硬切割法钻孔咬合灌注桩施工及质量监督要点

鲁和祥

（上海市虹口区建筑业管理署，上海 200082）

1 工程概况

1.1 工程总体概况

本项目位于上海市虹口区，东临吴淞路，南临武进路，西靠乍浦路，北枕原海南路。地块三面临城市道路，西南角有一幢市级保护建筑(距基坑最近处约 10 m)，地铁 10号线隧道东西向穿越本地块。

本项目占地面积 16426 m2，建筑物为地下 3层、地上最高 29层，高度约 132.5 m，总建筑面积 97253 m2。基坑分北侧基坑和南侧基坑二块，北侧基坑呈矩形，面积约 440 m2，周长约 100 m，坑深 9.5 m；南侧基坑呈不规则多边形，划分成 1#～6# 小块，开挖总面积约 9500 m2，周长约 470 m，裙房区坑深 12.75 m，塔楼区坑深 14.05 m；基坑围护形式原来全部为地下连续墙(二墙合一，三轴搅拌桩止水帷幕，三道钢筋混凝土支撑)。

1.2 咬合桩施工背景

3#、4#、5#、6# 小基坑外侧围护墙施工区域，由于在地铁 10号线盾构推进期间，打设了双排φ850 三轴搅拌桩的保护措施，深度 15 m～16 m。如果维持原围护方案不变，连续墙施工可能会带来槽壁倾斜、塌方、渗漏水等不利影响，对地铁隧道和周边环境影响较大。

3#、4# 坑区域内原为区政府机关办公楼人防地下室，清障工作不彻底。地下连续墙施工前，必须全面完成清障工作，清障工作成本较高。

通过与参建各方协商，并与地铁方面进行沟通，C1 块和C2 块靠近地铁 10号线一侧围护由地下连续墙改为硬切割钻孔咬合灌注桩排桩，该方案集清障、加固、成墙于一体。

1.3 本工程难点分析

1.3.1 位于闹市区，离居民区近，周边建筑物变形控制要求高

基坑北侧和南侧大部分建筑物为1930年附近建造的砖木结构民房(南侧离保护建筑最近10 m)，基坑变形对房屋结构影响大，周边建筑物变形控制要求高。

1.3.2 咬合桩垂直度控制要求高

本工程咬合桩为全笼，A 桩中安放矩形笼，B 桩中安放圆钢筋笼，钢筋笼井口连接的垂直度及定位要求更高，特别是 A 桩中的矩形笼，φ1000 mm的咬合桩，咬合 200 mm 后中间宽度仅为600 mm，安放 380 mm 宽的矩形笼后每侧只有 110 mm的净空，桩长 18.5 m的钢筋笼垂直度必须控制在1/300 才能满足咬合桩施工要求；为保证咬合桩排桩正常咬合，A、B 桩成孔垂直度也必须控制在 1/300(钻孔灌注桩垂直度控制要求为1/100)，因此垂直度的控制是咬合桩施工的难点。

1.3.3 地铁变形控制要求高

咬合桩外边线离地铁最近5 m～6 m，为保证地铁安全运行，地铁隧道变形报警值为10 mm。

2 设计要点

2.1 设计要求

本工程咬合桩共 207 根，A 序桩为104 根，B 序桩 103根，桩的直径 1000 mm，采用 C30 水下混凝土；基坑开挖深度 8.85 m，其中：A 序桩长 18.5 m(桩底标高 -15.6 m)，B序桩长 18.5 m(桩底标高-15.6 m)，桩间搭接宽度 200 mm。A 序桩为方形钢筋笼，二端主筋为10φ28、侧向钢筋为4φ16、环筋 φ10＠100、加强箍为φ14＠1500；B 序桩为圆形钢筋笼，主筋为16φ28、环筋 φ10＠100、加强箍为φ14＠1500。

2.2 施工成桩质量标准

桩的垂直度≤0.3%，桩的保护层厚度 100 mm，充盈系数≥1.0，沉渣厚度≤100 mm，咬合桩不仅作基坑围护结构，还将作为主体结构的复合墙体。

2.3 实体检测要求

超声波检测混凝土密实度，抽查数量不少于20%。

2.4 施工工艺要求

(1)咬合桩设备的选型要合理：根据地质报告，选择与该地层扭距相匹配的机械。

(2)采取旋挖与冲抓相结合的取土方式。

(3)配套的吊机等大型设备需根据实际受力情况计算后确定。

(4)施工期间的工作面需分散，避免集中，以减少对土体的扰动。

(5)选择适当的施工参数。

(6)验算承压水层的安全状况，如不满足的情况下，需采取孔内灌浆的施工方法，以防承压水的突涌。

3 施工要点

3.1 硬咬合与软咬合

软咬合桩是国内较成熟的施工工艺。不足之处如下。

(1)咬合成败依托于超缓凝剂的效用，A 桩成桩时间超过缓凝剂缓凝时间，将导致 B 桩咬合成桩失败，引发各种工程事故，带来巨大的经济损失。

(2)A 桩混凝土采用超缓凝剂，B 桩咬合施工的过程中，A 桩受动水冲刷，桩身混凝土质量降低。

(3)由于受施工机械自身动力及套管下压模式的局限，须先清理障碍物再进行施工，既延滞了工期，也带来很大的经济浪费。

硬咬合桩是一种集清障、止水和围护功能于一体的新型绿色围护施工技术。避免了采用超缓凝混凝土咬合桩工艺在完成切割咬合时，容易产生相邻孔混凝土管涌现象的发生而造成质量事故，采用了常规混凝土，降低了对混凝土的要求，节约了成本；采用硬切割工艺，具备超强切削能力的成孔机械，可以切割终凝后的C30 以上混凝土。

3.2 施工工艺流程

图1 咬合桩施工流程

咬合桩分 A 桩(先序桩)筋笼的桩，B 桩(后序桩)的桩，先施工 A 桩等 A 桩强度达到终凝后再施工两 A 桩之间的B桩，采用硬切割工艺。施工顺序见下图2。

图2 咬合桩施工顺序

4 质量监督要点

4.1 质量监督依据

国内尚无专用标准和技术规程，主要以设计要求、国家、上海市相关的规范和规程、以及试验阶段取得的施工参数作为本工程的监督标准依据，主要包括：基坑围护工程设计图纸及相关文件；GB 5007—2011《建筑地基基础设计规范》；DGJ 08-11—2010《地基基础设计规范》；JGJ 94—2008；《建筑桩基技术规范》；DG/TJ08-202—2007《钻孔灌注桩施工规程》；JGJ 18—2012《钢筋焊接及验收规程》；JGJ 106—2003《建筑桩基检测技术规范》；DGJ 08-218—2003《建筑基桩检测技术规程》；GB 50026—2007《工程测量规范》；GB 50497—2009《建筑基坑工程监测技术规范》；DG/TJ08-2001—2006《基坑工程施工监测规程》；GB 50204—2011《混凝土结构工程施工质量验收规范》；GB 50202—2002《建筑地基基础工程施工质量验收规范》；GB 50319—2012《建设工程监理规范》；试验桩施工时的技术参数。

4.2 质量监督计划

硬咬合钻孔灌注桩施工是一项新的工法，我们缺少监督经验，整个项目的监督计划是除了节点监督外，重点做好抽巡查监督工作。我们对咬合桩施工进行重点监管，监管节点下沉到导墙施工、钢筋笼制作与吊装、成孔、混凝土浇筑、混凝土切割五个关键节点和关键工序。

4.2.1 首次监督会议，重点检查方案评审、试成孔报告和监理细则等资料

检查建设单位交底会议是否在咬合桩施工前组织，会议纪要签字盖章要素是否齐全；检查建设单位是否组织专家对方案进行评审及专家评审意见落实情况，是否书面回复评审机构。检查勘察报告反映的地质水文情况是否和试成孔报告一致，是否需要重新补勘。检查基准点、基准线设置的位置、定期复核情况，计量器具检验的有效期。检查试成孔的位置、数量及报告(规范要求不少于2个)。检查专项施工方案是否经公司级和总监的审批，检查方案内容完整性和针对性(承压水验算)是否强。检查应急预案的内容完整性、针对性和可操作性。检查监理规划是否由总监组织编制，规划和细则内容是否包括针对咬合桩施工内容，是否按规定审批。检查监测方案中监测内容、频率、报警值是否符合设计和规范的要求。

4.2.2 过程抽巡查，重点检查关键工序或者关键节点资料和实体质量

(1)导墙施工。抽查测量放线记录、钢筋隐蔽验收、混凝土强度报告、抽测导墙厚度、宽度、桩孔定位偏差是否符合设计要求。本工程设计要求混凝土导墙厚度 300 mm，导墙宽度为咬合桩两侧各2000 mm，导墙孔口20 cm 处稍高于地面，导墙内配 φ16@250双向钢筋，导墙的混凝土等级C30，导墙施工图如下图3。

图3 导墙施工图

为保证桩孔定位，导墙中桩孔比桩径大 20 mm，设计要求导墙混凝土强度必须达到 70% 后，方可安装成孔设备。

(2)钢筋笼制作与吊装。抽查钢筋出厂证明书、试验报告，是否按炉批号、规格、数量分批验收和抽样复试；抽查钢筋数量、规格、间距(主筋间距规范要求不少于80 mm)、钢筋笼尺寸偏差是否符合设计和规范要求。

表1 钢筋允许偏差

抽查钢筋笼底部是否安装抗浮钢板或者钢筋网片，防止钢筋笼上浮。

抽查钢筋笼连接单面焊接焊接长度、搭接、错开距离和接头检测。规范要求单面焊接长度不小于10 d，接头数量不大于主筋数量50%，错开距离不少于主筋直径 35 倍。每 300个接头抽检 1 组。

抽查钢筋定位是否符合方案要求。方案中圆笼四个方向均匀安装8个高强度砂浆垫块，方笼一般按下图要求定位。

图4 方笼定位图

抽查钢筋笼吊点设置是否符合设计或方案要求。

抽查钢筋笼现场吊装和钢筋笼连接垂直度控制方法是否和施工方案一致。

(3)成孔。抽查成孔垂直度控制及纠偏处理方法及记录。方案中垂直度控制方法为：利用设备自带的水平监测系统检验套管垂直度，并每孔三次在套管的两个垂直方向架设经纬仪进行垂直度动态复核控制。

方案中，纠偏处理方法为：如果套管入土深度＜5 m：起拔套管 100 mm，利用钻机自身水平调整设施进行水平调整，务必确保套管的垂直度，并利用铅垂复测；如果套管入土深度＞5 m，起拔套管至入土深度＜5 m，根据套管的入土深度＜5 m 纠偏方式进行套管纠偏(A 桩纠偏灌入粗砂，B 桩纠偏灌入同标号混凝土)。

抽查成孔记录中指标偏差和检测方法是否符合下表2 要求。

表2 成孔记录中指标偏差和检测方法

抽查清孔记录，看沉渣厚度是否符合设计要求(不大于100 mm)。

全套管钻机做钻孔灌注桩成孔效果较好，沉渣厚度满足要求(100 mm)，无须进行清孔处理；沉渣厚度不满足要求，则在下放导管后进行清孔，参照钻孔灌注桩第二次清孔方式。

(4)混凝土浇筑。抽查混凝土配合比。设计要求水下混凝土比普通混凝土强度等级提高一级，混凝土初凝时间不少于8 h。

抽查混凝土坍落度记录。根据试成孔的报告，检查坍落度记录中坍落度是否符合干孔不宜超过 140 mm，水下灌注160 mm±20 mm 要求。

抽查导管直径，壁厚及安装。规范要求小于800 mm桩，导管直径 200 mm；800 mm～1500 mm，桩，导管直径250 mm；1500 mm 以上桩，导管直径 300 mm；导管直径小于250 mm，壁厚不小于5 mm，超过 250 mm，壁厚不应小于6 mm。导管底口离孔底不小于500 mm。

抽查混凝土初灌量和导管埋入深度。方案中计算为0.86 m3，规范要求导管埋入深度不小于1 m。

抽查混凝土试块制作记录。规范规定每灌注 50 m3必须有 1 组试件，低于50 m3，每根咬合桩必须有 1 组试件，咬合桩的抗渗试块暂无明确的标准取值，故按照《地下防水工程施工质量验收规范》的标准进行，即 500 m3一组。

抽查混凝土充盈系数，设计要求大于1.0，(钻孔灌注桩大于1.0 小于1.3)。

(5)混凝土切割。抽查 B 序桩成孔垂直度控制和纠偏记录。混凝土切割质量是咬合桩施工成败的关键所在，方案分析，B 序桩成孔施工时，套筒在旋围时切割土体和A 序桩的部分混凝土，不同材料的软硬程度不同，对机械工人的操作产生影响，从而影响成孔的垂直度，施工单位要及时进行纠偏；桩机的旋进速度进行控制，开孔时先慢速钻孔，正常进入后，再按照正常进度旋转进入。

抽查从业人员资格、施工材料报审表、旁站监理计划及记录、隐蔽工程验收、检验批验收、见证取样记录、监理日记等资料，检查从业人员特别是总监在项目部履职情况。

抽查监测频率是否和监测方案一致，监测报告中监测指标是否和方案一致，从业人员是否具有测量从业人员资格。

4.2.3 结合基坑开挖条件验收，重点检查施工过程出现问题的处理资料

在基坑开挖条件验收会议上，抽查缺陷桩、分段施工桩交界、咬合桩和连续墙交界处处理；抽查监测数据报警处理(监理单位、设计单位、管线单位和地铁是否有处理意见)等施工遗留问题。

施工交界面和不同围护形式交界处是基坑工程最容易因渗水出现问题的地方，监督中要特别注意检查施工单位是否按照设计或方案要求进行了处理。

施工过程中，地铁隧道水平位移累计变形 4 mm，参建各方召开专题分析会，采取了在咬合桩外侧(靠近地铁隧道一侧)进行微注浆加固、卸除地铁隧道上方荷载等措施。后续咬合桩施工，地铁监控数据趋于稳定，累计变形收敛到 2 mm。

5 监督体会与效果

5.1 监督体会

硬切割咬合桩施工是桩基施工新工法，目前没有规范规程指导施工和验收，通过本项目的监督，我们监督体会是要做好三个“抓”，即抓好对参建主体的质量行为检查，抓好施工关键节点和关键工序抽巡查，抓好施工期间出现问题的处理。

5.2 监督效果

通过参建各方的努力，历时 5个月，顺利完成分咬合桩的施工。土方开挖过程中的基坑和周边环境最大累计变形为，地铁水平位移为4.9 mm(设计要求≤10 mm)，沉降位移为9.18 mm(设计要求≤10 mm)，周边建筑物沉降位移32.6 mm(设计要求 30 mm)，围护结构(咬合桩)侧向水平位移 20.4 mm(设计要求≤30 mm)。基坑土方开挖过程，地铁运行正常，基坑本体安全可靠，周边环境影响可控。