海濱地帶深基坑支護(hù)工程中咬合樁施工技術(shù)的應(yīng)用

■王 晶

（福建第一公路工程集團(tuán)有限公司，泉州 362000）

鉆孔咬合樁作為基坑支護(hù)的一種施工工法被廣泛應(yīng)用于各種類型深基坑的排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)中，且支護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇是確保深基坑開挖過程中施工安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)步驟。 在海濱灘涂地帶，地下水位較高，且施工中不得對周圍海域產(chǎn)生環(huán)境污染，深基坑支護(hù)難度系數(shù)較高。 現(xiàn)以沿海某公路工程雨水泵站采用的雙動力頭全套管咬合樁為例，介紹其在施工實踐中的成功應(yīng)用、常見問題及處理措施。

1 工程概況

建設(shè)中的沿海某公路工程雨水泵站位于沿海大通道中央，北側(cè)距離當(dāng)?shù)鼐用穹考s300 m，南側(cè)距離海邊僅30 m。

1.1 地質(zhì)條件

本工程處于海濱地帶，沖海積平原與沿海灘涂地貌，場地自上而下為素填土層，厚度約6.9 m，局部有片塊石、中砂層，厚度約11.6 m，粉質(zhì)黏土、全風(fēng)化花崗巖，厚度約4.3 m。

1.2 水文情況

場區(qū)地下水位較高并且容易受季節(jié)的影響，最高潮水位為3.74 m，最低潮位水位為－3.37 m，歷史最高水位標(biāo)高為6.0 m，常水位為1.90 m，高出砂層頂標(biāo)高1.20 m。 地下水主要賦存和運移于填砂、素填土、雜填土的中下部、中砂、殘積砂質(zhì)粘性土、全風(fēng)化花崗巖、砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖的孔隙、網(wǎng)狀裂隙及碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖的巖體裂隙中。

2 支護(hù)結(jié)構(gòu)方案選擇

工程地面雨水泵站絕對標(biāo)高為8.00 m，基底絕對標(biāo)高為－11.1 m，基坑整體需開挖深度達(dá)19.1 m，砂層厚度達(dá)到整體基坑開挖深度的60.7%，地下水位較高，地層滲透系數(shù)較大，開挖時抽水量大，易使周圍土體發(fā)生塌陷。 在開挖過程中如若支護(hù)結(jié)構(gòu)局部漏水，砂子同時也會隨著地下水一同流出，將導(dǎo)致地面出現(xiàn)局部塌陷。 這就要求選用的支護(hù)結(jié)構(gòu)在保證經(jīng)濟(jì)合理的條件下，要有足夠的剛度承受水土壓力，還需要有良好的止水效果。

2.1 施工工藝選擇

根據(jù)相關(guān)技術(shù)資料，結(jié)合工程項目特點，總結(jié)整理了3 種海濱地帶深基坑支護(hù)工程常見施工工藝方案及其工藝特點：（1）采用鉆孔灌注樁+止水帷幕。 該方案雖能保證經(jīng)濟(jì)合理性，但需要進(jìn)行泥漿護(hù)壁，泥漿將會對周圍海域造成一定的污染，且容易出現(xiàn)塌孔和地面局部塌陷的現(xiàn)象。 （2）采用地下連續(xù)墻。 該方案造價較高，同樣也需要進(jìn)行泥漿護(hù)壁，會產(chǎn)生一定的環(huán)境污染，且在砂層中難以成槽。若采用高壓旋噴樁，將會對砂層產(chǎn)生擾動，且由于無法阻止海水滲入，水泥漿在噴射出來時將立即被海水沖散流失，難以成型成樁。 （3）采用鉆孔咬合樁。 該方案無需泥漿護(hù)壁，不會對周圍海域造成環(huán)境污染， 還可以通過相互咬合形成排樁支護(hù)體系，有效阻止海水滲入，同時節(jié)省部分鋼筋（布筋僅為常規(guī)設(shè)計的50%），符合經(jīng)濟(jì)合理性。

綜上所述， 從施工工藝特點及經(jīng)濟(jì)效益考慮，推薦選擇方案3。

2.2 咬合樁施工設(shè)備的選擇

表1 施工設(shè)備對比分析

2.3 雙動力頭全套管鉆機(jī)成樁施工工藝特點

雙動力頭全套管鉆機(jī)有內(nèi)外雙動力頭均懸掛在樁架上， 外動力頭為驅(qū)動外側(cè)套管進(jìn)行工作，內(nèi)動力頭為驅(qū)動內(nèi)側(cè)鉆桿進(jìn)行工作。 雙動力頭如果分離時， 外套管和內(nèi)鉆桿可以在豎直方向做相對運動，根據(jù)施工工藝需要，內(nèi)側(cè)動力頭與外側(cè)動力頭能同軸逆向旋轉(zhuǎn)，使扭轉(zhuǎn)反力自平衡，雙動力頭上下任意分離、相對運動、逆向旋轉(zhuǎn)分別驅(qū)動內(nèi)側(cè)鉆桿和外側(cè)套管鉆孔[1]。 外動力頭驅(qū)動外側(cè)套管與內(nèi)動力頭驅(qū)動內(nèi)側(cè)鉆桿分別向相反方向掘進(jìn)施工，對樁孔垂直度進(jìn)行糾偏避免塌孔， 還能便于排出鉆渣，施工速度快，成孔精度高，適用于各種復(fù)雜地形。 當(dāng)頭只使用其中一個動力頭時就如同一臺普通鉆機(jī)。 內(nèi)動力頭驅(qū)動內(nèi)側(cè)鉆桿與外動力頭驅(qū)動外側(cè)套管配合掘進(jìn)施工可以提高向孔外出渣速度，同時外套管進(jìn)行大扭矩切削，成樁質(zhì)量好，垂直度高，施工無需泥漿，一定程度上避免了環(huán)境污染。

因此，結(jié)合本項目實際特點，本項目雨水泵站深基坑支護(hù)咬合樁采用雙動力頭全套管鉆機(jī)成孔。

3 雙動力全套管鉆孔咬合樁施工技術(shù)要點

從施工過程控制、導(dǎo)墻施工、咬合樁施工3 個方面總結(jié)雙動力全套管鉆孔咬合樁在本項目施工中的核心技術(shù)要點。

3.1 施工過程控制要點

3.1.1 控制孔口位置

鉆孔咬合樁樁位的允許偏差為50 mm，導(dǎo)墻上定位孔直徑宜比樁徑大約30 mm。 鉆機(jī)就位后，應(yīng)調(diào)整套管初始插入位置，使套管中心與定位孔中心保持一致。

3.1.2 控制孔樁垂直度

應(yīng)嚴(yán)格控制樁身的垂直度，確保偏差值不大于0.3%，以保證相鄰咬合樁的咬合寬度，特別是樁底部的咬合量。 在成孔過程中，利用測錘配合經(jīng)緯儀或者全站儀從X 和Y 兩個軸線方向檢查套管垂直度，當(dāng)發(fā)生輕微偏斜應(yīng)及時通過儀表調(diào)整桅桿及套管的垂直度。 當(dāng)鉆孔達(dá)到設(shè)計深度后，應(yīng)檢查樁孔的孔深、垂直度等，符合設(shè)計及規(guī)范要求后方可進(jìn)入下道工序。

3.1.3 控制孔底沉渣厚度

A組共有20例治愈,26例有效,4例無效,臨床治療有效率是92.00%;B組有10例治愈,22例有效,13例無效,有效率是71.11%,兩組的治療有效率存在統(tǒng)計學(xué)差異性(P<0.05)。

雙動力頭全套管鉆機(jī)施工中無需進(jìn)行泥漿護(hù)壁，懸浮顆粒在水中沉淀速度比在泥漿中快。 因此，當(dāng)孔內(nèi)積水較多（或為平衡地下水壓力而向孔內(nèi)注入較多水）時，應(yīng)測定孔底沉渣厚度，若沉渣厚度大于20 cm，須進(jìn)行清孔[2]。如滿足設(shè)計要求，立即對孔深、垂直度進(jìn)行檢查合格后下放鋼筋籠。

3.1.4 控制咬合寬度

各樁位在鉆孔施工前， 在設(shè)計施工圖預(yù)先編排、 編號， 咬合樁的咬合寬度不小于設(shè)計要求的250 mm（閉合樁采取硬咬合施工，轉(zhuǎn)角樁如咬合寬度小于250 mm 則采取加樁處理）。對導(dǎo)墻基線和樁位進(jìn)行全面復(fù)核合格后方可進(jìn)行咬合樁的施工。

3.1.5 控制咬合鉆進(jìn)時間

由于混凝土孔樁成樁受周圍土體條件、 樁徑、樁長等因素影響。 當(dāng)素砼樁強(qiáng)度過高，則鋼筋砼樁鉆進(jìn)速度慢，機(jī)械損耗較大；而當(dāng)素砼樁強(qiáng)度過低，則鋼筋砼樁鉆進(jìn)過程中， 可能導(dǎo)致周圍地下水、砂層或者孤石侵入造成素砼樁斷樁或者漏水等。 因此在正式施工前應(yīng)進(jìn)行試驗施工， 以達(dá)到擾動小、切削順利、咬合效果佳的目的。

3.2 導(dǎo)墻施工技術(shù)要點

導(dǎo)墻采用鋼筋C25 砼，寬4.16 m，厚0.4 m。 將導(dǎo)墻基底范圍地面整平夯實，導(dǎo)墻模板采用定型的弧形鋼模板，內(nèi)徑比設(shè)計樁徑大30 mm，用方木及地腳錨桿進(jìn)行支撐、加固。 模板位置根據(jù)設(shè)計圖紙中樁位軸線進(jìn)行定位，導(dǎo)墻鋼筋經(jīng)加工成半成品后運至現(xiàn)場進(jìn)行安裝(圖1)。待導(dǎo)墻混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度70%后方可拆模，混凝土養(yǎng)護(hù)期內(nèi)不得堆放任何材料和施工機(jī)具設(shè)備， 當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后進(jìn)行咬合樁施工。

圖1 導(dǎo)墻施工圖

3.3 咬合樁施工技術(shù)要點

導(dǎo)墻混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計指標(biāo)后在其外側(cè)鋪設(shè)鋼板，鉆機(jī)入場，調(diào)節(jié)鉆機(jī)外側(cè)動力頭、鋼護(hù)筒與樁位中心進(jìn)行就位對中，以及鉆桿和套管的垂直度。

鉆機(jī)定位完成后，用鉆機(jī)外側(cè)動力頭驅(qū)動套管及內(nèi)側(cè)動力頭驅(qū)動內(nèi)側(cè)鉆桿進(jìn)行鉆進(jìn)施工。 相鄰咬合樁按照先施工素砼樁（A 樁），然后再施工鋼筋砼樁（B 樁）的順序進(jìn)行，即先施工素砼樁（A1、A2......），在素砼樁灌注完成后混凝土緩凝前， 利用雙動力頭全套管鉆機(jī)切割相鄰的兩根素砼樁， 成孔后施工鋼筋砼樁（B1、B2......），使鋼筋砼樁與素砼樁互相嵌入咬合，形成一個整體連續(xù)的排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)（圖2）。

圖2 咬合樁施工順序平面布置圖

4 施工中常見質(zhì)量問題及預(yù)防和處理措施

（1）當(dāng)?shù)叵滤桓撸临|(zhì)透水性強(qiáng)，外套管在下壓取土過程中，套管內(nèi)進(jìn)入大量的水。 預(yù)防措施：可在外套管上下接頭處， 接頭內(nèi)側(cè)設(shè)置密封膠圈，再在管口纏繞施工寬膠帶， 寬膠帶外涂抹施工黃油。寬膠帶起止水作用，黃油既起止水作用，又可起潤滑作用。

（2）鉆孔過程中如遇到大塊孤石，或者鉆機(jī)鉆入強(qiáng)風(fēng)化巖層中，外套管則難以正常向下切割。 解決措施：用旋挖鉆下至套管內(nèi)輔助清除孤石，再用外動力頭驅(qū)動外側(cè)套管向下切割鉆進(jìn)，直至鉆進(jìn)到設(shè)計深度。

（3）樁鉆進(jìn)過程中防止發(fā)生管涌。 預(yù)防和解決措施：鉆進(jìn)過程中，實時監(jiān)測素砼樁混凝土頂面、孔內(nèi)外地下水情況和穿越地層情況。 嚴(yán)格按照外套管切削在前、內(nèi)側(cè)鉆頭在后跟進(jìn)，為防止發(fā)生管涌，孔內(nèi)需留有一定厚度的反壓土層，因此需保持取土面與外側(cè)套管底距離在2 倍樁徑以上， 且應(yīng)超過2.5 m。當(dāng)發(fā)生管涌時，可在孔內(nèi)灌水，保持內(nèi)外水壓均衡后再鉆進(jìn)。

（4）套管與鋼筋籠之間的間隙過小，套管在拔出時帶起鋼筋籠。 解決措施：嚴(yán)格控制鋼筋砼樁骨料粒徑，宜小于20 mm；鋼筋籠加工時使其直徑小于套管直徑，避免與套管一起帶出；在鋼筋籠底部加焊一塊直徑略小于鋼筋籠的薄鋼板，增大鋼筋籠底部的截面積[3]。

5 施工質(zhì)量效果

雙動力頭全套管鉆孔咬合樁深基坑支護(hù)，在本項目工程實踐中，取得了良好的施工效果：（1）成樁質(zhì)量高，開機(jī)成孔、一次（澆筑混凝土）成樁。 經(jīng)第三方樁基100%檢測，按合同要求2%鉆孔取芯驗證統(tǒng)計，Ⅰ類樁達(dá)98%比其他施工方案高出8 個點；（2）鉆進(jìn)速度快， 本項目191 孔樁基， 僅用65 d 完成（施工時間為2020-03-04 至2020-05-07）；實現(xiàn)同類地質(zhì)樁基平均3.3 d/孔最快速度， 同時比預(yù)期提前42 d 完成；（3）實現(xiàn)成樁無需進(jìn)行泥漿護(hù)壁，施工過程中泥漿技術(shù)參數(shù)（比重、砂率）未出現(xiàn)超標(biāo)，合格率100%，無塌孔、滲水等往常出現(xiàn)的樁基施工病害，防水效果好。

6 結(jié)語

雙動力頭全套管鉆孔咬合樁深基坑支護(hù)在本項目工程應(yīng)用過程中取得了良好的施工效果，該施工方案成功得到以下幾點結(jié)論：（1）應(yīng)嚴(yán)格按照樁基布孔施工順序；確保連續(xù)施工（尤其是配備備用發(fā)動機(jī)是關(guān)鍵，保證不斷電）；（2）控制樁位，項目最大偏心≤50 mm，遠(yuǎn)高于（≤100 mm）部頒標(biāo)準(zhǔn)；（3） 認(rèn)真客觀地按照要求對設(shè)置的支護(hù)樁進(jìn)行變形觀測是工程成功的關(guān)鍵點之一。 綜上所述，在海濱等復(fù)雜地層深基坑使用咬合樁形成支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)具有可操作、進(jìn)展順利、工期提前、安全可控、成樁（Ⅰ類）率高、達(dá)到良好的止水帷幕的效果，又具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益， 對濱海片區(qū)工程以及同類“共同管溝”地下工程項目具有一定的技術(shù)參考價值。