钻孔咬合桩在基坑围护结构施工中的应用

摘要：在天津城区地铁隧道采纳明挖法施工时，本地质条件复杂，不宜于施工水泥搅拌桩止水帷幕时，常采纳地下持续墙。本文对钻孔咬合桩这一围护结构型式在天津地铁改、扩建工程中的第一次应用进行了详细介绍，对其在天津地铁基坑中的应用进行了实际工程监测，并进行了评判分析，以为咬合桩在地铁施工中有广漠的应用前景。

关键词：基坑；钻孔咬合桩；工程监测

1.前言

天津目前正在进行大规模地铁建设，其中在市区部份地段采纳了明挖法[1].由于城市中心地带建筑物、交通设施浓密，故地铁工程的基坑开挖只能在支护结构爱惜下进行垂直开挖。目前地铁深基坑围护结构一样采纳的形式有钻孔灌注桩加水泥搅拌桩复合结构，地下持续墙结构和ＳＭＷ工法[23].相对上述围护结构，钻孔咬合桩在天津较少有应用。该方式在国外及国内部份地域，已具有成熟的施工体会与工法，有很多成功的工程实例。其适用于沿海地域软弱地层、含水砂层地质情形下的地下工程深基坑围护结构的施工。它采纳的是钢筋混凝土桩与素混凝土桩切割咬合成排桩的型式，其围护和止水成效专门好，工程造价比地下持续墙和人工挖孔桩要低20%～30%左右。为此，在天津地铁西南角车站深基坑工程中引入了钻孔咬合桩工法。

2.工程概况

天津地铁1号线既有线改、扩建工程西南角站，位于四马路、南开三马路与黄河道、南马路交口处，呈南北走向。本车站将既有结构全数拆除，依照新的建筑平面从头构筑新结构。改建段结构全长ｍ。

工程地质与水文地质

改建段区间位于第四系全新统人工填土层（Ｑｍｌ）、新近沉积层（Ｑ43Ｎｓｉ）、第Ⅰ陆相层（Ｑ43ａ1）、第Ⅰ海相层（Ｑ24ｍ）中，岩性以杂填土、粉质粘土、粉土为主，土质松软，多呈可塑～流塑状，属中～高紧缩性土。场地地下水类型为孔隙潜水，贮存于第四系粘性土、粉土及砂类土中，地下水埋深～4ｍ，水位变幅1～2ｍ。

设计情形

该车站主体为地下一层多跨矩形框架结构，采纳明挖顺作法施工。原设计方案基坑围护结构采纳钻孔灌注桩加水泥搅拌桩止水帷幕，坑内设钢支撑系统。但由于本工程基坑开挖较深，达到了10ｍ，且其中一段基坑与一栋高层建筑———金禧大酒店距离仅6ｍ，而且由于开挖处杂填土中埋有原地铁修建时抛弃的建筑垃圾，有很多如钢筋、废

木材、模板等各类杂填物，情形超级复杂，经现场实验后发觉一样钻孔灌注桩成桩较困难；另外，本段地下水埋藏较浅且丰硕，桩孔易发生坍塌变形。钻孔咬合桩由于采纳了全钢套管护壁，能有效地避免孔内流砂、涌砂现象的产生，而且通过现场实时监测其成孔精度即可取得有效操纵，其“一荤（指钢筋混凝土桩）”、“一素（指素凝土桩）”彼此咬合排列，挡土和止水成效极佳，经济性好。最后经多方面因素综合考虑，本工程决定采纳咬合桩这一新型围护结构型式。

3.钻孔咬合桩施工技术

工艺原理

钻孔咬合桩的排列方式为一根素混凝土桩（Ａ桩）与一根钢筋混凝土桩（Ｂ桩）距离布置。Ａ桩采纳缓凝型混凝土，Ｂ桩采纳一般混凝土，先施工Ａ桩，后施工Ｂ桩。天津地铁西南角站钻孔咬合桩采纳的是全护筒冲弧法，即在双侧Ａ桩成桩后利用护筒钻机的下压切割能力，在切割掉Ａ桩部份混凝土的同时使Ｂ桩成桩。最后成效是使Ｂ桩嵌入双侧Ａ桩一部份，形状类似于彼此咬合，故形象的称为咬合桩。

工艺流程

导墙施工

为了保证钻孔咬合桩孔口定位的精度并提高桩体就位效率，应在咬合桩成桩前第一在桩顶部双侧施作混凝土导墙或钢筋混凝土导墙。

单根咬合桩施工工艺流程

（1）护筒钻机就位：当定位导墙有足够的强度后，用吊车移动钻机就位，并使主机抱管器中心对应定位于导墙孔位中心；

（2）单桩成孔：其步骤为随着第1节护筒的压入（深度为～ｍ），冲弧斗随着从护筒内取土，一边抓土一边继续下压护筒，待第1节全数压入后（一样地面上留1～2ｍ，以便于接筒）检测垂直度，合格后，接第2节护筒，如此循环至压到设计桩底标高；

（3）吊放钢筋笼：关于Ｂ桩，成孔检查合格后进行安放钢筋笼工作，现在应保证钢筋笼标高正确；

（4）灌注混凝土：如孔内有水，需采纳水下混凝土灌注法施工；如孔内无水，那么采纳干孔灌注法施工并注意振捣；

（5）拔筒成桩：一边浇注混凝土一边拔护筒，应注意维持护筒底低于混凝土面≥ｍ。

排桩施工工艺流程

流程：Ａ1→Ａ2→Ｂ1→Ａ3→Ｂ2→Ａ4→Ｂ3……。

操纵方法

（1）成孔精度操纵：为操纵咬合桩的成孔精度达到《地下铁道工程施工及验收标准》[4]要求，采纳成孔精度全进程操纵的方法。本工程采纳的是在成桩机具上悬挂两个线柱操纵南北、东西向护筒外壁垂直度并用两台测斜仪进行孔内垂直度检查。发觉有误差时及时进行纠偏调整。 （2）Ａ桩混凝土缓凝时刻的确信：在测定出单桩成桩所需时刻ｔ后，可依照下式计算Ａ桩混凝土缓凝时刻Ｔ

Ｔ=3ｔ+Ｋ

其中，Ｋ为储蓄时刻，一样取ｔ。

施工问题与解决方案

（1）避免管涌方法：在Ｂ桩成孔进程中，由于Ａ桩混凝土未完全凝固，还处于流动状态，因此其有可能从Ａ、Ｂ桩相交处涌入Ｂ桩孔

内，形成“管涌”。克服方法有：①操纵Ａ桩坍落度<14ｃｍ；②护筒应超前孔底至少15ｍ；③实时观看Ａ桩混凝土顶面是不是下陷，假设发觉下陷应当即停止Ｂ桩开挖，并一边将护筒尽可能下压，一边向Ｂ桩内填土或注水（平稳Ａ桩混凝土压力），直至制止住“管涌”为止。

（2）遇地下障碍物处置方式：由于咬合桩采纳的是钢护筒，因此可吊放作业人员下孔内清除障碍物。

（3）克服钢筋笼上浮方式：在向上拔出护筒时，有可能带起放好的钢筋笼。预防方法可选择减小Ｂ桩混凝土骨料粒径或可在钢筋笼底部焊上一块比其自身略小的薄钢板以增加其抗浮能力。

4.工程实践成效与分析

在对各类围护结构型式比选后，最终在天津西南角地铁车站基坑工程当选择了钻孔咬合桩这一新工法。施工中，在靠近金禧大酒店一侧的基坑采纳φ1200咬合桩，其余基坑段采纳φ1000咬合桩，桩间咬合200ｍｍ，桩长为ｍ。由于咬合桩这一围护型式第一次在天津地铁工程中利用，而且基坑工程又是整个项目的重要工程，因此超级有必要在基坑开挖进程中跟踪施工进程，对桩体侧移、坑周地面沉陷和地层位移、周围建筑物、地下管网等变形及受力情形进行监测[5]，用取得的监测数据，与预测值或计算值相较较并进行分析，能靠得住的反

映工程施工所造成的阻碍，能较准确地以量的形式反映这种阻碍的程度，也能够对咬合桩的适用性进行客观、准确的评判。

监测方案

监测设备包括：高精度水准仪，经纬仪和测斜仪。依照施工设计，在基坑开挖和主体结构施工期间，要紧进行了变位、沉降、咬合桩变位和地下管线位移监测，监测对象及相应利用的仪器。

数据分析

从2003年8月初开始监测，到2004年2月底终止，前后共计七个月的时刻。在基坑开挖期间，工程中没有显现险情和事故，咬合桩防渗成效专门好，各项监测数据也比较平稳，现对下面几个监测内容取得的监测数据进行分析说明。

由监测数据结果所绘出的桩体侧向变形曲线图能够看出，咬合桩围护结构桩体的最大侧向变形一样均发生在基坑开挖面以上靠近坑底的部位。比较186号桩与52号桩的侧移曲线，可明显看到52号桩的桩顶水平位移和桩体最大侧移均比186号桩要大很多。分析其缘故，在图3中能够看出，186号桩位于一号线靠近金禧大酒店一侧的基坑边，由前述其桩径为1200ｍｍ，而52号桩桩径为1000ｍｍ。由于围

护桩的桩径增大，因此其抗弯刚度必将会相应提高，在基坑内支撑型式相同的情形下，那么桩身各部侧向变形量相应的会变小。52号桩桩顶最大侧移达到了ｍｍ，远大于186号桩的2ｍｍ。分析缘故是由于基坑开挖时第1道支撑加撑不及时，致使开挖后桩体悬臂状态暴露时刻太长所致。综合这两个桩体位置与其他测点桩体侧移数据来看，绝大部份桩体变形值均知足要求，最大变形值ｍｍ，小于设计要求的灌注桩、地连墙等围护结构水平侧移限值14ｍｍ。

在开始测量时地面已经存在微小的沉降。由于场地地下水位埋深较浅（～4ｍ），为了避免基坑开挖时坑内外水位差较大而引发的流砂、管涌等渗透破坏现象，本工程采取的是基坑外井点降水方法。因此能够认定，初始的微小地面沉降是由于基坑开挖前坑外降水引发的。地表沉降会随着施工进程时刻的增大而加大，最大沉降发生在52-2测点处，第二是桩头测点52-3，而距离基坑最远的52-1点沉降值已超级小了，说明此位置处地面沉降受基坑开挖阻碍已很小。

建筑物在坑外降水时即有必然的沉降，但沉降值很小。而显现沉降最快的时候，正是基坑从开挖至开挖到底这段时刻内。而后，这些测点尽管继续下沉，但下沉的速度明显变缓，最大沉降值仅为ｍｍ。综合基坑周围其他几幢建筑物的沉降值及地下管线的变形情形来看，最大沉降量在15ｍｍ之内，完全知足了标准[7]限定对主基坑周围建筑物和管线的沉降限值20ｍｍ的要求。

钻孔咬合桩新工艺的评判分析

从天津地铁一号线西南角站基坑工程采纳钻孔咬合桩这一新型围护结构型式的实际施工进程和成效看出，钻孔咬合桩相较较其他几种经常使用的围护型式有其自身专门大的优势：

（1）咬合桩采纳的是全护筒冲弧法，能够克服不良地质条件下灌注桩成桩困难的问题；

（2）咬合桩采纳钢护筒，不像灌注桩用的是泥浆护壁，能够大大减小泥浆四溢对周围环境的阻碍；

（3）咬合桩垂直度比灌注桩好，可不能塌孔，下挖进程中如碰到土体内有杂物阻碍时能够直接下去作业人员对杂物进行清理；

（4）从经济角度，咬合桩比地铁隧道基坑经常使用的地下持续墙结构要省20%～30%的经费，经济性好。

同时在本次工程的施工进程中也总结出了一些钻孔咬合桩施工的改良方式，如咬合桩导墙假设采纳预制结构而代替现浇结构，不仅能够加倍方便施工，而且经济性更好等等。

5.结论

（1）在本文所涉及的工程地质条件复杂的情形下进行地铁隧道施工，基坑开挖围护结构采纳钻孔咬合桩这种新的围护结构型式，达到了预期的目的；

（2）在基坑工程中，只要围护结构的挡土和止水成效好，并及时架设支撑，基坑开挖时对周围环境可不能造成太大的阻碍，完全能够保证紧邻高层建筑物的沉降变形知足要求；

（3）基坑外地表沉降会随着施工进程时刻的增加而加大，通过对本工程后续观测的结果来看，后期的沉降将持续半年左右才慢慢趋于稳固；

（4）钻孔咬合桩围护结构型式，当条件适那时，可应用在城市地铁施工中，必然会取得可观的社会效益和经济效益，将会有广漠的应用前景。