双动力头全套管咬合桩在深基坑支护中的应用

王晓伟

（福建第一公路工程集团有限公司，福建 泉州 362000）

由于城市建设的快速发展，地下空间的开发利用也越来越广泛，咬合桩在地下空间开发利用中能够有效发挥挡土和止水的作用，在各大城市的市政、地铁和地下工程中都被广泛采用，施工工艺逐渐成熟。本文以双动力头全套管咬合桩在该项目道路工程2 号泵站基坑围护结构中的应用情况进行了阐述。

1 工程概况

该项目道路等级为城市主干路兼一级公路功能，主路为双向六车道地下道路，两侧辅路为地面道路。2#泵站位于现状沿海大通道中央，现状地面绝对标高为8.00m，泵站结构的-0.30 相对标高对应的绝对标高为8.00m。泵站基坑的平面净尺寸为40.2m×23.9m，泵站基坑深度为19.1m。

（1）工程地质。本工程地貌为冲海积平原与沿海滩涂地貌， 根据区域地质资料及钻探揭示，场地上覆地层为素填土局部有片块石（素填土厚约6.9m）、中砂（厚约11.6m）、粉质黏土（厚约4.3m）、全风化花岗岩。

（2）水文地质。据地勘钻探揭露，场地地下水主要赋存于填砂、素填土、杂填土的中下部；中砂、残积砂质粘性土、全风化花岗岩、砂土状强风化花岗岩的孔隙、网状裂隙及碎块状强风化花岗岩、中风化花岗岩的岩体裂隙中。

2 基坑支护结构设计

由于本工程处于海滨，工程场区地下水位较高（常水位在1.90)、地层渗透系数较大，降水困难，地下水处理采用钢筋混凝土桩与素混凝土桩间隔布置并咬合形成止水帷幕，并结合基坑内疏干的方式。2#泵站基坑主要采用φ900mm 排桩+钢支撑支护，排桩采用钢筋混凝土桩与素混凝土桩间隔布置并咬合的形式，咬合长度为250mm（局部有调整），桩顶设900mm×1000mm 冠梁。2#泵站竖向设置5 道钢支撑，第一道钢支撑采用φ609mm钢管，壁厚t=16mm；钢围檩采用双拼工字钢I45b；第二道～第五道钢支撑均采用φ800mm钢管，壁厚t=16mm；钢围檩采用双拼工字钢I56b；四个角为斜撑，中部为三道对撑，支点水平间距3.0～4.39m。支护桩长为24m，嵌固深度5.9m。本工程基坑不设肥槽，支护桩与主体结构之间只留100mm 厚的防水层厚度。

3 咬合桩施工原理

咬合桩是一种使用双动力头全套管钻机施工，桩与桩之间相互咬合排列的基坑围护结构。 钻孔咬合桩的排列方式采用：第一序桩素砼桩（A 桩）和第二序钢筋砼桩（B 桩）间隔；先施工A 桩，后施工B 桩，A 桩砼采用超缓凝砼，要求必须在A 桩砼初凝之前完成B 桩的施工，B 桩施工时，利用套管钻机的切割能力切割掉相邻A 桩的部分砼，实现咬合。素砼桩（A 桩）采用长螺旋钻孔灌注桩进行成桩施工，钢筋砼桩（B 桩）采用旋挖钻孔灌注桩进行成桩施工。

咬合桩施工的顺序：施工第一序桩(A1、A3……），在第一序桩灌注C30 水下混凝土素桩未缓凝前（初凝时间不得小于60h， 终凝时间不大于72h；混凝土素桩3d 强度不大于3MPa，5d 强 度 不 大 于10MPa，28d 强 度满足设计要求），第二序桩(B1、B2……）跟进完成钻进并浇筑混凝土，使二序桩的混凝土融合在一起呈嵌入咬合状态而形成一个连续、整体的排桩结构， 具体如下图所示。

图1 咬合桩施工平面图

图2 咬合桩施工立面图

4 双动力头全套管咬合桩施工

双动力头钻孔桩机的两个动力头悬挂在桩架上，分别驱动外侧套管和内侧钻杆。内侧动力头与外侧动力头能同轴逆向旋转，使扭转反力自平衡， 适用于多种地质条件场地的施工。 其具有以下优点：一是可以避免钻孔坍塌（尤其是在提钻时），达到护壁的目的；二是保证垂直度，成孔精度高，并有利于钻屑的排出，施工速度快；三是能够应对各种复杂的地质条件，解决大直径桩基础“入岩”难的问题；四是无需泥浆护壁，避免环境污染。

4.1 施工工艺流程

施工准备（测量放样）→导墙混凝土施工→钻机就位→安装螺旋钻杆及套管→检验垂直度→套管及螺旋钻头双动力钻孔至设计深度→旋挖钻清除孔底虚土→灌注超缓凝混凝土逐次拔管→A1 素砼桩灌注完成→拔出导管→起拔全套管→钻机移位A2 桩→套管及螺旋钻头双动力钻孔至设计深度→灌注超缓凝砼逐次拔管→A2 素砼桩灌注完成→钻机移位B1 桩→旋挖掏土至设计孔深→测量孔深→吊放钢筋笼→安装导管→灌注混凝土逐次拔管→拔出导管→起拔套管灌注完毕→钻机移位。

4.2 施工技术要点

（1）导墙施工。导槽模板采用定制钢模，每段长度3m，采用方木及地脚锚杆支撑模板。模板位置严格按咬合桩位轴线定位，内径大于设计桩径30mm，导槽结构采用HPB300Φ10钢筋和HRB400Φ12 两种钢筋， HPB300Φ10横向间距为30cm，HRB400Φ12 横向间距为16cm，可在钢筋加工厂加工成网片半成品再集中运至现场拼接安装。

（2）双动力头全套管钻机就位。待导墙具有足够强度后，导墙外侧铺设钢板，将双动力全套管钻机移动至导墙边缘，双动力全套管钻机外侧动力头带钢护筒与导墙孔位中心对应，实现钻机对中。

（3）钻孔作业。定好桩位以后，用钻机内外动力头驱动螺旋钻及套管同时进行钻进施工。内外动力头驱动旋挖钻杆取土钻进和驱动套管钻进时，螺旋钻头突进，直到钻进到设计深度为止，钻进工作完成。 外侧动力头驱动护筒过程中，要不断从X 及Y 两个轴线方向检测套管垂直度，如若出现轻微偏斜现象，双动力头全套管钻机驾驶员通过仪表调整桅杆的垂直度及套管的垂直度。

（4）终孔。钻孔达到设计深度后，用旋挖钻机对孔底进行清孔，并对孔深、垂直度进行最终检查和验收，检查合格后进行下道工序。采用全套管法施工，当孔内无水或仅有少量地下水渗入时，可直接吊放钢筋笼、下导管进行混凝土灌注。当孔内积水较多(或为平衡地下水压力而向孔内注入较多水)时，则应测定孔底沉渣厚度，若孔底沉渣厚度大于20cm，须进行清孔。经检查孔深、孔径、孔型满足设计要求时，且孔底沉渣厚度也符合规范要求时则及时进行钢筋笼吊装安放。

（5）钢筋笼加工、吊放。钢筋笼在钢筋加工场制作，制好后的钢筋骨架必须平整垫放，需要时用平板车运至现场。钢筋笼的吊装，采用三点起吊法，利用大钩将钢筋笼平行起吊，旋转平移至桩孔处，利用小钩和大钩的配合将钢筋笼在孔口处竖起，然后缓缓放入孔中。

（6）灌注水下混凝土。①灌注混凝土前将漏斗用套扣与导管活结连接，导管底口要高于孔底0.25～40cm，将球置于导管内用铁丝悬吊固定，待漏斗内砼储存满且砼拌和运输车内砼与漏斗砼量之和大于4m3时，拨起吊球，砼将导管内水压出，砼拌和运输车同时连续将砼送入漏斗，将首批混凝土拌和物灌入孔底后，立即量测孔内砼的高度，首批砼灌入后导管埋深不小于1.0m。计算导管埋置深度，若正常，连续灌注砼，导管埋深控制在2～4m。②灌注开始后，要保持灌注的连续性，拆除导管时应尽量缩短时间。灌注过程中及时用探绳探知孔内混凝土面位置，调整导管埋置深度。③为保证桩顶混凝土质量，实际施工时灌注混凝土的桩顶标高应比设计桩顶标高高出0.5m。④混凝土灌注后，利用全套管钻机起拔套管，起拔套管后混凝土面会下沉2.5～3.5m，需重新进行补方。

5 结语

该项目泵站基坑成功应用了双动力头全套管咬合桩围护结构，防渗能力强、无需泥浆护壁、扩孔系数相对小、可以有效防止塌孔、缩径，保证成桩质量，有效减少工程施工时对环境的污染，有利文明施工，在类似地质条件以及有特殊要求的基坑支护工程中，可以借鉴采用。