咬合桩施工技术研究及应用

咬合桩施工技术研究及应用

彭根

（中铁建工集团有限公司，北京 100070）

摘要：咬合桩在国内施工应用起源于20世纪末，随着城市建筑用地的收缩，高层建筑拔地而起，深基坑向深层大面积扩展，支护和止水帷幕施工技术，研究和应用受到施工单位高度重视。由于咬合桩对深基坑支护、止水的双重作用，特别是对邻近建筑物的基坑支护和止水具有高效灵活的特点，现在被广泛应用，也是工程技术人员必须掌握的一项核心技术。作者经多年理论研究和应用，以福州市鼓楼区香格里拉大酒店二期项目咬合桩施工为平台，总结施工技术和经验，方便与同行交流。

关键词：咬合桩；施工；技术；

0 引言

本文主要结合工程实例对咬合桩的施工工艺进行研究对比，通过施工材料、施工顺序、关键技术、成桩质量等参数反复研究和试验，并为类似工程案例提供参考。

1 工程概况

香格里拉二期B区西侧为已建的香格里拉酒店一期工程（桩基，一层地下室），B区基坑与香格里拉一期相距1m,设计基坑围护和止水帷幕采用咬合桩+水平钢筋砼桁架结构、局部采用钢筋砼板支撑系统，桩基持力层为中（微）风化花岗岩，桩长27～35m。基坑相对于自然地坪15.6m，局部达到18m，地下室共四层。

（1）工程地质情况

根据场地岩土工程勘察报告，场地上部土层及参数自上而下依次为：

（2）本场地基坑开挖范围内的地下水分布

本工程地下水的初见水位埋深为1.60～2.40m。稳定水位埋深为1.80～2.60m之间，稳定地下水位标高在4.43～5.60m之间，主要为上层滞水水位。

据调查，本场地附近3～5年最高水位为6.50m，历史最高洪水位约为7.00m。

（3）基坑支护方案简介

1）二期B区基坑采用灌注桩（可采用冲（钻）孔、旋挖桩）加三道钢筋混凝土桁架内支撑支护形式。灌注桩桩径Φ1000@1200(1300)、Φ1100@1400。

2）本基坑的安全等级为一级，工程重要性系数取γ=1.1

2 咬合桩施工方案

（1）施工方法

1）根据本工程地质条件、设计及工期要求，结合支护桩设计要求，本工程支护桩成孔工艺采用旋挖钻机成孔，泥浆护壁，履带吊、装载机配合成孔，导管浇筑水下砼或砂浆。没有采用全套管成孔的根本原因是降低工程造价。

2）设计“素桩”C15砼，打完一个序列后，发现C15砼桩钻进难度极大，使用金刚石钻头，磨损严重，更换频繁，成孔时间长。经过与设计、实验室研究，将C15砼改为缓凝M7.5P8砂浆（水下），经过一个序列施工，成孔顺利。

3）由于施工工程桩时偶遇地下障碍物孤石、岩石、地下砼构筑物，配备一台冲击钻机，在遇深层障碍物时，更换冲击钻机成孔。

4）混凝土、砂浆均采用商品砼，保证质量和缓凝时间。

（2）施工顺序

1）结合现场实际情况，B区咬合桩安排2台旋挖钻，总体自南向北施打。

2）各咬合桩的施工顺序

图中A1~A4为φ1000@1200(φ1100@1400)C30钢筋砼围护桩，俗称“荤桩”，B1~B5为φ1000@1200(φ1100@1400)素混凝土C15咬合桩，俗称“素桩”，两侧各咬合400mm。施工顺序为： B1→B3→B5→B2→B4→A1→A2→B7....，依次轮流由南向北施工。

为了减少施工过程中相邻孔间的扰动，一般采用隔四孔为一个单元序列施工工法。即施工时，先施工B1、B3、B5桩....，再施工B2、B4桩...,最后施工相邻的A1、A2桩。B桩用缓凝水下砂浆，便于切削钻孔，以满足A桩施工与B桩的咬合。

3）“素桩”采用缓凝水下砂浆，缓凝时间控制在初凝10.5h，终凝13.5h左右；“荤桩”在相邻的“素桩”终凝之前1小时施工，保证“素桩”在施工“荤桩”时不受扰动或者“松散”。通过现场实际施工计时，即便36小时后，施工“荤桩”也能够顺利成孔，更不会存在“扰动”、“松散”状况。

3 施工工艺流程及要点

1）孔灌注桩工艺流程

场地平整夯实→粗测→护筒放置→桩机就位→精测→护筒和桩机调整→固定护筒→泥浆制备→钻孔取土→遇到蹋孔处置→遇到障碍物处置→岩石层，取岩样鉴定留置→测量孔深→清空→下导管→灌注成桩。

2）护筒埋设

测量放线，标出孔中心点和轴线，在旋挖钻机就位以后，先预钻一个三米深左右的导孔，导孔底一定要夯实平整，最好浇筑50mm厚的砂浆垫层，导孔的直径只要能顺利放入护筒即可。护筒埋深3m，露出地面500mm，正对排渣池中留有排渣孔，再精测中心点和轴线后，矫正护筒，四周用废钢筋头固定护筒，然后护筒外围填土夯实。

3）桩机就位调整

由于本工程自然地坪多为建筑砖渣和砼块，未采用先做砼导孔和砼走板方法。桩机就位前场地必须平整碾压，保证基底承载力，铺上钢板，桩机就位钢板上。桩机钻杆对准护筒中心，测量桩机四角平整度和钻杆垂直度，试钻1m深左右，再测量桩机的平整度和钻杆垂直度，如果和第一次测量误差较大，必须调整平整度和钻杆对中心点的垂直度，直到符合规范要求，开始钻孔。

4）泥浆护壁 

泥浆沙粒含量实测5%-6%，重点随时监测泥浆比重和黏度。泥浆比重多次反复测量在1.95-1.21左右，黏度实测在24-26s，胶体含量实测92-95%，过程中要抽测。如果泥浆搅拌不均匀，或者使用的黏土不符合要求，泥浆指标不稳定，造成护壁效果不佳。

5）吊放钢筋笼 

“荤桩”成孔合格后吊放钢筋笼。在钢筋笼下放之前，要固定好二次注浆管。钢筋笼超过22m,加工成三节，每一节相连用全丝套筒连接或采用搭接焊连接。为保证钢筋笼“下笼”顺利，先用自制“锥形钢筋测孔器”，测孔器底部绑上10kg铅锤和测绳，探入孔底，看是否顺利再决定安放钢筋笼。钢筋笼是否下到孔底，必须测量钢筋笼顶部标高决定。如果没有到达孔底，必须缓慢起吊，重新放置。为了防止钢筋笼上浮，采用钢管-地锚压住或加压配重形式。

6）灌注桩芯混凝土 

采用水下混凝土采用导管灌注施工。控制首次砼浇筑方量，目的是挤出孔底泥渣到导管外面，再排出，保证砼中没有混合泥渣而导致桩承载力不足或者是“断桩”，其次是保证导管插入砼深度，保证砼和孔中水分离，随着砼浇筑高度上升，水被挤出从排槽口中排出，同时保证上下砼的结合质量。

7）预置二次灌浆导管 

在预置灌浆导管时，不但在桩心要预置一次灌浆导管 ，在桩的咬合相交部分，还应布置直径为∮50mm左右的PVC导管（二次灌浆导管），为事后压密注浆提高排桩承载力和防渗效果做事前准备。

8）成桩维护 

灌注后的单桩或排桩，一是存在缩颈、桩身搭接错位、承载力不足等等缺陷，必须通过注浆进行事后补救维护。其次，桩砼初凝后3h内，四周2.5倍桩径范围内不得有大型或重型设备碾压。

4.关键技术

（1）控制钻孔咬合桩桩位

为了保证钻孔咬合桩有良好的咬合效果，应严格控制孔口的定位误差，孔口定位误差的允许值见下表（mm）。

（2）单桩垂直度的控制

为了保证钻孔咬合桩底部有足够的咬合量，除严格控制孔口定位误差外，还应对其垂直度进行严格的控制，根据相关规定，桩的垂直度标准应小于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：

1）成孔过程中桩的垂直度监测和检查

a地面监测：用SR系列旋挖钻机时，可自动保证垂直度在3‰范围以内。

b孔内检查：粗测采用自制锥形测孔器检测（钢筋焊接而成）和10kg铅坠测绳。精测成孔质量可采用超声波三维成像检测仪，测出孔径、孔深、缩扩径。

2）纠偏

成孔过程中如发现垂直度偏差过大，必须及时纠偏，一般是利用钻机的套管驱动器来进行切削钻进纠偏即可。

（3）排桩的轴线控制

在咬合桩施工前，用全站仪放出轴线和折线轴线位置，轴线两端设置永久性（桩全部完成后即可拆除）的“门式”轴线控制桩，四周围护栏保护。在定好桩的中心点位置后，用全站仪矫正中心点是否位于轴线上。

（4）超缓凝砼的缓凝时间探讨

B桩采用低标号砼c15，缓凝时间应根据钻机施工咬合桩工序要求时间来确定，单桩成桩时间又与地质条件、桩长、桩径、钻进能力及操作工艺水平等有直接的关系。因此，B桩缓凝时间主要根据以下因素来确定：

1）根据工程的具体情况和所选钻机的类型在现场作成桩试验来测定A、B桩单桩成桩所需时间tA、tB。tA=10h,tB=6h。

2）B桩砼缓凝时间，可根据下式计算

  T=k(2tA + tB )

式中T——B桩混凝土的缓凝时间（初凝时间）；

    k——不可预见因素影响系数，k=1.20；

tA、tB——A、B型桩单桩成桩所需时间。

T=k(2tA + tB )=1.2×（2×10+6）=31.2h

通过现场实际施工B桩采用C15缓凝时间:在30-32h前,施工A桩，旋挖钻机采用“三一重工”360型号，由于普通钻头难以钻切“素砼桩”，钻头采用截齿钻岩金刚石钻头（22个单钻头组成），成孔时间长，钻头容易崩齿，成本高。但B桩采用砂浆桩，3天强度达到2.9MP,即使终凝后2天都能成孔,因此，本工程施工单位技术人员与设计人员、实验室共同研究，把B桩直接设计成砂浆桩，设计通过计算，能够满足抗剪和整体稳定性要求，实验室配置了高效缓凝减水剂，水下砂浆初凝时间10h20min，终凝时间13h15min，完全满足施工要求。

（4）预防“浮笼”措施

1）确保灌桩混凝土的和易性良好，其粗骨料粒径满足＜20mm的要求；

2）钢筋笼的加工尺寸应确保精确，在转运、吊装过程中采取可靠措施防止钢筋笼扭曲变形；

3）在钢筋笼底部加焊一块比钢筋笼略小的薄钢板，增加其抗浮能力。

（5）分段施工节点连接技术

往往一台钻机施工无法满足工程进度要求，需要多台钻机分段施工，这就存在首尾段之间的节点连接问题。节点连接一般采用砂桩过渡的方法，即先施工段的端头设置一个砂桩（即成孔后用砂灌满）用以在相邻的B桩预留出咬合企口，待后施工段到此节点时在砂桩桩位重新成孔挖出砂并灌上混凝土即可。

（6）钻孔咬合事故桩的处理措施

在钻孔咬合桩施工过程中，因B桩超缓凝混凝土的质量不稳定出现早凝现象或机械设备故障等原因，造成钻孔咬合桩的施工未能按正常要求进行而形成事故桩，事故桩的处理主要分以下几点情况

1）平移桩位单侧咬合

如下图所示，B1桩切割咬合施工时，A1桩的混凝土已经凝固，使钻机不能按正常施工条件切割咬合A1、A2桩完成B1桩。在这种情况下，可向A2桩方向平移B1桩桩位，使钻机单侧切割A2桩，以后在A1与B1桩外侧另增加一根旋喷桩作为过渡处理。

平移桩位单侧咬合

2）用后压浆技术，旋喷补强技术等法处理排桩之间的缺陷是十分有效的技术。

5.质量控制

加强施工现场管理是其质量控制的基本保证，保证各主要环节的施工能够满足设计要求。

钻孔咬合桩施工过程中主要质量控制标准

参考文献

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