密集建筑群中大起伏岩面嵌岩咬合桩施工要点

宋 真 干

(1.江苏省有色金属华东地质勘查局八0五队，江苏 南京 210001; 2.江苏华东建设基础工程有限公司，江苏 南京 210007)

0 引言

随着人们对居住要求的不断升级，越来越多的高层建筑在密集建筑群中建设，而高层建筑建设的第一步就是地下室基坑的施工。咬合桩因其无需采用止水帷幕，环境影响小等优点，在基坑工程中被广泛应用。咬合桩是一种钢筋混凝土桩与素混凝土桩切割咬合成排桩的型式，要保证其质量，必须控制好垂直度和咬合量，但在密集建筑群中大起伏岩面地层中施工咬合桩时，由于环境和地层的双重影响，咬合桩的垂直度难以控制，容易出现桩孔倾斜等质量问题[1-4]。而且由于起伏岩面的存在，如处理不当，需要耗费大量工时，导致上部软弱地层需要等待时间过长，增加发生缩颈、塌孔等质量问题的风险[5-7]。

现以密集建筑群中大起伏岩面地层某3层地下室基坑项目为案例进行流密集建筑群中大起伏岩面地层嵌岩咬合桩施工要点的研究，供同行参考。

1 地质情况及基坑支护情况

1.1 地质情况

场地范围内地层发育情况自上而下为：

1)杂填土：杂色，松散～稍密，主要由粘性土、建筑垃圾、填石回填而成，夹少量生活垃圾等，其中顶部20 cm为混凝土路面。层厚0.5 m～14.4 m，平均层厚2.72 m。

2)含砾粘土：褐黄色，主要为黏性土，夹少量的砾砂，砾砂成分为石英质，稍湿，可塑～硬塑状态。层厚0.8 m～14.4 m，平均厚度6.35 m。

3)砾质粘性土：褐红、褐黄色，部分灰白色，由中粒花岗岩风化残积而成，除石英砂砾外，其他矿物均已风化成黏性土，可塑～硬塑状态。层厚0.6 m～19.3 m，平均厚度8.35 m。

4)全风化花岗岩：褐红、褐黄色，原岩结构可辨认，钾长石手捏呈粉末状，岩芯呈土柱状，坚硬状态。层厚1.5 m～11.6 m，平均厚度6.03 m。

5)强风化花岗岩：褐黄、褐红、灰褐色，岩石因风化强烈而解体，原岩结构大部分被破坏，风化裂隙很发育，钾长石晶形完整，手捏有砂砾感。层厚0.3 m～25.2 m，平均厚度7.76 m。

6)中风化花岗岩：褐黄、肉红、浅灰色，主要由石英、长石、云母等矿物组成，中粒花岗结构，块状构造。层厚0.4 m～4.3 m，平均厚度1.61 m。

7)微风化花岗岩：肉红、浅灰色，主要由石英、长石、云母等矿物组成，中粒花岗结构，块状构造。层厚0.5 m～1.8 m，平均厚度1.2 m。

该基坑濒临地铁，四周高层建筑众多，位于密集建筑群中，场地岩面起伏大，基岩面最大高差达到15 m，最浅基岩面深度距地表只有12 m左右，最深处基岩面深度距离地表接近27 m，该基坑施工工况十分复杂。

1.2 基坑支护情况

本项目地下主体结构为3层地下室，基坑周长约800 m，总面积约3 600 m2，基坑深度约20 m。基坑位于繁华闹市区，四周都是密集的建筑群。

项目基坑安全等级为一级，采用咬合桩+内支撑的形式[8-10]，部分软弱部位在咬合桩外侧施工一道三轴搅拌桩，咬合桩为荤桩φ1 200@1 900，素桩φ1 200@1 900(见图1)，素桩采用C20细粒水下混凝土(粒径小于2 cm)，荤桩采用C30水下混凝土。咬合桩咬合量为250 mm，基坑支护结构紧贴红线。基坑内侧挂网锚喷并支设三道内支撑，第一道内支撑为混凝土支撑，第二道和第三道支撑均采用钢支撑。咬合桩要求对荤桩，入岩不少于3 m，且进入基坑底不少于3 m；对素桩，入岩不少于0.5 m。

2 工艺流程及操作要点

2.1 工艺流程

该基坑项目咬合桩施工流程主要包括桩位定位放线、导墙施工、护筒埋设、钻进成孔、下放钢筋笼、灌注混凝土、凿桩头和检测等工序。

2.2 导墙施工

咬合桩导墙采用C30钢筋混凝土结构，采用弧形钢模(见图2)，导墙厚度300 mm，宽1.5 m，采用Φ16钢筋，咬合桩桩径1 200 mm，弧形钢内模内径1.4 m，导墙平整度允许偏差不大于5 mm。由于该项目位于大起伏岩面地层，在成孔过程中易偏孔，除了导墙的平整度必须严格要求，还应对地表土层整平压实、填筑道碴、铺设钢板，保证整个场地平整，防止因场地不平整引起桩身垂直度偏差过大。

2.3 钻进成孔

由于基坑位于密集建筑群中，场地周边都是高层建筑物，空间狭小，传统的全套管钻机设备体积大，需要的场地空间也较大，因此在密集建筑群这种狭小的空间内无法满足工程要求，故本项目选用旋挖钻机进行施工，目前先进的旋挖钻机带自动调平系统，在满足狭小作业空间的同时保证成孔过程中的垂直度。本项目钻进采用泥浆护壁成孔工艺，成孔时钻头对孔位应准确，转盘中心对中误差不大于15 mm，钻进过程中，应按时对桩位及钻杆垂直度复测检查。

本项目采用硬咬合工艺，即在荤桩周围两素桩混凝土达到初凝以后，通过旋挖钻机成孔施工荤桩。为防止穿孔的发生，咬合桩采用跳打法，且应保证荤桩施工时两侧素桩混凝土达到初凝。

由于基坑位于密集建筑群中，在咬合桩成孔过程中采用分区分块施工，施工中要加强对周边环境的监测。

2.4 灌注混凝土

本项目采用硬咬合，对混凝土无缓凝要求，采用普通的水下混凝土，混凝土的坍落度应尽量小于180 mm。混凝土灌注应连续紧凑，中途间隔时间不大于40 min，导管在混凝土中埋深不得小于2 m，严禁将导管拔出混凝土面，并应控制提拔导管速度混凝土灌注高度应比设计桩顶高程高出800 mm。

3 大起伏岩面地层施工要点

当场地岩面起伏大，应通过地质超前钻探明岩层情况，当岩面起伏大时，适当加密钻探孔，精确判定地质岩面情况。本项目岩面高差达到15 m，最浅基岩面深度距地表只有12 m，最深处基岩面深度距离地表接近27 m，基坑底距地面高20 m，对于大起伏岩面地层，应根据区地层特点分段施工，并根据岩层标高调整桩长，但必须保证入岩不少于3 m，且进入基坑底不少于3 m；对素桩，入岩不少于0.5 m。对于基岩高处基坑底较多，且岩层坚硬的地段，可经设计符合后适当调整桩长要求。

对于咬合桩，咬合量的控制尤为关键，而咬合桩的咬合量除了受桩位放样的影响较大外，垂直度的控制也是影响咬合量的关键因素，例如对于桩长25 m的咬合桩，如果垂直度偏差1%，将会导致咬合量减少25 mm，而在大起伏岩面地层中，因为岩面倾斜的原因，垂直度的控制恰恰是一大难点。

本项目要求的咬合量为250 mm，设计要求咬合桩桩位偏差不超过30 mm，桩身垂直度偏差不大于0.3%，为了实现这一目标，施工中采取了以下措施：

1)项目成孔采用旋挖钻机，最初采用功率较小的旋挖钻机进行施工，发现施工过程中明显超负荷，钻具、钻杆损坏频次高，机械故障多，需经常停机维修。且由于旋挖钻机功率较小，在钻孔加压的过程中，钻机不易保证稳定，桩身垂直度难以保证，无法满足垂直度要求。后更换大功率的285型旋挖钻机施工，机械故障率降低，进度明显加快，且桩身垂直度明显提高。

2)成孔施工应控制好机械转速和钻杆下压力，进入土层与岩层交界面施工时，因地层软硬不均，应采用低速吊打的方式钻进，保持钻杆垂直度，钻头到达倾斜岩面处时，应放慢1/3速度。因为当钻进速度过快时，由于在倾斜岩面上钻进阻力不均匀，钻头将沿倾斜方向钻进，最终导致孔壁倾斜，垂直度达不到要求。

3)在岩层中成孔时，更换对岩石切削效果好的筒钻，并根据岩石单轴饱和抗压强度合理的选择截齿和牙轮钻，保证钻进效率，当岩石的岩石单轴饱和抗压强度为30 MPa～60 MPa时，选用截齿；当岩石的岩石单轴饱和抗压强度大于60 MPa时，选用牙轮钻。

4)可通过加高筒体高度的方式保证在倾斜岩面条件下钻进的垂直度，使筒体长度由常规的1 m～1.2 m变到1.5 m～1.7 m。通过加高筒体，使筒体与孔壁的接触面变大，从而通过孔壁限制筒体的偏移，为钻头钻进过程提供更好的支撑，从而保证孔壁的垂直度。

5)当岩面倾斜角超过30°时，岩面倾斜过大，采取上述措施可能仍然无法保证孔壁的垂直度，可以通过在往斜岩面处回填块石或C15混凝土补平倾斜面后，再进行钻孔，使钻头在钻进过程中均匀受力，保证孔壁的垂直度。

4 结语

在密集建筑群中大起伏岩面地层中施工咬合桩时，由于环境和地层的双重影响，咬合桩的垂直度难以控制，容易出现桩孔倾斜等质量问题，为了解决这一问题，对密集建筑群中大起伏岩面地层嵌岩咬合桩进行研究。通过研究，得出以下结论：

1)密集建筑群中大起伏岩面地层嵌岩咬合桩可采用带自动调平系统的大功率旋挖钻机通过硬咬合工艺成孔。

2)进入土层与岩层交界面施工时，应采用低速吊打的方式钻进。

3)可通过加高筒体高度的方式保证在倾斜岩面条件下钻进的垂直度，为钻头钻进过程提供更好的支撑，从而保证孔壁的垂直度。

4)当岩面倾斜角超过30°时，岩面倾斜过大，采取上述措施可能仍然无法保证孔壁的垂直度，可以通过在往斜岩面处回填块石或C15混凝土补平倾斜面。