钻孔咬合桩在深基坑围护中的应用

中铁航空港建设集团北京有限公司 北京 100073

1 工程实例

1.1 工程概况

新建兰州局调度楼地处兰州市城关区民主路与和政路交叉口西南处，位于兰州铁路局大院东院内。工程地基埋深约14.45 m，基坑南北长78.30 m，东西最宽处44.90 m，最窄处24.90 m，基坑周长约250.20 m，面积约3 520 m2。

1.2 基坑周边条件

新建兰州局调度楼东侧紧邻和政路，且距和政路主路仅12.80 m，西侧距铁路局办公楼北楼4.15 m，北面距金轮大厦4 m，南面距兰铁电视台4 m（图1）。

图1 基坑支护平面示意

1.3 工程地质水文概况

场地在勘察深度内的地层主要由第四系全新统人工填土层、黄土状粉土层、卵石层和新近系上新统砂岩、泥岩层等构成。该场地地下水为潜水，场地内主要含水层为卵石层，泥岩、砂岩层为隔水层，在勘察期间（6～7月），场地地下水埋深1.00～4.00 m，水位高程1 517.00～1 515.00 m，主要受大气降水补给，场地地下水位季节性变化幅度0.50～1.00 m。

1.4 围护结构设计

本工程的围护结构初始设计为钻孔灌注桩+止水帷幕的支护方案，根据现场地质勘探情况，场地地下水为层间滞水，主要含水层在卵石层、岩层，由于本工程3面邻近建筑物，一面邻近城市主干道，施工场地十分有限，为合理有效地利用现场空间，采用钻孔咬合桩阻水兼作基坑支护结构、基坑内井点降水的降阻结合的支护形式。不仅解决了施工现场狭小、多工种作业“打架”的问题，还有效地解决了降水、阻水的问题，为基坑开挖及整体工期的完成创造了有利的条件。

最终本基坑钻孔咬合灌注桩设计桩长17.45 m，嵌固深度5.50 m，采用C35混凝土，桩径1 000 mm；素混凝土桩设计桩长13.95 m，嵌固深度2.00 m，采用C20超缓凝混凝土。护坡桩共计342根，桩心距750 mm，最小咬合尺寸250 mm。

1.5 钻孔咬合桩施工工艺

钻孔咬合桩在设计施工上连续排列，但相间桩分A型桩和B型桩，A型桩为无钢筋笼的素桩，B型桩为有钢筋笼的混凝土桩，先施工2根A型桩，再施工中间的B型桩，如图2所示，施工顺序为A1→A2→B1→A3→B2→A4→B3。

图2 钻孔咬合桩工序示意

在施工中，必须在A型桩混凝土初凝之前完成B型桩的施工，因此要求A型桩使用缓凝或者超缓凝混凝土，并且A型桩与B型桩的施工速度都要尽量快，以达到2种桩的有效咬合[1]。

1.6 工程重点、难点

1）根据本工程的地质情况，围护桩桩身较长，且所处地层地质条件较为复杂，桩身成孔需穿过厚约8 m的卵石层及进入岩层近10 m，大大增加了钻孔咬合桩成孔和桩身垂直度控制的难度。

2）由于工程地处兰州市中心地带，邻近铁路局办公楼及居民区，钻孔咬合桩施工期间因扰民造成无法连续成孔，邻近素桩由于早凝而导致后施工的围护桩成孔难度大，以及为满足工期要求而进行的分段施工过程中，砂桩与素桩咬合形成的冷缝不能够充分咬合，导致在基坑开挖过程中咬合桩发生渗漏水。

2 钻孔咬合桩常见问题的处理措施

2.1 钻孔咬合桩桩位、成孔及垂直度控制

2.1.1 桩位放样

场地平整后，专业测量人员根据结构线及坐标，采用全站仪确定出钻孔桩的控制桩及轴线，桩位测量偏差不得大于10 mm，用木桩定位。基准点应妥善保护，防止在施工过程中遭到移位或破坏。同时，施工测量人员必须对控制桩进行定期复核。

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2.1.2 单桩护桩放样与护桩埋设

沿桩中心呈十字形引出4个桩位点用来控制桩位，单桩护桩采用木桩（3 cm×3 cm），桩顶钉钉，高度80 cm，埋入地下45 cm，并用砂浆或素混凝土保护（图3）。

图3 桩位放样示意

2.1.3 钻孔咬合桩成孔及垂直度的控制

由于本工程场地狭小，且工期任务重，我们采用的是SR系列旋挖钻机（泥浆护壁）成孔，利用钻机的调平系统，可自动保证垂直度在0.30%以内。钻孔桩成孔后应立即进行清孔，清孔后的沉渣厚度不得大于50 mm。桩混凝土浇筑完毕并初凝后立即对上部空孔进行回填及防护，以保证桩身设计强度及施工安全。

旋挖钻孔时为保证钻孔垂直度，减小扩孔率，我们采取了减压钻进的办法，钻头（包含配重）在泥浆中的质量只能有70%，在不同的地层采用不同的转速，并尽量采用大排量的泥浆循环，增大孔内泥浆流速，保持泥浆面始终不低于护筒顶下0.50 m，钻进过程中随时检测垂直度，并随时调整。

施工过程中应注意以下事项[2,3]：

1）钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度： 在黄土层时，可适当加快钻进速度；在卵石层及岩层时，则减慢钻头钻进速度，直至达到设计深度。

2）施工过程中如发现地质情况与原钻探资料不符，应立即通知设计、监理等单位及时处理。

3）钻进成孔过程中，应经常捞取钻渣，观察土层的变化，以及时调整泥浆的稠度，确定是否增加或减少转速，在岩土层变化处均捞取渣样，判断土层情况，并记入钻孔记录表中。

4）钻进过程中要经常检查钻杆的垂直度，确保孔壁垂直。必须控制钻头在孔内的升降速度，防止因浆液对孔壁的冲刷及负压而导致孔壁塌方。在进入砂层和卵石层时，应适当减慢进尺速度，提高泥浆的稠度，减少每个钻进回次的进尺量，保持孔壁稳定。

5）钻孔桩成孔后应立即进行清孔，清孔后的沉渣厚度不得大于50 mm。清孔采用换浆法施工，即钻孔完成后，提起钻锥至距孔底约20 cm，继续旋转，然后以相对密度较低的泥浆压入，逐步把钻孔内悬浮的钻渣和泥浆换出，换至孔内泥浆的相对密度低于1.2为止。严禁采用加深钻孔深度的方法来代替清孔作业。

2.2 超缓凝混凝土的施工质量控制

根据钻孔咬合桩施工工艺，桩的排列方式设计为1根素混凝土桩（A桩）和1根钢筋混凝土桩（B桩）间隔布置，施工时先施工A桩，后施工B桩，A桩混凝土采用超缓凝混凝土，要求必须在A桩混凝土初凝前完成B桩施工。要确保桩与桩之间的咬合，必须在确保混凝土强度的前提下，严格控制A桩超缓凝混凝土的初凝时间，防止混凝土早凝后出现不能咬合或咬合困难的现象。参照其他钻孔咬合桩工程施工经验，初步控制A桩初凝时间为60 h，施工中根据现场情况再进行调整。

由于在施工B桩时需要切割相邻A桩，为保证切割的顺利进行且防止由于两边混凝土强度的不同造成B桩施工垂直度无法控制，因此要求在进行B桩施工时，A桩混凝土3 d抗压强度≤3 MPa。

另外，在本工程实际施工过程中，混凝土的使用采取了严格的检查制度和监控措施，每车混凝土均取1组试件，监测其缓凝时间及坍落度损失情况，直至该桩两侧的B桩全部完成为止。

2.3 分段施工节点及冷缝的处理措施

本基坑工程围护结构全部采用钻孔咬合桩，为保证工程进度，现场配备2台旋挖钻机进行分段施工，为处理好施工段的接头，常用办法是在施工段的端头设置1根砂桩（成孔后用砂灌满），之后施工段施工时挖出砂并浇筑混凝土即可。

由于本工程地处兰州市中心地带，交通拥堵，混凝土供应不及时且受施工时间的限制，以及机械设备故障等原因，砂桩施工处不可避免地产生施工缝，开挖后会出现渗水现象，因此在施工过程中，我们采取在基坑开挖前所施工的砂桩接缝外侧另增加1～2根旋喷桩作为防水处理的措施，以确保桩间的整体止水效果[4-6]。

2.4 局部堵水、堵漏的处理措施

在钻孔咬合桩施工过程中，我们着重控制了成桩质量，使其“咬合”良好，确保了桩间的整体止水效果，因此没有出现桩间漏水现象。但是在基坑开挖过程中，锚杆施工穿过了红线，破坏了止水结构，出现了局部漏水情况（在锚杆成孔未注浆前），我们首先在细小出水点处安插了导水管，然后迅速进行锚喷施工，并在锚喷施工所用水泥中添加适量速凝剂。

在漏水量较大的孔洞处，除安插导水管外，还将一定浓度的水玻璃和水泥浆定量、定压注入渗漏通道中，水玻璃与水泥浆的混合液快速凝结成浆，使岩土层的空隙或孔隙间充满浆液并固化，迅速封住渗漏通道，取得了很好的效果。

3 基坑监测数据分析

3.1 测点布置

铁路局调度楼测斜管总共埋设10孔，监测10孔；地表沉降点累计埋设45个，监测45个，支撑力柱总共8个，监测8个；桩顶水平与垂直位移监测点总共设置12个，监测12个；混凝土支撑轴力计总共安装16个，监测16个。

3.2 监测成果分析

目前，铁路局调度楼基坑已经开挖完成，其基坑监测频率为7 d一次，其中，地表最大沉降为-9.50 mm，变形速率为0.10 mm/d；建筑物最大沉降为-7.20 mm；桩顶最大垂直位移为-5.20 mm，变形速率为0.10 mm/d；支撑轴力最大为3 148.52 kN，变化速率为6.62 kN/d；桩顶最大水平位移为4.20 mm，变形速率为0.10 mm/d。由以上监测数据可知，本工程基坑支护结构变形较小，周边环境几乎没有受到影响，监测数据正常，均在允许沉降范围内，满足设计和规范要求。

4 钻孔咬合桩施工质量及基坑支护效果

本工程采用了钻孔咬合桩阻水兼作基坑支护结构、基坑内井点降水的降阻结合的支护形式，同时根据地层情况及工期要求，采用旋挖钻机进行施工，先进行素桩施工，再进行支护桩施工，随后施工1道混凝土内支撑梁，在其强度达到设计强度的80%后，开始采用机械进行基坑土方开挖，边开挖边采用集水井疏干卵石含水层中储存的地下水。

本工程施工钻孔咬合桩共计342根，其中A桩171根，B桩171根。施工完成后进行桩身混凝土抽芯检测，其中A桩15根，B桩20根，结果全部合格。基坑土石方开挖后观察显示，桩外观质量良好，桩间咬合效果良好，没有出现任何明显的渗水及漏水现象，而且根据监测报告的反馈来看，开挖后支护桩变形小于20 mm，周边建筑物沉降小于10 mm，周边道路沉降小于12 mm，均满足设计要求，达到了施工预期效果[7-9]。

5 结语

在施工过程中，严格按设计要求控制旋挖咬合桩桩位与垂直度，是确保桩足够咬合和止水效果的关键。通过本工程实践证明，钻孔咬合桩这种阻水兼作围护结构的施工工法是切实可行的，其具有传统咬合桩工法的所有优点，且施工速度快，占用场地空间小，保证了施工质量，效果显著。