咬合桩在强风化砂岩层深基坑中的优化设计与施工研究

武开通 赵小明 黄 瑞

（1.甘肃省建设投资（控股）集团有限公司， 甘肃 兰州 730050；2.甘肃第六建设集团股份有限公司， 甘肃 兰州 730040）

0 前言

当前建筑业蓬勃发展，超高层建筑越来越多，深基坑工程也越来越常见，深基坑施工的难题也不断涌现，兰州市城关区在深基坑开挖过程中经常遇到强风化砂岩层，砂岩层裂隙水含量大，砂岩胶结性差，且砂岩软化、崩解速度快，基坑开挖支护难度较大。因此，需要通错采取一定的优化设计和施工措施来解决这些施工难题。

1 工程概况

对兰州市城关区某高层住宅楼群体工程进行分析，发现其选用钢筋-砼平板式筏形构造作为基础，砂岩层作为持力层，局部位置遍布着卵石层。设计基坑挖深15～17m，强风化砂岩层各位置裸露厚薄程度不一，基本是在5～6m范围中取值，抗压强度400kPa，胶结性差，且砂岩软化、崩解速度很快[1]（不到5分钟）。

本工程场地地形总体呈南低北高，地面标高介于1508.94m-1512.52m，最大高差3.58，场地地貌单元为黄河Ⅱ级阶地。地层情况如下：

2 咬合桩优化设计

最终确定设计参数：素混凝土桩直径500mm，桩长8000mm，桩心距离800mm；高压旋喷桩直径500mm，桩长8000mm，桩芯插入一根DN100长度6000mm钢管，桩心距离800mm；桩顶设置900mm×400mm冠梁。

通过先施工素混凝土桩，后采用钻机引孔预先松动和高压喷射注浆对砂岩层的切割，加固土体，在某种程度上使砂岩层粉砂被浆液置换，达到固化砂岩层目的。弱工人确认注浆固结体能和素砼构件之间联合成坚稳的帷幕时，可以将地下水体隔离在基坑外侧，避免风化砂岩层因遇水在空气中加速风化、坡脚软化，出现流砂现象，提高边坡的抗压和抗剪强度[2-3]。

3 素混凝土桩+旋喷桩咬合桩施工顺序

4 素混凝土桩施工操作要点

素混凝土桩施工前根据场外已知坐标基准点，测设出桩芯坐标，每根桩均需进行定位放线，素混凝土桩采用长螺旋钻机成孔，成孔后压灌C30混凝土，素混凝土桩分段施工，旋喷桩紧随其后施工，之间保持施工距离。

4.1 素混凝土桩施工

4.1.1 试成孔及确定工艺参数

本工程素混凝土桩采用长螺旋成孔压灌桩，素砼桩开工前，要指派专人对机械设备进行整体调试，同种成孔设备、设计方案、地质条件下试成孔数要≥ 3根。

4.1.2 钻机就位： 就位前要严格复核图纸合桩位是否正确，各处桩顶标高是否统一，桩位一定要和工程设计要求相吻合，垫平钻机底部，钻架整体稳固，经检测确定钻头对准桩位以后才可以进行开钻操作。

4.1.3 桩垂直度：钻机就位的同时，精确整顿桩体垂直度，将垂直度误差控制在1%之内。

4.1.4 标高调控：参照勘测院所为施工方提供的水准点位及施工场地标高验孔，将控制点引至施工现场并做好相应保护，然后计算出进入地下深度，并严格按照设计桩长施工到设计数值。

4.1.5 开钻：开钻前必须检查钻头直径，严禁开口钻进，钻尖接触地面时，下钻速度要慢，通过试桩确定相关工艺参数。

进入软硬层交界时，应保证钻机垂直，缓慢进入，钻进过程中应随时检查桩孔垂直度，确保桩孔垂直，并做好记录。

4.1.6 终孔：

钻至图纸设定的标高以后，组织工程参建方对终孔成孔质量进行检测验收，做好检测记录并，在确认其达标以后方可进入至压灌通工序。

4.2 灌注砼施工

混凝土要连续进行，混凝土供应应提前预订，满足施工需要，确保每根桩一次性浇筑完成，直至设计桩顶标高，形成素混凝土桩。

5 高压旋喷桩施工（单管法）操作要点

5.1 机械引孔松动：由于风化砂岩层硬度大，旋喷桩施工前要先采用外径ø450mm的螺旋钻机，钻孔引松砂岩层，引孔深度与旋喷桩设计深度相同[4]。钻孔位置与设计位置偏差不得大于50mm。

5.2 旋喷桩施工

5.2.1 试桩及确定工艺参数

注浆材料采用水泥净浆，水泥采用P·O42.5R级普通硅酸盐水泥，水灰比1：1。

5.2.2 钻机就位：在将钻机停放在指定位置以后，对其进行校正操作，确保钻杆轴线正对准孔位，稳固桩机。

5.2.3 插管：插管阶段，射水遇插管同步进行，要将水压力控制在1MPa内。

5.2.4 试管：当注浆管插入预定深度后，应用清水进行试压，待设备和管路情况正常后，则可开始高压注浆作业。

5.2.5 高压旋喷注浆作业：当旋喷管插入预定深度后，立即按照设计配合比进行搅拌浆液，浆液采用水泥浆，指挥人员宣布旋喷开始时，旋转提升旋喷管，自下而上连续进行喷浆。现场值班技术人员一定要动态监测注浆实际流量、风量、转动及上提速率等诸多指标，确保其检测值符合工程设计要求，记录工资随时开展，绘制作业过程曲线[5]。

5.2.6 喷射结束及拔管：注浆至设计高度后，拔出喷浆管，注浆结束，浆液填入孔中，多余浆液清除掉，要及时拔管，不可将其久留孔中[6]。

5.2.7 冲洗：当旋喷提升到设计标高后，旋喷即告结束。施工完毕应及时将注浆管等机具设备冲洗干净，管内机内不得残存水泥浆。

8）移动机具：将钻机等机具设备移到新的孔位上。

5.3 高压旋喷桩施工完后立即插入DN100钢管，以增强旋喷桩的刚度，在止水的同时，起到了对砂岩层开挖后边坡的支护作用。

5.4 最后在桩顶施工标号为C20钢筋混凝土冠梁，冠梁的宽度同旋喷桩排宽，使各旋喷桩连接在一起，形成一个整体[7]。

6 结语

在本工程深基坑施工过程中，应用素混凝土桩+高压旋喷桩咬合桩施工技术，有效解决了砂岩层裂隙水及流砂处理问题。打破以往传统的采用双排或三排高压旋喷桩支护、止水、止砂的施工工艺，减少了桩的数量，加快施工进度。同时打破了被动采取措施的技术原理和组织观念，实现了主动预控，事实证明在整个施工过程中，大大节约了劳动力、费用和工期，经济效益突出[8]。

该施工方法具有造价低、施工速度快、安全可靠、施工方便，工艺简单、可适用范围广等优点。在节约了人工成本的同时，也保证了施工进度和施工安全质量[9-10]。同时采用深基坑红砂岩止水止砂施工技术，可有效的解决兰州市区深基坑施工时砂岩层裂隙水及流砂处理的难题，综合效益明显，同时也为今后同类工程深基坑施工提供可供借鉴的施工经验。