進(jìn)行施工。其主要性能參數(shù)如表1所示。

表1　寶峨BG30旋挖機(jī)性能參數(shù)

4.2護(hù)筒驅(qū)動器

旋挖機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)護(hù)筒跟進(jìn)工藝是靠KDK動力頭和驅(qū)動器實現(xiàn)的。

德國寶峨BG系列旋挖鉆機(jī)KDK動力頭配置有萬向接頭，可用于聯(lián)結(jié)護(hù)筒驅(qū)動器，直接驅(qū)動護(hù)筒進(jìn)行全套管施工。利用鉆機(jī)動力頭的動力輸出，主桅桿前的兩個油缸可以控制護(hù)筒驅(qū)動器的提升與下壓(見圖3所示)。

護(hù)筒驅(qū)動器的作用是將扭矩和加壓力傳遞給套筒及筒靴。通過動力頭與驅(qū)動盤、連接盤、套管驅(qū)動器及套管、筒靴連接，將扭矩及加壓力傳遞給套管、筒靴，邊旋轉(zhuǎn)邊下壓鉆入地層，套管鉆入與鉆機(jī)取土交替進(jìn)行，降低了埋設(shè)套管阻力。護(hù)筒驅(qū)動器上部通過銷軸與連接盤連接，下部與套管連接。護(hù)筒驅(qū)動器直徑需與套筒直徑相符；護(hù)筒驅(qū)動器下部有定位凹槽及止口，便于與套管連接(見圖4所示)。

動力頭驅(qū)動器下套管是利用動力頭反正轉(zhuǎn)搓動和加壓油缸加壓使護(hù)筒切入土中。操作方便，并能確保護(hù)筒埋置夯實性，縮短挖坑埋置時間，提高成孔效率。

4.3套管及其附屬配件

(1)套管

套管(如圖5所示)上端通過銷軸可與護(hù)筒驅(qū)動器或套管連接，套管下端可與筒靴或套管連接。套管具有防護(hù)支撐及導(dǎo)向作用。

(2)管靴

管靴(如圖6所示)前端鑲嵌合金鉆齒，通過旋轉(zhuǎn)及向下加壓，環(huán)切各類地層及巖石，減緩埋設(shè)套管阻力，提升套管鉆入能力。

5　旋挖軟切割法施工咬合樁工藝

5.1工藝原理

咬合樁施工時，先施工素樁，后施工葷樁，素樁采用超緩凝混凝土，在素樁混凝土初凝前全套管跟進(jìn)進(jìn)行葷樁的成孔作業(yè)。葷樁成孔時切割相鄰素樁相交部分的混凝土，從而實現(xiàn)咬合。

旋挖軟切割法施工咬合樁工藝的基本原理是旋挖成孔時利用上文中的套管驅(qū)動系統(tǒng)，實現(xiàn)套管跟進(jìn)，達(dá)到軟切割素樁混凝土的效果[6]。

旋挖成孔時護(hù)筒驅(qū)動器下設(shè)護(hù)筒至預(yù)定深度，測定和保證護(hù)筒的垂直度在允許范圍內(nèi)，然后在利用鉆頭在筒內(nèi)取土，可以實現(xiàn)干作業(yè)成孔。遇土質(zhì)較硬的地層護(hù)筒不能一次下到位時，可采用邊拼接、邊取土、邊跟進(jìn)護(hù)筒的方法，直至將護(hù)筒下設(shè)到土質(zhì)穩(wěn)定或巖層的頂面[7,8]。

在鉆至設(shè)計標(biāo)高后，用旋挖鉆具清除孔底浮土，然后放入鋼筋籠，進(jìn)行混凝土澆注。

5.2導(dǎo)墻施工

導(dǎo)墻對咬合樁起到控制定位、控制咬合樁的咬合間距，穩(wěn)定機(jī)座提高施工效率的作用，咬合樁施工前必須先施工導(dǎo)墻。

咬合樁樁徑為1.2m，為保證護(hù)筒順利鉆進(jìn)，導(dǎo)墻設(shè)置間距為1.24m。導(dǎo)墻施工前先對導(dǎo)槽下方進(jìn)行清障，并用素土分層碾壓回填密實。導(dǎo)墻模板采用鋼模。

導(dǎo)墻混凝土采用C30商品混凝土，混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的70%以上時方可上機(jī)。

5.3單樁施工流程

旋挖軟切割法施工咬合樁工藝流程見圖7所示。

5.4套管鉆進(jìn)工藝

套管跟進(jìn)工藝如圖8所示。

套管鉆進(jìn)工藝流程如下：

(1)首先檢查驅(qū)動器連接器與鉆機(jī)動力頭連接是否牢固并正確連接。選擇合適鉆具，與旋挖鉆桿連接。

(2)管靴與第一節(jié)套管用螺栓連接，要求全扣旋入，做到牢固，不退扣。

第一節(jié)套管底部裝有管靴及呈環(huán)狀排列的切削齒，以使套管能夠較快的切削至密實、堅硬地層中。

(3)用吊機(jī)將第一節(jié)護(hù)筒吊至鉆機(jī)工作回轉(zhuǎn)半徑內(nèi)(套管靴向下)，并盡量保持垂直，以利于驅(qū)動器與護(hù)筒的連接。

(4)操作鉆機(jī)，將驅(qū)動器由上方套入套管，微旋動力頭并調(diào)整鉆機(jī)角度，驅(qū)動器接頭下端面與套管公接頭承壓的端面重合為止，再次微旋動力頭，將驅(qū)動器接頭的4個鎖銷順時針旋入護(hù)筒公接頭的圓錐孔內(nèi)，并保證為鎖閉狀態(tài)。

(5)利用驅(qū)動器將套管壓入孔位，如圖9所示。

壓入雙臂套管前，檢測和調(diào)整套管的垂直度。在套管壓入地面數(shù)米后，對護(hù)筒的垂直度再次進(jìn)行校驗。

(6)采用接銷連接第一、二節(jié)套管，繼續(xù)進(jìn)行孔內(nèi)掏土。

(7)套管鉆進(jìn)與孔內(nèi)掏土交替進(jìn)行，每次確?？卓诼冻龅奶坠荛L度盡可能不超過2m，根據(jù)套管長度合理選擇孔內(nèi)掏土每輪次的鉆進(jìn)深度。

6　工藝效果評價

采用旋挖軟切割法施工咬合樁工藝，通過實踐證明，取得了良好的施工效果。

(1)鉆孔速度快，工效高

BG設(shè)備通過全液壓傳動，扭矩、驅(qū)動力及提升能力大大提高，鉆孔速度快，本項目采用套管直徑1.2m，下放護(hù)筒深度22m，護(hù)筒鉆進(jìn)與孔內(nèi)掏土單樁用時約2.5h。

(2)鉆孔能力強(qiáng)、鉆孔質(zhì)量好

該設(shè)備有電腦自動控制，鉆進(jìn)過程中一些施工參數(shù)如轉(zhuǎn)速、鉆進(jìn)壓力、深度等有電腦顯示，可有效的控制成樁的垂直度、防止超挖和欠挖。采用全程鋼套跟進(jìn)還可以避免縮徑等樁身質(zhì)量缺陷，切實解決了復(fù)雜地層護(hù)壁難的問題，鉆孔質(zhì)量好。

(3)鉆孔不需泥漿、孔底無沉渣，施工場地整潔

與正、反循環(huán)不同，旋挖鉆機(jī)自帶取土器取土，不需泥漿循環(huán)攜帶沉渣，造孔泥漿少，僅為正、反循環(huán)鉆機(jī)所需泥漿量的1/20～1/10，特別是針對嵌巖樁孔底無浮渣；采用全程鋼套筒后，鉆孔不需泥漿，故而樁周無泥皮，且孔底無沉渣，有利于保證設(shè)計樁基承載力；同時，由于無泥漿，取出的渣土能及時運(yùn)出現(xiàn)場，施工場地整潔，易于現(xiàn)場文明施工。

(4)樁身質(zhì)量有保證

采用全程護(hù)筒跟進(jìn)成孔，孔底無沉渣；根據(jù)低應(yīng)變及高應(yīng)變檢測結(jié)果，采用全程護(hù)筒跟進(jìn)鉆孔的施工工藝，樁身完整性好，單樁承載力高于常規(guī)鉆進(jìn)(泥漿護(hù)壁)成樁條件下的單樁承載力。

旋挖軟切割法咬合樁在基坑開挖后的表觀質(zhì)量由圖10所示。

(5)施工機(jī)具適用地層廣

施工時利用旋挖鉆機(jī)護(hù)筒驅(qū)動器進(jìn)行壓、拔護(hù)筒，護(hù)筒長短不一(鉆機(jī)需配備護(hù)筒：7.0m長2根、3m長3～5根、2m長2～4根、1.5m長2～4根、1m長2～4根、0.5m長2根、與護(hù)筒連接的接口2個)，根據(jù)地層基巖面深度的不同，可配出不同的長度；護(hù)筒接口處為外平連接，內(nèi)螺栓固定。BG鉆機(jī)配有短螺旋、

嵌巖鉆、旋挖鉆、嵌巖旋挖鉆等多種鉆具，能針對不同的地層條件選用不同的鉆具進(jìn)行從護(hù)筒內(nèi)取土，最終滿足樁端入巖的要求。

7　結(jié)語

旋挖鉆配合不同的鉆具，適合各種土層鉆進(jìn)施工，旋挖機(jī)驅(qū)動全護(hù)筒鉆進(jìn)施工較之于采用振動或液壓方式壓入鋼護(hù)筒護(hù)壁施工，成本更低，減少工序交叉，提高施工效率。該工藝有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)對周邊建筑物基礎(chǔ)擾動小，無泥漿排放，不污染環(huán)境；

(2)適用于淤泥層、流砂層、填土層等復(fù)雜地層；

(3)不存在泥漿護(hù)壁產(chǎn)生的泥皮及孔底沉渣對樁的承載力側(cè)摩阻力影響；

(4)混凝土灌注中避免了灌注樁可能產(chǎn)生的塌孔、縮頸、泥漿侵入斷樁等問題。

采用旋挖軟切割施工咬合樁工藝具有良好的施工效果及經(jīng)濟(jì)效益，適用地層廣，值得其它項目借鑒。

[1]劉國彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2009.

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[5]趙偉，吳旭君，王召磊，等.旋挖灌注樁在(深圳)沿海地區(qū)復(fù)雜地層中的應(yīng)用[J].巖土工程學(xué)報,2013,35(Supp.2):1196-1199.

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[7]黎中銀，王宏偉，王三文，等.旋挖鉆機(jī)與鉆孔咬合樁施工工法[J]建筑機(jī)械.2006,278(5):44-47.

[8]黎中銀，王宏偉，王三文，等.旋挖鉆機(jī)與鉆孔咬合樁施工工法[J].建筑機(jī)械,2006,278(5):44-47.

Application of occlusive pile using rotary drilling rig soft-cutting method in deep excavation engineering

HONGMingjian

(Shenzhen Gongkan Geotechnical Group Co.Ltd, Shenzhen 518063)

By studying on occlusive pile using rotary drilling rig soft-cutting technology in deep excavation engineering, this paper introduces its principle and construction technology in detail based on engineering example.Also, this paper evaluates its actual construction effects.Practice has proved that this technology is reasonable and feasible and it has broad application prospects as its good social and economic benefits, that is, fast construction efficiency, good quality of pile, well civilized construction, suitable for multi-stratum.

Occlusive pile; Rotary drilling occlusive pile; Soft-cutting method; Full casing drilling; Retaining and protection of excavation

洪明堅(1986.06-)，男,助理工程師。

E-mail:geozwr@126.com

2016-03-22

TU4

A

1004-6135(2016)06-0047-05