咬合桩施工技术

PAGEPAGE18咬合桩施工技术应用摘要咬合桩作为一种新型深基坑围护结构在邯郸路地道工程中被首次成功采用，验证了咬合桩在上海地区软土及富水土层中的适用性。咬合桩在不同地质条件下施工，科学的确定施工技术参数至关重要。本文详细地介绍了咬合桩施工关键技术，尤其在超缓凝混凝土配比参数的确定上，做了大量的试验，并取得成功的结论。通过咬合桩与灌注桩、工法搅拌桩的技术经济比较，以及几种围护结构的位移比较，突出显示了咬合桩作为围护结构的优越性。同时在本工程中，利用咬合桩机成功处理地下障碍物，解决了SMW工法桩机、灌注桩回旋钻机及顶管机遇地下障碍物无法通过的难题，取得了较好的经济效益和社会效益。关键词咬合桩施工关键技术方案比选应用前景一、前言随着城市建设发展，市政地下工程施工技术也在迅速发展，在深基坑围护结构中，钻孔咬合桩作为新型围护结构，首次在上海中环线邯郸路地道工程中应用。钻孔咬合桩采用液压全套管桩机磨孔取土，成孔深、噪声低、无需泥浆护壁，成桩质量稳定，桩间紧密咬合，形成良好的整体连续结构。从开挖揭示，咬合桩桩身平滑，垂直度好，阻水防渗效果显著；钢筋混凝土桩墙刚度大，变形小，能保证基坑安全和减小对周边环境的影响。通过咬合桩施工，在超缓凝混凝土质量控制，桩身垂直度及咬合厚度的控制方面都积累了宝贵的经验，成功验证了咬合桩施工工艺在上海地区软土及富水地层中应用的可行性。见图一咬合桩成桩效果图。图一咬合桩成桩效果图二、工程概况1、工程环境邯郸路地道位于复旦校区，沿邯郸路东西延伸，地道总长1080m，除两端坡道外，基坑开挖深度为8～11m；基坑标准段宽34m，有匝道段（K0+735～K0+955）宽43m，为上海市最宽的地道。复旦大学的叶耀珍楼、李达三楼、五号宿舍楼、图书馆等建筑距基坑边缘7～15m。施工过程中，基坑两侧地面保持公交通行，地下保留煤气、上水、电力、电信及市话等管线。如图二所示。图二邯郸路地道平面示意图2、工程地质、水文地质施工场区主要土层为粉质粘土、砂质粉土及淤泥质粘土。基坑底板处在砂质粉土中，暗埋段围护桩进入粘土层大于6m，形成封闭隔水帷幕。潜水埋深为地面下0.5m；第⑤层微承压水对开挖有影响。3、基坑围护设计本工程采取了多种围护形式，小于4m深基坑段采用重力式挡墙；4～7m深段采用φ700SMW工法；7～11m深段采用φ850SMW工法；11m深有匝道段（加宽段）段采用φ1000咬合桩；国定路口处采用φ1000灌注桩+旋喷桩。基坑深度超7m设三道φ609钢管支撑。如图三所示三、方案的选择针对本基坑最宽段（K0+735～K0+955）施工场地小，周边建筑近，管线多，要求基坑变形小，抗渗标准高的特点。经对各类围护结构进行技术性能比较，该段围护采用钻孔咬合桩，咬合桩径为φ1000，一荤桩一素桩交替布置，桩混凝土强度均为C30，桩长22m，共施工了550根桩。基坑内采用三道φ609钢管撑，中间设两道格构柱。见图三所示。荤桩（B桩）中配钢筋笼，配筋如图四所示。图三咬合桩段围护设计断面图图四荤桩（B桩）钢筋龙配筋图四、咬合桩工艺主要特点1、原理概述咬合桩，即采用机械磨孔、抓斗取土、套管下压施工。桩与桩之间相互咬合排列的一种基坑围护结构。咬合桩的排列方式为一个素砼桩（A桩）和一个钢筋砼桩（B桩）间隔，如图五所示先施工A桩，后施工B桩，A桩砼采用超缓凝型砼，要求必须在A桩砼初凝之前完成B桩的施工，B桩施工时，利用套管桩机的切割能力切割掉相邻A桩相交部分的砼，实现了咬合。图五φ1000咬合桩平面示意图（单位：mm）2、工艺流程（见图六）]施工砼导墙平整场地吊装安放套管压入套管抓土、套管磨进清除虚土，检查孔底放入砼灌注导管施工砼导墙平整场地吊装安放套管压入套管抓土、套管磨进清除虚土，检查孔底放入砼灌注导管测定砼面测放桩位B桩吊放钢筋笼测量孔深灌注砼逐次拔套管测控垂直度套管桩机就位对中桩机移位校对垂直度图六咬合桩施工工艺流程图3、排桩施工流程是：A1—A2—B1—A3—B2—A4—B3……，（如图七所示）：图七排桩施工流程图4、设备概述设备分两部分，主机为液压摇头式套管桩机，本工程采用MZ1000型，该桩机有两个液压卡盘，上卡盘可升降转动，能旋转、提升及下压套管；起成孔时磨进，成桩时提套管作用。配套使用的为履带吊机，履带吊行走机构与套管桩机相接，成为整体，可整体行走、定位、移动；履带吊在成孔时提降抓斗，抓出套管内土方；成桩时吊装钢筋龙、提升导管。详见附图八咬合桩设备图所示。图八咬合桩施工设备图5、咬合桩特点综述（1）邯郸路地道暗埋开孔结构段基坑采用咬合桩围护结构，在基坑开挖后，咬合桩外观整齐光洁，咬合桩的垂直度控制得较好，桩体完整性好，整体达到防渗止水效果。咬合桩施工质量完全达到了设计要求和验收标准。（2）咬合桩施工进度快、成孔成桩质量好、工程造价低，经济效益可观。（3）咬合桩属干孔作业，施工安全，噪音干扰小，无泥浆排放，利于环保。（4）咬合桩机成空全套管跟进，对周围土体扰动小，利于管线和建筑物保护。（5）咬合桩机机型小，适于城市楼群间施工。施工灵活，可根据需要转折变线，适于平面多变的几何图形或呈多种弧线的基坑。（6）配筋率低。采用钢筋混凝土桩与素混凝土桩间隔布置排列，降低了支护结构配筋率。（7）抗渗能力强。咬合桩是连续施工的，桩间不存在施工缝。（8）扩孔系数小，避免了孔壁坍塌，减少了砼灌注量。五、关键技术1、孔口定位误差的控制为了保证咬合桩底部有足够的厚度的咬合量,应对其孔口的定位误差进行严格的控制。为提高孔口的定位精度，在咬合桩桩顶以上设置钢筋砼导墙，导墙上定位孔的直径比桩径大40㎜。导墙即是开孔定位的标尺，又是成孔施工过程控制的基准线，同时又是磨桩机、履带吊的工作平台，其刚度、精准度至关重要。桩机就位后，将第一节套管插入定位孔并检查调整，使孔口定位误差控制±10㎜。见图九导墙示意图。图九导墙示意图2、桩的垂直度的控制为了保证咬合桩底部有足够厚度的咬合量，除对其孔口定位误差严格控制外，还应对其垂直度进行严格的控制，根据我国《地下铁道工程施工及验收规范》规定，桩的垂直度标准为3‰。成孔过程中要控制好桩的垂直度，必须抓好以下三个环节的工作。（1）套管的顺直度检查和校正咬合桩施工前在平整地面上进行套管顺直度的检查和校正，首先检查和校正单节套管的顺直度，然后将按照桩长配置的套管全部连接起来进行整根套管（15～25m）的顺直度偏差宜小于10mm。检测方法：于地面上测放出两条相互平行的直线，将套管置于两条直线之间，然后用线锤和直尺进行检测。（2）成孔过程中桩的垂直度监测和检查◆地面监测：在地面选择两个相互垂直的方向采用经纬仪或线锤监测地面以上部分的套管的垂直度，发现偏差随时纠正。这项检测在每根桩的成孔过程中应自始自终坚持，不中断。◆孔内检查：每节套管压完后安装下一节套管之前，都要停下来用线锤进行孔内垂直度检查，不合格时需进行纠偏，直至合格才能进行下一节套管施工。（3）纠偏成孔过程中如发现垂直度偏差过大，必须及时进行纠偏，纠偏的常用方法有以下三种：◆利用桩机油缸进行纠偏：如果套管入土不深（5m以下），可直接利用钻机的两个顶升油缸和两个推拉油缸调节套管的垂直度，即可达到纠偏的目的。◆A桩纠偏：如果A桩在入土5m以下发生较大偏移，可先利用钻机油缸直接纠偏，如达不到要求，可向套管内填砂或粘土，一边填土一边拔起套管，直至将套管提升到上一次检查合格的地方，然后调直套管，检查其垂直度合格后再重新下压。◆B桩的纠偏：B桩的纠偏方法与A桩基本相同，其不同之处是不能向套管内填砂或粘土而应填入与A桩相同的砼，否则有可能在桩间留下土夹层，从而影响排桩的防水效果。3、超缓凝混凝土的技术参数（1）确定的原则和方法为了满足咬合桩的施工工艺的需要，超缓凝混凝土必须达到以下技术参数的要求。◆A桩混凝土缓凝时间≥60小时，其确定的方法如下：Ⅰ测定时间单桩成桩所需时间t应根据工程具体情况和所选桩机的类型在现场作成桩试验来测定。试验结果t为12~15小时，取上限值t=15小时。Ⅱ确定A桩混凝土缓凝时间T根据下式计算A桩混凝土的缓凝时间，可根据下式进行计算。T=3t+K式中：T——A桩混凝土的缓凝时间（初凝时间）；K——储备时间，一般取1.0tt——单桩成桩所需时间◆混凝土坍落度：16±2cm确定原则：Ⅰ水下混凝土灌注注的需要；Ⅱ满足防止止“管涌”措施的需需要，◆混凝土的3天强强度值R33d不大于于3Mpaa。◆最终强度满足设设计要求（2）试验室试验成成果汇总表表表1序号设计强度龄期（d）坍落度（mm）水泥试块强度（Mpa）外加剂掺量（%%）初凝时间1C3028160P042.534.21.044.52C3028170P042.534.51.2453C3028170P042.534.81.4544C3028160P042.5361.5705C3028150P042.537.51.695从上表可见，超超缓凝外加加剂的掺量量对混凝土土的终期强强度基本无无影响。（3）模拟试验过程程（见图十十）①向小桶内加入超超缓凝混凝凝土②边拔小套套桶边加入入砼③成桩（桩周泥土土为现场土土样）④测定初凝凝时间图十模拟试验过程图图模拟试验超混凝凝混凝土的的初凝时间间比实验室室状态小88小时。这这与地下水水的稀释作作用有直接接关系。（4）试验结论：将试验成果进行行汇总，结结合模拟试试验，在本本工程将超超混凝外加加剂掺量定定位1.55%，超缓缓凝时间为为70小时。实实践证明，以以上参数的的确定是正正确、科学学的。4、如何克服“管管涌”如图十所示，在在B桩成孔过过程中，由由于A桩混凝土土未凝固，还还处于流动动状态，AA桩混凝土土有可能从从A、B桩相交处处涌入B桩孔内，称称之为“管涌”，克服“管涌”有以下几几个方法：：（1）A桩混凝土的坍落落度应尽量量小一些，不不宜超过118cm以以便于降低低混凝土的的流动性。（2）套管底口应始终终保持超前前于开挖面面一定距离离，以便于于造成一段段“瓶颈”，阻止混混凝土的流流动，如果果桩机能力力许可，这这个距离越越大越好，但但至少不应应小于1..5m。（3）如有必要（如遇遇地下障碍碍物套管底底无法超前前时）可向向套管内注注入一定量量的水，使使其保持一一定的反压压力来平衡衡A桩混凝土土的压力，阻阻止“管涌”的发生。（4）B桩成孔过程中应应注意观察察相邻两侧侧A桩混凝土土顶面，如如发现A桩混凝土土下陷应立立即停止B桩开挖，并并一边将套套管尽量下下压。一边边向B桩内填土土或注水，直直到完全制制止住“管涌”为止。如图图十一所示。图十一B型桩施工工过程中的的砼管涌现现象示意图图5、分段施工接头的的处理方法法往往一台桩机施施工无法满满足工程进进度，需要要多台桩机机分段施工工，这就存存在与先施施工段的接接头问题。采采用砂桩是是一个比较较好的方法法，如图十十二所示。在在施工段与与段的端头头设置一个个砂桩（成成孔后用砂砂灌满），待待后施工段段到此接头头时挖出砂砂灌上砼即即可。图十二分段施工接头预预设砂桩示示意图6、事故桩的处理理方法在咬合桩施工过过程中，因因A桩超缓混混凝土质量量不稳定出出现早凝现现象或机械械设备故障障等原因，造造成咬合桩桩的施工未未按正常要要求进行而而形成事故故桩。事故故桩的处理理主要分以以下几种情情况：（1）平移桩位侧咬合合如图十三所示,,B桩成孔孔施工时,,其一侧A11桩的砼已已经凝固,,使套管桩桩机不能按按正常要求求切割咬合合A1、A2桩。在在这种情况况下，宜向向A2桩方向向平移B桩桩位，使使套管桩机机单侧切割割A2桩施工B桩，并在在A1桩和B桩外侧另另增加一根根旋喷桩作作为防水处处理。图十三平移桩位位单侧咬合合示意图（2）背桩补强如图十四所示，B1桩成孔施施工时，其其两侧A1、A2桩的混凝凝土均已凝凝固，在这这种情况下下，则放弃弃B1桩的施工工，调整桩桩序继续后后面咬合桩桩的施工，以以后在B1桩外侧增增加一根咬咬合桩及两两根旋喷桩桩作为补强强、防水处处理。在基基坑开挖过过程中将AA1和A2桩之间的的夹土清除除喷上混凝凝土即可。图十四背背桩补强示示意图（3）预留咬合企口如图十五所示，在在B1桩成孔施施工中发现现A1桩砼已有有早凝倾向向但还未完完全凝固时时，此时为为避免继续续按正常顺顺序施工造造成事故桩桩，可及时时在A1桩右侧施施工一砂桩桩以预留出出咬合企口口，待调整整完成后再再继续后面面桩的施工工。图十五预预留咬合企企口示意图图口六、本工程中咬合桩桩与其它围围护桩结构构的性价比比1、咬合桩与工法法桩及灌注注桩等围护护结构技术术比较，见见表2。围护结构技术比比较表表表2比较项目灌注桩+旋喷桩桩（Ⅰ）咬合桩（Ⅱ）SMW工法（ⅢⅢ）备注施工工艺需两种工艺工艺先进，无需需泥浆护壁壁，扩孔系系数小构造简单，防渗渗性好施工方便性占用场地较大设备相对矮小灵灵活，占用用场地小机架高大，占用用场地较大大受环境的影响程程度较高的架空线不不必搬迁较高的架空线不不必搬迁架空线必须搬迁迁技术可行性灌注桩技术成熟熟；旋喷桩桩质量受地地下障碍物物影响能有效应对地质质变化，能能清除地下下障碍物水泥土技术有待待进一步成成熟，地下下不能有障障碍物施工进度灌注桩一台3～～4根/天，两种种工艺需单单独占用工工期每台3～4根/天单机进度快，115～18米/台.天安全可靠性刚度较大整体性好，刚度度较大柔性支护，对支支撑的依赖赖性高文明施工有泥浆排放无泥浆有泥浆排放与结构的关系只做围护结构，能能承担部分分水土压力力只做围护结构，能能承担部分分水土压力力只做围护结构抗渗性有多处渗漏连续施工无渗漏漏有个别渗漏墙体最大位移51.67mmm32.3mm72.2mm附墙体位移图十十六2、咬合桩与工法法桩及灌注注桩等围护护结构经济济比较，见见附表3。围护结构构经济比较表表表3（取200m长，20m深）比较项目灌注桩+旋喷桩桩（Ⅰ）咬合桩（Ⅱ）SMW工法（ⅢⅢ）备注工程量（m3）钢砼2884旋喷桩40200钢砼1862超缓凝砼18662型钢水泥土34437综合单价为实际际成本价。括号内单价及合合价为本工程型钢水泥土土含型钢租租金后价格格。综合单价（元）桩混750旋喷桩420800630（1090）合价（万元）385300234（375）经济合理性价格较高介于灌注桩与工工法桩之间间型钢如能及时回回收，价格格最经济3、SMW工法桩、咬咬合桩及灌灌注桩桩体体位移比较较图邯郸路地道监测测土体位移移最终曲线线图CX35（K00+6955南侧）工工法桩CX44（K00+8500南侧）咬咬合桩CX57（K11+0600北侧）灌灌注桩深度(H)累计变化开挖面开挖面深度(H)累计变化深度(H)累计变化第一道撑第一道撑第二道撑第二道撑第三道撑第三道撑开挖面开挖面0.55.440.50.930.50.6416.25第一道撑第一道撑15.5312.881.58.231.59.26第一道撑第一道撑1.54.96212.84212.1126.602.515.912.515.042.58.72319.30317.26310.753.522.653.520.763.512.45427.67第二道撑第二道撑422.81第二道撑第二道撑414.184.530.984.526.344.516.01535.00527.49517.905.539.385.528.555.520.04642.65630.56623.136.549.84第三道撑第三道撑6.530.896.527.04753.14731.04第三道撑第三道撑729.567.558.237.531.817.532.70862.35832.02836.308.566.208.532.338.539.84968.50932.15943.439.570.639.533.139.546.471071.921032.991048.9910.572.2010.532.82开挖面开挖面10.550.101171.721132.191151.6711.571.2211.531.1211.549.601270.091229.291245.7812.568.3012.527.8312.542.461366.371326.271340.8613.563.8813.525.0813.539.281459.111424.101436.2814.556.8414.522.5314.534.591552.231520.711533.2315.547.6515.519.4315.532.111644.191618.151629.5316.539.1516.516.7316.527.221736.521714.891725.1617.529.6417.513.6417.521.121825.821812.331817.2818.521.0018.510.3718.513.621915.22197.85198.8619.510.311