咬合密排桩围堰冲击成孔施工技术

石小林 付玉国

南充市都京港嘉陵江大桥采用咬合密排桩围堰，现场采用冲击钻成孔替代传统全套管成孔施工咬合桩。文章结合该工程实例，介绍了咬合密排桩围堰结构方案，分析了冲击成孔咬合桩施工技术及成桩效果。

咬合桩;围堰;冲击成孔

文献标识码：U445.55+6-A-35-117-3

0 引言

在深水大跨径桥梁结构施工过程中，围堰是桥梁基础及下部结构施工必不可少的工程辅助结构。目前国内主要采用的围堰型式有双壁（单壁）钢围堰、钢板桩围堰、钢套箱围堰、混凝土围堰等[1]。

密排桩围堰多用于房建及地铁工程施工，将其用于深水桥梁工程施工尚不多见。密排桩围堰的咬合桩（基桩）成孔以全套管施工为主[2]。本文以都京港嘉陵江大桥工程实践为背景，介绍密排桩围堰咬合桩冲击成孔施工工艺及主要监测指标，该施工方式在项目施工过程中顺利实施并取得了良好的经济效益。

1 工程概况

南充市都京港嘉陵江大桥主桥为双塔单索面预应力矮塔斜拉结构，墩塔梁固结体系。主桥全长464 m，桥跨布置为（122+220+122）m，20#、21#墩为桥梁主墩。主墩桩基采用12根直径为2.8 m的群桩基础，承台顺桥向长16.6 m，横桥向长22.6 m，厚度为5.0 m。该桥为矮塔斜拉结构，桥梁总体布置如图1所示。

桥区范围内覆盖层较薄，多为冲洪积及坡残积黏性土、砂土、砾卵石土等，下伏基岩主要为泥岩。大桥主墩基坑为嘉陵江水中深基坑，最深处水深为15.91 m，基坑嵌入岩层最深处为5.85 m。

2 咬合密排桩围堰結构

本项目采用咬合密排桩围堰[3-5]作为该桥主墩基坑支护方式。根据都京港嘉陵江大桥施工水位及基础结构特点，两个主墩围堰筑岛平台顶面高程控制为264.5 m，咬合桩外侧四周填筑≥8 m宽的施工作业通道。咬合桩冠梁顶标高控制为265.0 m，咬合桩顶标高控制为264.0 m，咬合桩长根据基坑的不同深度设计。咬合排桩内尺寸（基坑平面布置）为26.6 m×20.6 m，20#墩基坑设计深度为16.6 m，21#墩基坑设计深度为19.5 m。单个围堰咬合桩共计90根，其中A、B类桩各45根，单侧横桥向26根，单侧纵桥向19根。20#墩基坑设计2道围檩支撑体系，21#墩基坑设计3道内支撑体系。纵向受力钢筋选用HRB400，型钢均采用Q235钢材。灌注桩、围檩及内支撑材料参数见表1。

因20#、21#墩围堰结构类似，本文主要以21#墩围堰为阐述对象。21#墩围堰平面及立面见图2、图3。

3 冲击成孔咬合桩施工

咬合桩最常见的施工方式为全套管钻孔施工。全套管钻孔施工工艺成熟，但施工工期长，造价也较高。同时，全套管施工对地质资料准确度要求高，施工前需布置较多地质勘探孔，查明地质情况。本项目围堰施工需在一个枯水季节完成，施工工期十分短，没有足够的时间进行围堰的地质勘探及全套管桩基施工。因此，须突破常规寻求一种更加快捷的施工工艺方可完成。根据施工图地质详勘资料及项目实际工期要求，本项目咬合桩最终决定采用冲击成孔施工工艺。冲击钻施工具有成孔速度快、费用低等优点，常用于各类结构桩基施工，但用于咬合桩施工是不多见的。因此，在缺乏先例可循的情况下，如何确保密排桩的成桩质量（垂直度、止水性、桩身质量等）成为本项目的一大施工难点。为此，本项目编制了详细的密排咬合桩施工方案并通过专家会评审。

冲孔咬合桩共由两个部分组成，即钢筋混凝土B类桩和钢筋混凝土A类桩相互咬合而成。按照跳打的方式分别成桩，即先施工B类桩，在两根B类桩施工完成后再在其间施工A类桩，依次进行，如图4所示。全套管施工方法是在施工A类桩时采用套管切割B类桩，而冲击钻施工则是直接采用冲锤对混凝土进行切割。

图4 冲孔咬合桩施工顺序示意图

一般房建工程及地铁基坑工程对密排桩的止水性要求较低，对于轻微渗水可采用常规封堵剂即可止水。而桥梁基础围堰位于深水中，外侧承受较大水压力，对渗水封堵困难，因此桥梁的深水围堰对咬合桩的止水性要求更高。咬合桩的施工质量对围堰的止水效果影响至关重要，其关键控制指标主要有：桩身垂直度、桩身混凝土强度、相邻桩咬合长度、桩身平整度等。

咬合紧密并形成封闭连续的防水帷幕是咬合桩发挥止水效果的前提，桩身垂直度是控制咬合桩咬合紧密的关键。在方案研究设计时就要考虑充分以确保桩基有效咬合。钻进速度、咬合桩垂直度、定位偏差均对有效咬合度有直接影响。因此，本项目在钻孔前反复测量以确保桩位放样准确并保证钻机钻杆垂直度;冲击钻施工过程中采用水平尺或经纬仪等专门设备对钻杆垂直度进行高频率监测;钻孔完成后采用全自动桩孔测斜仪等设备对成孔后的垂直度进行检测。此外，冲锤的选择也对咬合桩的成桩效果有较重要的影响，在施工B类桩时应选择轻型锤头，并以缓慢进尺的方式切割B类桩，以避免损伤A类桩并确保咬合面整齐。

根据实测数据分析，20#基坑密排桩桩身垂直度偏差绝对值平均为0.48%，21#基坑密排桩桩身垂直度偏差绝对值平均为0.46%，均<0.5%的允许值，符合规范要求，说明本工程密排桩成桩垂直度控制良好。

桩身混凝土强度过低不能满足围堰承载力要求，强度过高则容易在冲击过程中开裂破坏，造成围堰渗水甚至桩基失效等后果。因此合理确定咬合桩混凝土设计强度及施工强度是十分重要的。一般来说，咬合桩施工强度为桩身设计强度的50%～70%[6]。经计算分析并参考相关工程经验，本项目确定咬合桩混凝土设计强度为C30。

由于施工过程中各种复杂的设备操作、材料、机械、地质条件等因素影响，桩身难免出现不平整现象，其中桩身的局部凸起最为常见。在基坑开挖结束后，对局部密排桩桩身凸起明显的位置（最大凸起高度≥10 cm）进行了测量和统计。发现共有15根桩出现了明显的局部凸起，最大凸起高度平均值为18.42 cm，凸起位置长度平均值为62.33 cm。相较于密排桩180根的总量和15～19 m的基坑桩长，从数量和体积上都认为桩身不平整度处于正常范围。

在所有咬合桩施工完成后可进行基坑开挖、冠梁、围檩支撑等构件的施工。

4 成桩效果评价

本项目主要对冠梁水平（竖向）位移、水平（竖向）位移变化速率、钢支撑及冠梁应力等指标进行了监测，并将监测数据与设计预估值进行对比分析，以评价成桩效果。

21#围堰监测结果如表2所示，从监测结果可以看出，该围堰各项监测指标均在容许值以内，结构内力及变形均处于正常范围。

5 结语

南充市都京港嘉陵江大桥项目采用冲击钻替代常规全套管钻机施工咬合桩，该方案工期短、造价低，围堰在应用过程中止水性良好，结构变形未超出允许值，取得了良好的工程效果和经济效益，为解决类似工程问题拓展了思路。

参考文献

[1]汤劲松，熊保林.钢板桩围堰设计的土压力计算方法探讨[J].岩土工程学报，2014，36（z2）：38-41.

[2]朱芝同，宋志彬，冯起赠，等.全套管钻孔咬合桩在临近地铁基坑工程中的应用[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2014，41（7）：65-69.

[3]雷 扬，郑 刚，陈红庆.钻孔咬合桩在天津地铁基坑围护结构施工中的应用[J].建筑科学，2006，22（3）：102-105.

[4]高新南，王占生，童立元，等.咬合桩在苏州地铁南施街站中的应用[J].岩土工程学报，2010，32（2）：463-466.

[5]罗晓声，赵 斌.复杂环境下咬合桩成孔技术研究[J].施工技术，2017（12）：210-212.

[6]于 磊.武汉杨泗港长江大桥旋挖钻孔咬合桩施工技术应用[J].建筑技术开发，2016，43（1）：96-97.

收稿日期：2021-03-18

作者简介：

石小林（1987—），硕士，工程师，研究方向：桥梁结构抗风。