城区复杂地下障碍工况咬合桩围护结构保护性施工

陈四才

【摘 要】咬合桩是在全套管灌注桩技术基础上发展起来的一项基坑围护新技术，近几年在深圳、上海等城市的施工中得到应用和发展。咬合桩施工工艺是在全套管桩基施工工法的基础上，结合了自身的技术特点，经过多个工程实践而得以发展起来的，主要用于围护结构中的施工工法。“咬合”意为相邻桩之间的相互关系，即相邻桩之间利用二种混凝土的初凝时间差，实现无缝“咬合”。

【关键词】咬合桩；围护结构；虹口港泵闸工程

1 前言

咬合桩吸收了国内外广泛使用的基坑围护结构形式的诸多优点，符合当前国家关于节能环保产业方面的相关政策，在城市快速建设发展的今天，老城区改造不断加速，新建工程地下障碍物情况越来越复杂，在城区用地日益紧张的背景下，咬合桩因其质量可靠、施工速度快、地层适应性强、平面连接形式多样、施工环保、节省造价、外观整齐的特点，其应用范围已日趋广泛。我公司结合虹口港泵闸工程的实践，总结规律，不断优化施工参数，形成了本工法。

2工艺特点

（1）由于采用了全套管的跟管钻进及其取土方法（冲抓或螺旋钻），避免了塌孔、缩径、扩孔等质量通病，有效防止了孔内流砂、涌砂现象，全套管的护孔方式保证了成桩质量，桩间紧密咬合，形成整体无施工缝连续基坑围护结构。对沉降及变位易控制，能够紧邻相近的建筑物、地下管线施工。

（2）全套管跟进施工，不需清障施工。

（3）施工中可干孔作业，无须排放泥浆，机械设备噪音低、振动少，对环境污染小。

（4）抗渗能力强。钻孔咬合桩是连续施工的，桩间不存在施工冷缝夹杂泥土。

（5）配筋率较低。咬合桩通常是采用钢筋砼桩和塑性混凝土桩间隔布置的排列方式，大大地降低了支护结构的配筋率。如本工程咬合桩配筋率为85.3Kg/m3，而灌注桩配筋率为215.9Kg/m3。

3 适用范围

（1）适用于城区地下障碍物复杂、周边建筑物密布、施工场地狭小、清障工作难以开展的工况。本工程施工场地狭小，桩离防汛墙和楼房距离非常近，最近处不到2米，部份围护桩下有障碍物，在原先准备清除地下障碍物时挖深近4～5米后回填土层较厚的杂填土，因此基坑围护采用硬咬合桩，选用全回转套管机施工。

（2）城区复杂地下障碍物，施工场地狭小，

施工时灵活，由于咬合桩施工时可以根据需要转折变线，适合于施工一些平面多变的的基坑和圆弧基坑等。

4工艺原理

钻孔咬合桩是采用全套管钻机钻孔施工，在桩与桩之间形成相互咬合排列的一种基坑围护结构。桩的排列方式分为两种形式，一种是一条钢筋混凝土桩（A桩）和一条素混凝土桩（B桩）间隔布置，施工时，先施工B桩后施工A桩，必须B桩混凝土初凝之前完成A桩的施工。A桩施工时采用全套管钻机切割掉相邻B桩相交部分的混凝土，实现咬合。另一种是A、B桩都是钢筋混凝土桩间隔布置。B桩一般不配筋并采用超缓凝混凝土，A桩采用全套管钻机，切割掉相邻B桩相交部分的混凝土，从而实现咬合桩。

5施工工艺流程及操作要点

5.1施工顺序

总的施工原则是先施工素混凝土桩B序桩，后施工钢筋混凝土A序桩，其施工工艺流程是：B1→B2→A1→B3→A2→B4→A3……→Bn-1→An-2→Bn→An-1，如图1所示。

相邻成桩顺序来说，B序桩（素桩）成桩在前，A序桩（钢筋混凝土桩）成桩在后，切割B序桩而形成咬合结构。对B序桩的施工只要严格按照单桩施工工艺流程作业，确保垂直精度就能满足要求。对于A序桩的施工，除了确保垂直精度使樁体能充分咬合外，还涉及施工过程中由于切割的挤压以及摩擦等产生对已成B序桩的损害。因此在混凝土中加入缓凝型减水剂以使被切割的B序桩强度有较长的缓凝时间，使B序桩混凝土处于未初凝状态。随着钻孔的加深，孔内可能出现混凝土管涌，因此在A序桩切割B序桩施工过程中，确保垂直精度以及克服管涌是咬合桩施工技术要点。

5.2单桩成桩施工工艺流程

（1）钻机就位：待导墙砼有足够的强度后，移动套管钻机，使抱管器中心对应在导墙孔位中心。

（2）取土成孔：压入第一节套管，然后用抓斗从套管内取土，一边抓土，一边继续下压套管，始终保持套管底口超前开挖面2.5m以上。第一节套管压入土中后（地面上留1.2～1.5m，以便于接管），检测垂直度，如不合格则进行纠偏，如合格则安装

第二节套管继续下压取土，如此重复，直至达到设计孔底。

（3）吊放钢筋笼（A桩）：成孔检测合格后安放钢筋笼，采取措施保证钢筋笼标高的正确。

（4）灌注砼：如孔内无水，采用干孔导管法流态灌注；如孔内有水，采用水下砼灌注法施工。

（5）拔管成桩：一边灌注砼，一边拔桩，注意始终保持套管低于砼面不小于2.5m。

5.3操作要点

（1）钻孔咬合桩在正式施工前应进行试成孔（数量不小于2个），以核对地质资料、检验设备、施工工艺以及技术要求是否适当。在试成孔时必须通知监理工程师到场，并在试成孔后向监理工程师提交书面报告，在得到监理工程师书面通知后方可正式施工。

（2）成孔护筒下压时，若遇孤石，先用十字冲击锤冲砸击碎后，再下压刚护筒到设计位置。

（3）为控制桩的垂直度，首先钻机架立平整、稳固，套管中心与设计位置偏差控制在1cm以内；其次钢套管就位后在管壁两侧安设两套测斜仪，随时检测套管垂直度；再次，钻机下压钢套管时，设置两台经纬仪控制其方向，随时调整钢套管的垂直度，以保证垂直度不超过1/300。在钻孔过程中随时监控套管垂直度，发生偏移及时调整。

（4）在B序桩砼中加入缓凝型减水剂以使被切割的B序桩强度有较长的等待时间，从而减少A序桩施工时因挤压及摩擦对B序桩的影响。

6材料与设备

6.1材料-超缓凝混凝土

混凝土缓凝时间应根据单桩成桩时间来确定，单桩成桩时间与施工现场地质条件、桩长、桩径和钻机能力等因素相关。根据咬合桩施工工艺，B桩初凝时间应为： T=3t+k

t 为单桩成桩时间，一般取12h

k 为预留时间，取24h

因此，本项工程初步控制B桩初凝时间为T=60h，并在以后施工中根据现场情况进行调整。

超缓凝混凝土的施工质量控制方法如下：

1、生产：对超缓凝混凝土的技术参数要求：

自混凝土灌注时间计算，混凝土的初凝时间须≥60小时；采用C30超缓凝水下混凝土，设计要求水下混凝土应将混凝土抗压强度提高10MPa；混凝土内氯离子最大含量不得超过0.2%，最大碱含量不超过3kg/m3。

在施工过程中，严格控制超缓凝混凝土质量，坍落度出厂控制范围为20～26cm，运输过程45分钟，到现场坍落度预计为18～22cm，若坍落度损失过大，可在现场采用外加剂后掺法进行调整。

6.2设备

7质量控制

咬合桩是通过桩体咬合而达到结构自防水的目的，通过桩体内钢筋不均匀分布而达到在相同配筋量的情况下，获得最大抗弯强度，从而获得较好的经济利益。因此，咬合桩的技术要点可归结为垂直度、混凝土的缓凝时间、混凝土材料的均一性和钢筋笼的定位等。

（1）桩体垂直度控制

桩机就位后先进行初步对中，采用吊线锤，过机械下压中心支点与桩位中心对中，对中后，根据需要调节机械各支腿油顶，使机械操作平面水平。水平调整完成后，再次对中，根据本次对中结果，再次平面移动对中，对中完成后，支起各支腿油顶，对中完成，对中误差应小于1公分。

吊装完第一节套管后，应在机械平面两个90度方向设置吊线锤，对套管垂直度进行监测，在套管下沉过程中，监测人员全过程跟踪。发现问题马上进行纠偏。

（2）混凝土缓凝时间

混凝土采用商品混凝土，混凝土的缓凝时间直接影响到工程的成败。按设计及工艺要求，混凝土的缓凝时间应大于60小时，在施工过程中，对不同批号的水泥及不同批号的外加剂，应提前做好配合比试验。

B型（第一序桩）缓凝时间应大于等于60小时。

A型（第二序桩）缓凝时间应大于等于10小时。

（3）混凝土的和易性及均一性

水下混凝土灌注要求混凝土的坍落度在18～22cm之间，每车混凝土均应现场做坍落度试验并予记录。每次出料时，上料斗上应有10公分间距的格栅状钢筋滤网，防止砼罐车内流出块石及水泥结晶体堵塞导管。

砼应充分搅拌，防止部分砼砂率过高或过低，过高或过低砂率的直接后果是该部分砼的和易性发生改变，使得钢筋笼有可能跟管上浮。

（4）钢筋笼的定位

钢筋笼四周应设置定位U形卡。保证在钢筋笼安放时顺畅。钢筋笼起吊时采用四点双钩缓慢起吊，逐步下放，不得使钢筋笼发生变形，在钢筋笼下放过程中，在钢筋笼下放过程中，逐步调整钢筋笼方向。为保证钢筋笼定位准确，每个钢筋笼就位前均应绑上测绳，在外套管起拔过程中，监测钢筋笼是否上浮。

8安全措施

1本工法执行国家、地方以及本公司制订的各种安全技术规程；

2应有符合国家卫生标准的防尘装置及排污设施，确保搅拌、上料系统等操作层粉尘含量和污水排放符合标准；

3各类机械、设备的机械性能，应灵敏可靠，符合各部门对机械设备安全技术性能参数的要求。由于本工程需使用大型吊车，在使用过程中注意避免发生倾覆事故。

4对安全生产、各类措施落实、机械设备的安全技术性能、安全防护装置等进行检查，确保安全生产。

9环保与资源节约

1施工前应根据施工过程中可能出现的影响环境的因素（废水废气、噪声等）进行全面的分析，制定切实可行的控制措施，以预防和最大程度地减小对环境的影响；

2加强对施工人员的环保教育，提高全员施工环保意识；

3定期清运生活垃圾及其他工程废料，按工程建设指定的地点和方案进行合理的堆放和处置；

4经常性检测机械、机具的各项排放标准；

10效益分析

我公司针对上海市区虹口港泵闸工程项目的局部围护桩结构进行方案优化选择了咬合桩工艺。与本工程具有支护作用的灌注桩+高压旋喷桩相比，咬合桩支护兼具止水帷幕作用、可取消止水帷幕高压旋喷桩，另外咬合桩在配筋率上较灌注桩也大大降低，在止水帷幕复杂的情况下，咬合桩的使用具有一定的经济优势。

上海市区虹口港泵闸工程项目的咬合桩位置原围护结构为灌注桩（桩径1000mm，樁长23m，间距1150mm）+高压旋喷桩（双排，桩径800mm，桩间距500mm），每延米成本组成如下，1、灌注桩排桩：灌注桩成孔、钢筋及混凝土原材费用44561元；泥浆外运费用12434元；清障、清障垃圾外运及该部分回填费用3535元；2、高压旋喷桩止水帷幕：高压旋喷桩打桩费用33064元；置换土挖除外运841元；3总计：94435元。

通过对上海市区虹口港泵闸工程项目局部围护结构变更为咬合桩围护，约16.2延米。咬合桩（桩径1000mm，桩长23m，间距800mm）围护结构每延米成本组成如下：1、咬合桩成孔、超缓凝混凝土及配筋原材费用76146元；2、混凝土导梁、定位泡沫费用6546元；3、挖土外运费用3062；4、总计85754元。

每延米咬合桩支护比灌注桩排桩+高压旋喷桩止水帷幕支护形式每延米成本降低8681元；在地下障碍物复杂、紧邻建筑物的情况下，使用咬合桩可大大降低周边建筑物变形风险，一定程度上降低了风险成本；具有很好的经济效益和社会效益。

11应用实例

11.1上海地区虹口港泵闸工程

2014年，由我公司承建的上海市区虹口港泵闸工程项目中，局部基坑支护采用咬合桩工艺，施工工艺与技术措施采用本文中所述内容，成型围护咬合桩经质量监督检验部门检查，质量优良。此外，支护抗渗性能、周边建筑物沉降、围护结构线型等指标有较好的改善，得到参建各方的好评，是近年来中心城区地下障碍物复杂、周边建筑物密布支护桩施工工法的典范。

11.2上海市轨道交通8号线虹口足球场站

该工程是上海首例咬合桩成功施工的项目。上海市轨道交通8号线虹口足球场车站为地下2层两柱3跨岛式结构，车站主体在运营中的轨道交通明珠线高架下垂直穿越，其中7～13轴基坑位于高架的正下方，车站围护结构紧邻高架承台，北侧咬合桩围护与桥墩承台间的净距约70cm，南侧咬合桩围护与桥墩承台间的净距约30cm。为确保明珠线高架的正常运营，该段基坑的保护等级设为特一级，变形控制要求为：最大水平位移不大于15mm，坑外地表最大沉降不大于0.7‰h（h为基坑开挖深度15.5米）。由于地下连续墙、钻孔灌注桩、SMW工法等常用工艺在施工时对周边土体扰动较大，为此进行了多种基坑围护方案的比选，最后选定钻孔咬合桩作为围护墙。

12 结语

总而言之，随着施工技术水平的不断提高，咬合桩维护保护性施工越来越受到有关专业人士的认可与重视，本文就针对该技术的施工特点、适用范围、工艺原理进行了分析，并分析了施工工艺流程及操作要点、材料与设备、质量控制、安全措施等内容，目的在于抛砖引玉，为以后的施工提供借鉴价值。

参考文献：

[1]汪进，李扬，刘明峰等.咬合桩支护工程技术应用实例[J].建筑，2014（9）

[2]王利强.高富水砂卵石地层咬合桩施工技术[J].商品与质量·建筑与发展，2014（11）