基于咬合桩的深基坑围护结构施工技术探讨

李玉山 祁生旺 张 鹏 张 立

(1.甘肃建总置业发展有限公司，甘肃 兰州 730050； 2.甘肃建投科技研发有限公司，甘肃 兰州 730050)

用于深基坑工程的钻孔咬合桩围护结构是在结合长螺旋钻孔混凝土桩和地下连续墙的特点衍生出的新型施工工艺。因为长螺旋钻孔压灌桩成孔速度快，钻头切削能力强，可以在相邻桩混凝土初凝强度较低时进行咬合搭接，使桩与桩之间形成整体，达到类似地下连续墙的止水效果。相比于地下连续墙，基于咬合桩的围护结构具有施工便捷、造价低、速度快的特点，非常适合基坑工程中的临时性支挡结构[1]。

咬合桩基坑围护结构最早应用于国外，在我国，其应用起步较晚，最早于2001年应用于深圳地铁基坑工程中，通过现场施工情况显示，采用荤素桩紧密咬合的钻孔桩止水效果明显，对于基坑支护结构的水平位移，桩后土体的沉降以及周边环境的影响起到了很好的控制效果[2-5]。自此，钻孔咬合桩基坑围护结构在我国迎来了快速发展的序幕，从深圳、中国香港、中国台湾开始，迅速向全国辐射，特别是在我国富水软土地区，得到了广泛的应用，其施工工艺、施工器械、支护理论均得到了不断地创新和完善。

1 钻孔咬合桩围护结构工艺原理与特点

1.1 基本工艺原理

钻孔咬合桩围护结构由素混凝土桩和钢筋混凝土桩相互搭接咬合组成，其基本的工艺流程是：先施工素混凝土桩(“素桩”)，待先施工的素混凝土桩桩身达到一定强度后，在素混凝土桩中间，利用长螺旋钻头的切削能力，切削咬合部分素混凝土桩体及其余土体成孔，施工钢筋混凝土桩(“荤桩”)。钻孔咬合桩围护结构示意图如图1所示。

1.2 工艺特点与优势

钻孔咬合桩基坑围护结构的工艺特点包括：自稳性好、后插钢筋笼技术、无施工冷缝、咬合量可调等特点，具体如图2所示。

钻孔咬合桩围护结构是一种施工操作简便、质量安全可靠、工程造价低、无泥浆污染的基坑支护工法，桩底无沉渣、入岩能力强保证了成桩质量，工法特点保证了无泥浆污染。

2 工程概况

基于对钻孔咬合桩围护结构施工工艺的认识，本文依托某实际的综合开发项目，进行了应用。依据用地红线，拟建场地东西长约100 m～160 m，南北向宽约60 m～100 m，占地面积约18 495 m，总建筑面积约85 123.22 m。基坑深度为13.75 m～15.25 m，支护桩长19.5 m～21.0 m，基坑四周为新建成道路。场地平面图如图3所示。

3 工程地质及水文地质条件

3.1 工程地质条件

该工程基坑位于某河段Ⅰ级阶地上，场地内从上到下主要地层为：①杂填土(层厚1.0 m～3.3 m)；②黄土状粉质粘土(0.5 m～7.0 m)；③圆砾(层厚1.0 m～5.2 m)；④卵石(层厚2.5 m～6.1 m)；⑤强风化泥岩(层厚3.3 m～8.2 m)以及中风化泥岩。各土层物理力学参数见表1。

3.2 水文地质条件

该工程场地地下水埋深8.9 m～9.6 m，赋存于黄土状粉质粘土层底部及卵石层中，主要受地下径流和该河段侧向渗流补给，水位年变化幅度一般为1 m～2 m。

表1 土层物理力学参数

4 咬合桩围护结构设计与施工

4.1 设计特点

由于该工程场地位于河流阶地，地下水补给丰富，周边环境较为复杂，对基坑支护结构变形控制的要求较高，因此，采用咬合桩围护结构搭配预应力锚索的形式进行基坑的支护和截水。一般而言，咬合桩围护结构采取“…钢筋混凝土桩+素混凝土桩+钢筋混凝土桩…”的布置方式，见图1。但是考虑到该工程位于西北非饱和土地区，场地地质条件为从上至下的杂填土、黄土状粉质粘土、圆砾、卵石以及第三系强风化泥岩的复合地层结构，外加非饱和黄土自身具有良好的直立性和强度，因此，结合西北地区地质条件的特点，通过计算，设计采取“…钢筋混凝土桩+素混凝土桩+素混凝土桩+素混凝土桩+钢筋混凝土桩…”的咬合布置形式，如图4所示，图中“C”为钢筋混凝土桩，“A”“B”为素混凝土桩。

4.2 钻孔咬合桩施工

素混凝土桩加入缓凝减水剂，桩混凝土缓凝时间应根据单桩成桩时间来确定，单桩成桩时间与施工现场地质条件、桩长、桩径和钻机能力等因素相关。根据本工程咬合桩施工工艺，算得素混凝土缓凝时间以48 h～60 h为宜。咬合桩采用旋挖钻机施工，咬合桩基坑围护结构施工分成三步，首先实施第一步：素混凝土桩(A桩)采用C15混凝土灌注，时间控制在48 h～60 h以内。再实施第二步，第二步桩为素混凝土桩(B桩)，C15混凝土灌注，时间控制在48 h～60 h以内。最后实施第三步，第三步桩为钢筋混凝土桩(C桩)，在相邻的一、二步桩施工之后桩身混凝土初凝之前进行，混凝土等级为C30。同一工作面上同时冲孔的施工点间距不小于6 m，并同时应满足一、二、三步咬合桩本身的间距及施工顺序要求。

在施工钻孔咬合桩时，其主要的工艺要求为：1)成孔采用泥浆护壁旋挖工艺成孔，填土层成孔时易塌，宜采用钢护筒护壁；当成孔塌孔较严重时，应随时调整泥浆配合比、粘稠度，并降低旋挖进尺速度；2)开钻前应充分做好准备工作，成孔施工应一次不间断完成，不得无故停钻，成孔与灌注间隔时间不应超过24 h；3)开孔时应控制钻进速度，防止孔内坍塌和孔斜；4)桩位偏差不大于30 mm，垂直度偏差小于0.3%；5)掌握一步桩的初凝时间，使得二步桩能够顺利施工；6)桩身混凝土应采用导管法灌注，混凝土必须具有良好的和易性和流动性，坍落度控制在180 mm～220 mm，混凝土应连续一次灌注完毕，并保证密实度。打桩机等施工机具的配置，需根据项目工期、资源等情况进行专项施工组织设计。

5 应用效果

采用钻孔咬合桩围护结构后，该工程基坑从施工到回填，支护结构的水平位移、桩后土体沉降以及周边环境影响得到了很好地控制，在基坑开挖施工期间，坑内未出现积水等问题。通过前期对基坑支护方案，特别是咬合桩布置形式根据实际地质条件特点进行的优化，为项目节约了支出，既实现了功能效果，又产生了良好的经济效益。

6 结论

本文在对咬合桩基坑围护结构的工艺原理及特点进行梳理总结的基础上，依托某基坑工程，进行了咬合桩围护结构的应用，形成以下结论：1)咬合桩围护结构具有施工操作简便、质量安全可靠、工程造价低、无泥浆污染的特点，适用于西北非饱和土复合地层基坑的临时支护。2)咬合桩围护结构的设计与施工要结合施工场地的地质条件进行方案的优化，合理调整“荤、素”桩布置和咬合量，减少不必要的浪费。