旋挖硬切割法施工咬合桩在深基坑支护工程中的应用

左文荣，洪明坚

(深圳市工勘岩土集团有限公司 深圳 518063)

引 言

咬合桩是近年来常用的一种新型围护结构，随着我国经济的高速发展和城市建设的需要，被广泛用于深基坑支护工程中。钻孔咬合桩垂直度高，各桩间止水效果好，成孔时可做到无泥浆作业;易于文明施工、控制桩身质量、保证安全，减少对周边环境的影响，具有良好的社会经济效益。

传统的咬合桩采用套管钻机施工，但其有自身的局限性:全套管钻机设备体积大，施工需要有较大场地，工程边界到边桩中心的距离要求较大，在建筑工程中不利于地下空间的充分利用;在地下水丰富的密实粉细砂地层中，冲抓斗难以抓土或抓土效率低，且套管难以下压，套管超前入岩深度不够;受到全套管钻机设备扭矩的限制，在坚硬地层套管难以跟进，在这类地层中无法使用传统机械设备施工咬合桩。

旋挖成孔作为一种高效的钻进方法，在国内外各个领域都得到了普遍的使用。随着基坑支护技术的发展，围护结构对支护桩的桩径、桩身进入坚硬土层的要求越来越多，旋挖成孔咬合桩的工艺也逐渐成熟，进一步拓宽了咬合桩的适用范围。

本文结合工程实例，对深基坑支护工程中采用旋挖成孔硬切割咬合桩工艺进行了详细介绍，并对该工艺和传统套管钻机软切割施工咬合桩工艺进行了对比分析，并对实际开挖效果进行了评价。

1 工程概况

拟建基坑周边环境复杂，紧邻多层和高层的建筑小区，最近处约有5m。

基坑占地面积20888m2。基坑共有四层地下室，地下室面积约为14890m2，基坑开挖深度为17.80～18.55m。

2 地质概况

场地内揭露的地层成因划分自上而下分别为:人工填土、含淤泥质粗砂、粉质粘土、砾砂、砾质粘性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩。

围护桩施工过程中要穿透全风化花岗岩及以上地层，进入强风化花岗岩，局部需要进入中风化花岗岩地层。

3 设计概况

基坑支护采用旋挖咬合桩+内支撑的方案。

支护桩桩径1.2m，桩长25.4m，嵌入基坑底8m。荤桩桩身砼采用C30水下商品混凝土，素桩采用C15水下商品混凝土灌注成桩。

典型剖面如(图1)。

图1 典型剖面图

根据设计要求，支护结构多部需要进入坚硬土层～岩层，采用传统搓管机施工咬合桩受到机械扭矩的限制难以施工，只能采用旋挖机来施工咬合桩，施工时选择硬切割工艺。

4 施工工艺

4.1 传统全套管钻机软切割法工艺

传统的全套管钻机施工咬合桩工法是用专门的套管钻机将套管边摇动(或边回转)边压入，利用冲抓斗在桩尖取土，逐段取土、旋入套管，进而成孔。成孔后将钢筋笼放入，接着将导管竖立在钻孔中心，最后灌注混凝土成桩。

传统的全套管钻机施工咬合桩时，素桩混凝土采用超缓凝混凝土，荤桩成孔时利用套管钻机的摇动或回转向下压入套管时实现软切割软塑状态的混凝土。施工荤桩时，两相邻素桩的混凝土必须要求未达到初凝状态。

4.2 工艺原理

施工时，先施工素桩(A桩)，后施工荤桩(B桩)。在相邻素桩混凝土初凝后，荤桩成孔时利用旋挖机切割相邻素桩相交部分的混凝土，从而实现咬合如(图2)。

旋挖机施工咬合桩时采用硬切割工艺，无套管跟进，成孔时采用泥浆护壁工艺。施工荤桩时，两相邻素桩的混凝土须达到初凝状态，否则相邻素桩的混凝土会向荤桩孔内流动，形成塌孔。因此，旋挖成孔硬切割施工咬合桩工艺仅需要普通混凝土即可。

4.3 工艺流程

(1)导墙施工

图2 咬合桩荤素桩咬合平面图

导墙如(图3)对咬合桩起到控制定位、控制混素桩的咬合间距，稳定机座提高施工效率的作用。导墙混凝土采用 C30商品混凝土，混凝土强度达到设计强度的70%以上时方可上机。

(2)泥浆制拌

图3 导墙施工成品

旋挖硬切割法施工咬合桩工艺采用泥浆护壁。场地内的粉质粘土具备一定的造浆性能，施工过程中，主要依靠地层自行造浆，场地上部人工填土层、砂层的造浆性能较差，不能满足钻进泥浆指标时则采用高塑性粘土或膨润土制备泥浆。具体泥浆性能指标(表1)。

表1 制备泥浆性能指标

(3)沉渣清孔:旋挖钻至设计孔深后，将钻头降至孔底，免压慢转清掏，缓慢提升钻杆进行清孔。

(4)钢筋笼吊放:对于B桩，成孔检查合格后进行钢筋笼制作安装，并检查钢筋笼焊接质量，吊筋长度等是否符合设计要求，吊装时必须保持钢筋笼垂直下放，保证混凝土保护层厚度。

(5)混凝土灌注:混凝土灌注前校核钢筋笼标高、孔底沉渣厚度，检查有无坍孔、缩孔等现象。初灌量必须确保埋入灌注导管不小于1m，灌注过程中连续灌注，不得中途停灌。超灌量必须满足设计要求，灌注过程中做好混凝土试块。

5 咬合桩施工顺序

泥浆护壁硬切割法施工咬合桩必须采用跳打保证相邻两条桩在施工过程中不会穿孔，同时施工B桩前A桩混凝土需达到初凝状态。

该工艺施工顺序如下:

A1→A2→A3→B1→A4→B2→A5→B3……

以此类推，如图4所示。

图4 咬合桩施工顺序图

6 施工实际效果评价

本基坑支护工程采用旋挖机泥浆护壁硬切割法施工咬合桩，桩径1.2m，桩长25.4m，其中嵌入基坑底8m，结合后期的三道内支撑形成整体支护体系，取得了较好的施工效果及经济效益，加快了工程项目施工进度。

图5 基坑施工整体效果

(1)成桩质量良好:土方开挖前对围护桩的桩身质量进行了检测，在开挖过程中进行了桩身测斜，在开挖完成后进行了表面观感测评，整体施工效果良好见(图5、图6)，达到了良好的支护及止水效果。

(2)施工效率高:本项目同时采用了旋挖机泥浆护壁硬切割法施工与传统冲抓斗搓管机软切割法施工，对比了两种施工方法的施工工效，采用硬切割法工效为软切割法的两倍。

(3)经济效益比较:采用采用旋挖成孔硬切割法施工咬合桩因为免除了砂桩施工、钢护筒等工序，施工效率高，相较于传统冲抓斗全套管钻机软切割法施工施工成本低。市场成孔施工单价约为冲抓斗搓管机软切割法的70～80%左右，施工效益良好。

7 旋挖咬合桩与传统咬合桩工艺比较

采用旋挖成孔硬切割法对比传统全套管钻机软切割法有以下优势:

(1)硬切割法素桩采用普通水下混凝土，免去超缓凝混凝土的适配程序及供料的局限性，降低工程造价;

(2)荤桩施工时在素桩混凝土达到初凝以后，传统的全套管钻机软切割法必须采用超缓凝混凝土，相邻桩的施工间隔时间短，因混凝土配比或机械故障等原因容易遗留问题桩;

图6 咬合桩墙成品效果

(3)旋挖成孔硬切割法施工咬合桩工艺采用泥浆护壁(如图7所示)，可以灵活控制荤桩的施工时间，在工期要求较快时，可以采用多机协同作业，荤素桩由不同机械单独作业，加快施工进度，传统全套管钻机软切割法因工作面狭小不能多机协同作业。

(4)硬切割法施工成桩效率高明显优于软切割法施工，主要原因为旋挖钻进比全套管钻机结合冲抓斗掏土工效高;

(5)硬切割法在块状强风化等坚硬地层中仍然可以高效成孔，采用全套管钻机软切割法在坚硬地层中无法下压护筒成桩。

图7 旋挖硬切割法施工咬合桩

(6)硬切割法成桩后，旋挖机可以移至下一个桩位施工，与后续钢筋笼制安及混凝土灌注工序分离，全套管钻机软切割法必须等待至钢筋笼制安及混凝土灌注完成后拔完护筒方可移至下一孔位进行施工。

综合以上分析，两种方法对比如下(表2)所示。

表2 旋挖硬切割法与搓管机软切割法工艺比较

8 结语

(1)通过上述实际工程的施工过程、施工开挖效果证明，旋挖成孔硬切割施工咬合桩工艺是合理可行的。该工艺突破了传统全套管钻机软切割咬合桩对坚硬地层的限制，拓宽了咬合桩的适用地层范围。

(2)通过比较，采用旋挖成孔硬切割法相对于传统冲抓斗全套管钻机软切割法工艺，证明旋挖硬切割工艺具有良好的经济效益，施工工效高，成桩质量良好，具有广阔的应用前景。

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