基于咬合樁的深基坑圍護結構施工技術探討

李玉山 祁生旺 張 鵬 張 立

(1.甘肅建總置業(yè)發(fā)展有限公司，甘肅 蘭州 730050； 2.甘肅建投科技研發(fā)有限公司，甘肅 蘭州 730050)

用于深基坑工程的鉆孔咬合樁圍護結構是在結合長螺旋鉆孔混凝土樁和地下連續(xù)墻的特點衍生出的新型施工工藝。因為長螺旋鉆孔壓灌樁成孔速度快，鉆頭切削能力強，可以在相鄰樁混凝土初凝強度較低時進行咬合搭接，使樁與樁之間形成整體，達到類似地下連續(xù)墻的止水效果。相比于地下連續(xù)墻，基于咬合樁的圍護結構具有施工便捷、造價低、速度快的特點，非常適合基坑工程中的臨時性支擋結構[1]。

咬合樁基坑圍護結構最早應用于國外，在我國，其應用起步較晚，最早于2001年應用于深圳地鐵基坑工程中，通過現(xiàn)場施工情況顯示，采用葷素樁緊密咬合的鉆孔樁止水效果明顯，對于基坑支護結構的水平位移，樁后土體的沉降以及周邊環(huán)境的影響起到了很好的控制效果[2-5]。自此，鉆孔咬合樁基坑圍護結構在我國迎來了快速發(fā)展的序幕，從深圳、中國香港、中國臺灣開始，迅速向全國輻射，特別是在我國富水軟土地區(qū)，得到了廣泛的應用，其施工工藝、施工器械、支護理論均得到了不斷地創(chuàng)新和完善。

1 鉆孔咬合樁圍護結構工藝原理與特點

1.1 基本工藝原理

鉆孔咬合樁圍護結構由素混凝土樁和鋼筋混凝土樁相互搭接咬合組成，其基本的工藝流程是：先施工素混凝土樁(“素樁”)，待先施工的素混凝土樁樁身達到一定強度后，在素混凝土樁中間，利用長螺旋鉆頭的切削能力，切削咬合部分素混凝土樁體及其余土體成孔，施工鋼筋混凝土樁(“葷樁”)。鉆孔咬合樁圍護結構示意圖如圖1所示。

1.2 工藝特點與優(yōu)勢

鉆孔咬合樁基坑圍護結構的工藝特點包括：自穩(wěn)性好、后插鋼筋籠技術、無施工冷縫、咬合量可調(diào)等特點，具體如圖2所示。

鉆孔咬合樁圍護結構是一種施工操作簡便、質量安全可靠、工程造價低、無泥漿污染的基坑支護工法，樁底無沉渣、入巖能力強保證了成樁質量，工法特點保證了無泥漿污染。

2 工程概況

基于對鉆孔咬合樁圍護結構施工工藝的認識，本文依托某實際的綜合開發(fā)項目，進行了應用。依據(jù)用地紅線，擬建場地東西長約100 m～160 m，南北向寬約60 m～100 m，占地面積約18 495 m，總建筑面積約85 123.22 m?；由疃葹?3.75 m～15.25 m，支護樁長19.5 m～21.0 m，基坑四周為新建成道路。場地平面圖如圖3所示。

3 工程地質及水文地質條件

3.1 工程地質條件

該工程基坑位于某河段Ⅰ級階地上，場地內(nèi)從上到下主要地層為：①雜填土(層厚1.0 m～3.3 m)；②黃土狀粉質粘土(0.5 m～7.0 m)；③圓礫(層厚1.0 m～5.2 m)；④卵石(層厚2.5 m～6.1 m)；⑤強風化泥巖(層厚3.3 m～8.2 m)以及中風化泥巖。各土層物理力學參數(shù)見表1。

3.2 水文地質條件

該工程場地地下水埋深8.9 m～9.6 m，賦存于黃土狀粉質粘土層底部及卵石層中，主要受地下徑流和該河段側向滲流補給，水位年變化幅度一般為1 m～2 m。

表1 土層物理力學參數(shù)

4 咬合樁圍護結構設計與施工

4.1 設計特點

由于該工程場地位于河流階地，地下水補給豐富，周邊環(huán)境較為復雜，對基坑支護結構變形控制的要求較高，因此，采用咬合樁圍護結構搭配預應力錨索的形式進行基坑的支護和截水。一般而言，咬合樁圍護結構采取“…鋼筋混凝土樁+素混凝土樁+鋼筋混凝土樁…”的布置方式，見圖1。但是考慮到該工程位于西北非飽和土地區(qū)，場地地質條件為從上至下的雜填土、黃土狀粉質粘土、圓礫、卵石以及第三系強風化泥巖的復合地層結構，外加非飽和黃土自身具有良好的直立性和強度，因此，結合西北地區(qū)地質條件的特點，通過計算，設計采取“…鋼筋混凝土樁+素混凝土樁+素混凝土樁+素混凝土樁+鋼筋混凝土樁…”的咬合布置形式，如圖4所示，圖中“C”為鋼筋混凝土樁，“A”“B”為素混凝土樁。

4.2 鉆孔咬合樁施工

素混凝土樁加入緩凝減水劑，樁混凝土緩凝時間應根據(jù)單樁成樁時間來確定，單樁成樁時間與施工現(xiàn)場地質條件、樁長、樁徑和鉆機能力等因素相關。根據(jù)本工程咬合樁施工工藝，算得素混凝土緩凝時間以48 h～60 h為宜。咬合樁采用旋挖鉆機施工，咬合樁基坑圍護結構施工分成三步，首先實施第一步：素混凝土樁(A樁)采用C15混凝土灌注，時間控制在48 h～60 h以內(nèi)。再實施第二步，第二步樁為素混凝土樁(B樁)，C15混凝土灌注，時間控制在48 h～60 h以內(nèi)。最后實施第三步，第三步樁為鋼筋混凝土樁(C樁)，在相鄰的一、二步樁施工之后樁身混凝土初凝之前進行，混凝土等級為C30。同一工作面上同時沖孔的施工點間距不小于6 m，并同時應滿足一、二、三步咬合樁本身的間距及施工順序要求。

在施工鉆孔咬合樁時，其主要的工藝要求為：1)成孔采用泥漿護壁旋挖工藝成孔，填土層成孔時易塌，宜采用鋼護筒護壁；當成孔塌孔較嚴重時，應隨時調(diào)整泥漿配合比、粘稠度，并降低旋挖進尺速度；2)開鉆前應充分做好準備工作，成孔施工應一次不間斷完成，不得無故停鉆，成孔與灌注間隔時間不應超過24 h；3)開孔時應控制鉆進速度，防止孔內(nèi)坍塌和孔斜；4)樁位偏差不大于30 mm，垂直度偏差小于0.3%；5)掌握一步樁的初凝時間，使得二步樁能夠順利施工；6)樁身混凝土應采用導管法灌注，混凝土必須具有良好的和易性和流動性，坍落度控制在180 mm～220 mm，混凝土應連續(xù)一次灌注完畢，并保證密實度。打樁機等施工機具的配置，需根據(jù)項目工期、資源等情況進行專項施工組織設計。

5 應用效果

采用鉆孔咬合樁圍護結構后，該工程基坑從施工到回填，支護結構的水平位移、樁后土體沉降以及周邊環(huán)境影響得到了很好地控制，在基坑開挖施工期間，坑內(nèi)未出現(xiàn)積水等問題。通過前期對基坑支護方案，特別是咬合樁布置形式根據(jù)實際地質條件特點進行的優(yōu)化，為項目節(jié)約了支出，既實現(xiàn)了功能效果，又產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益。

6 結論

本文在對咬合樁基坑圍護結構的工藝原理及特點進行梳理總結的基礎上，依托某基坑工程，進行了咬合樁圍護結構的應用，形成以下結論：1)咬合樁圍護結構具有施工操作簡便、質量安全可靠、工程造價低、無泥漿污染的特點，適用于西北非飽和土復合地層基坑的臨時支護。2)咬合樁圍護結構的設計與施工要結合施工場地的地質條件進行方案的優(yōu)化，合理調(diào)整“葷、素”樁布置和咬合量，減少不必要的浪費。