深圳某深基坑咬合桩新工法及变形分析

胡龙飞 李粮纲 钟杰

(中国地质大学(武汉)工程学院，湖北武汉430074)

0 引言

咬合桩因其桩身相互咬合的结构，有效地解决了传统桩基施工中由于桩身相切所引起的防水性能差的弊病。咬合桩主要区别于传统桩基施工的地方是：咬合桩分为钢筋混凝土桩和素混凝土桩，施工时先完成素混凝土桩的成桩，在素混凝土桩还未达到初凝前，对两素混凝土桩间的钢筋混凝土桩进行成孔、吊放钢筋笼、浇灌等工序[1]。咬合桩施工时其成桩顺序为:1→3→5→2→4→7→9→6→8→11→13…，(见图1)。

深圳市紫元元大厦项目和皇庭国际公馆项目深基坑工程都采用咬合桩作为基坑支护及止水结构。结合这两项具体工程，对咬合桩的成桩工艺进行改进，并对新工艺的优势作了详细的评述；对咬合桩的受力变形进行分析和研究，总结出咬合桩成桩后围护结构的变形规律；其次，对咬合桩成桩过程中所遇到的问题提出了解决方案，以期为类似工程提供参考和借鉴。

1 工程概况

建筑高度为199.80 m，基坑深约16.85 m～23.80 m，底周长约279.7 m，面积约4 421.7 m2。基坑开挖深度约16.85 m～23.80 m，支护采用咬合桩+内支撑体系，咬合桩采用素混凝土桩与钢筋混凝土桩间隔并搭接布置，相邻桩搭接不少于250 mm。素混凝土桩直径1 000 mm,钢筋混凝土桩直径1 000 mm,1 500 mm。支护桩桩顶设置1 000 mm×800 mm,1 500 mm×1 000 mm的冠梁，冠梁顶标高+5.500 m(绝对标高)。采用四道钢筋混凝土支撑的形式，第一、二、三、四道支撑与支护桩之间通过围檩连接。

2 咬合桩新工法

传统施工过程中，钢筋混凝土桩必须在素混凝土桩初凝前切割两相邻素混凝土桩的部分桩身来达到咬合的目的，为了减少因切割损失的混凝土量，在保证桩身咬合紧密不影响桩体防水及工程性质的条件下，结合实际工程案例，对传统工艺流程进行改进，以达到节约工程成本的目的。

2.1 新工艺施工流程

在地质条件良好的地层中，利用稳定的成孔优势，在成孔后下入异形套管，使素混凝土桩浇筑后成被钢筋混凝土桩切割后的体形，依靠超缓凝混凝土的流动性，使素混凝土桩在钢筋混凝土桩后续浇筑后形成紧密咬合。异形套管图示及施工顺序见图2。

由图2可见，异形套管的横截面为被圆切割部分的形状。施工前，根据素混凝土桩、钢筋混凝土桩直径和咬合量制作异形套管。施工过程中，第一根素混凝土桩成孔后，不下入套管，直接进行浇灌成桩。从第二根素混凝土桩开始，素混凝土桩成孔后下入异形套管，以维持孔壁稳定。施工钢筋混凝土桩时，若采用搓管机施工，则须在左侧素混凝土桩初凝前施工；若采用旋挖等方法施工，则须待左侧素混凝土桩初凝后终凝前进行施工。钢筋混凝土桩成孔后，清除右侧素混凝土桩及钢筋混凝土桩孔内沉渣，下放钢筋笼，进行二次清孔后，先浇筑素混凝土桩，素混凝土桩浇筑完成后浇筑钢筋混凝土桩，并逐渐提升素混凝土桩孔内异形套管。施工过程中，为避免浇灌等过程对套管的扰动，应严格控制成孔过程中钻杆的垂直度。

2.2 混凝土节省量计算

为确保施工过程中成孔的稳定性及施工的连续性，异形套管的使用只能为每根素混凝土桩节省1/2的被切割量。混凝土节省量计算如下。

设图3中素混凝土桩咬合面的扇形面积为S1，三角形面积为S3，钢筋混凝土桩咬合面的扇形面积为S2，三角形面积为S4。则单侧的咬合体积计算如下：

V咬=(S1+S2-S3-S4)×H

(1)

设素混凝土桩切割部分切割距离为X1，则：

(2)

S1,S2,S3+S4分别为：

(3)

(4)

设三角形三边a,b,c之和的1/2为P，则：

(5)

其中，素混凝土桩与钢筋混凝土桩的直径分别为D素=1.0 m，D钢筋=1.5 m。桩心距L=0.95 m(咬合量d=30 cm)，场地平均桩长为20 m。求得：

S1=0.225 1 m2；S2=0.309 1 m2；

S3+S4=0.372 3 m2。

故经计算得每根钢筋混凝土桩切掉的混凝土量(即每根素混凝土桩损失的混凝土量)为3.23 m3，每根素混凝土桩省下混凝土的切割量，按照每立方米混凝土的价格计算，平均每根素混凝土桩可节省千元左右的成本。

3 咬合桩围护结构实测变形分析

为了总结出咬合桩成桩后桩体的变形规律，对不同方位的咬合桩桩体变形大小以及同一桩体不同深度的桩身水平位移进行对比分析，同时对围护结构施工过程中地表的沉降量进行监测分析，以检验咬合桩施工效果，确保工程安全、降低工程负面影响[2]。

3.1 围护桩水平位移监测结果分析

为确保选取桩体的变形特征具有代表性，同时在基坑的坑角段与坑边中段选取多组桩身变形数据，取具有代表性的桩体CX8与CX14，绘制桩体水平变形随深度的变化曲线，如图4，图5所示。

由图4，图5可知：桩顶和桩底的水平位移量一直很小，由此可见开挖前的首道支撑对桩顶的水平位移起到了很好的约束作用，保障了开挖过程的安全可靠；桩体的水平位移量随深度的增大而增大到基坑中部深度处达到最大值，随后又随深度的增加而逐渐减小；桩体呈现出两端变形小、中间变形大，增长速率基本保持一致的特点，符合常见采用多道支撑围护结构的变形规律[3]。

3.2 地表沉降监测结果分析

基坑西面紧临爱地大厦(150多米高层)，南侧紧临兰亭居小区，因此需对地面沉降进行监测，以保证周边建构筑物安全。选择多组具有代表性的测点，比较分析沉降量的变化规律，绘制表沉降随距离变化曲线，如图6，图7所示[4]。

从图6可以看出：随开挖深度的增加，沉降量显著增大，架设支撑后可使沉降量有效的控制在较小的范围内小幅度增大，且沉降量随距离基坑的距离增大而增大到一定距离后又随着距离的继续增大而减小，在距离基坑10 m～20 m的地方沉降量最大，呈现出抛物线的变形特征；如图7所示南侧沉降规律与基坑西侧不同，南侧的地表沉降量随着与基坑距离的增大而减小，但相同距离的地方总体随着开挖深度的增大而增大，沉降曲线近似呈三角形的特点。其沉降规律与Clough[5]认为的沉降量的大小决定沉降曲线的表现形式相同：沉降量小的时候为抛物线形，沉降量大的时候为三角形是一致。

4 咬合桩施工过程中出现的问题

施工过程中所遇到的主要问题为“浮笼”。浮笼是指在浇灌过程中，钢筋笼随混凝土面的抬升一起升高的现象。

第一种情况分析：因混凝土具有黏性，当混凝土与钢筋的黏阻力大于钢筋笼的自重时，钢筋笼就会随混凝土面的升高而上升，也就是我们说的浮笼。混凝土的黏阻力大，也就是黏性大，坍落度必然小。从现象上看，因坍落度造成的浮笼，钢筋笼是随浇灌过程慢慢上升。

第二种情况分析：护管是灌注桩外面的保护管，如果钢筋笼直径过大，或混凝土石子直径大于钢筋笼与护管间隙，护管提升时，石子卡在钢筋笼与护管间，钢筋笼会随护管一起上升。当钢筋笼在吊装过程中，如果变形较大，被卡住的几率也会变大。护管有毛刺，破损，挂住钢筋笼的几率也会大。导管接头有直角或锐刺，在提升导管时，也可能把钢筋笼挂起。

5 结论

通过以上叙述分析，可得出如下结论：

1)咬合桩防水的薄弱环节是咬合面，改进后的咬合桩施工工艺，不仅能节约混凝土量，还能使钢筋混凝土桩与右侧素混凝土桩的咬合更加紧密，加强咬合面的强度，增大了防水性能。

2)咬合桩围护桩体的变形规律为：同一桩体表现为两端变形小、中间变形大，水平位移量在基坑深度中段达到最大，位移增长速率在支撑处急剧减小。

3)浇筑素混凝土桩时应选择坍落度尽量小的混凝土，以避免在钢筋混凝土桩成孔时由于过大的流动性导致管涌；浇筑钢筋混凝土桩时应选择尽可能大的混凝土坍落度，以确保混凝土的流动性，降低黏阻力，防止钢筋笼浮笼的发生。