含水红砂岩地层深基坑支护中高精度咬合桩的作用与效果

邸永健

（甘肃建投岩土科技有限公司，甘肃 兰州 730000）

0 引言

随着城市建设的快速发展，超高层建筑项目不断涌现，城市发展的空间逐步转向地下空间开拓，基坑规模也不断向“深”“大”方向发展。因此在深大基坑中选择一个安全可靠的设计施工方法显得尤为重要，但在传统基坑施工中面对部分地区含水红砂岩地层颇为棘手，主要体现为基坑施工难度大和安全性低等方面。

浅层风化红砂岩具有特殊地质特性，红砂岩被誉为世界级地质难题，其富含裂隙水，风化严重、胶结程度弱、水理性质差。在各种自然条件作用下极易软化、分解，承载力、粘聚力快速下降。红砂岩的特性导致基坑降水效果差，从而造成红砂岩地层桩锚支护施工困难。如果砂岩层支护不及时、效果不良好，极易导致基坑涌砂、坍塌事故发生。如何处理含水红砂岩地层支护成为城市地区深基坑支护施工的难点。因此，加强咬合桩在含水红砂岩地层中将隔水措施与支护措施组合应用，有效解决含水红砂岩地层支护施工难题。

甘肃建凤岩土科技有限公司（以下简称“我公司”）目前开展的主要业务为深大基坑支护，一般情况下在支护过程中混凝土喷射到含水地层上时由于混凝土未来得及初凝就会被含水层中的水流冲刷，导致混凝土中的胶结材料流失，无法形成坚固结实的混凝土面层。为保证项目正常开展、降低施工成本、提高施工质量，需选用一种新型基坑喷锚施工技术。

1 含水红砂岩地层中基坑支护方案选择

为解决含水红砂地岩基坑支护喷锚难的问题，通过调查研究和查找资料发现可以从先隔水后喷射混凝土（施工咬合桩隔水帷幕、基坑开挖后人为增设隔水帷幕）、先引水后喷射混凝土、加防水剂喷锚3个方面进行对比分析，并且确定最佳方案。

1.1 先隔水后喷射混凝土方案分析

1.1.1 先隔水后喷射混凝土技术原理

该方案是通过采用特殊方法对含水红砂岩表面采取隔水措施后，将地层中的裂隙水及表面无组织的流水封堵在喷锚面层内侧，形成有效稳定的隔水帷幕后再进行喷射混凝土工艺的正常工序施工，从而保障基坑的安全性和稳定性。

1.1.2 先隔水后喷射混凝土施工工艺

施工隔水帷幕→检查隔水效果→绑扎钢筋网→喷射面层混凝土→洒水养护。

1.1.3 施工难点及安全性评价

该方案的施工难点为在施工过程中难以形成大面积有效的隔水帷幕，不论是施工咬合桩隔水帷幕还是开挖后人为实施隔水帷幕都难以保障形成的隔水帷幕100%合格有效，所以此项技术对咬合桩咬合率要求极高，必须高精度咬合后方能达到该技术所具备的功能和效果。不过该技术在建筑领域已广泛应用，因此安全性得以保证，具有较强的操作性和可实施性。

1.2 先引水后喷射混凝土方案分析

1.2.1 先引水后喷射混凝土技术原理

该方案是将基坑开挖后红砂岩表面无组织的水流及内部富含的裂隙水通过人工引水槽（沟）有组织地收集到特定位置，然后通过引流管或漏水槽排到基坑底部的排水沟再经集水坑收集后用水泵抽出，以确保喷锚面层内侧的水流不随意流动，保证其不冲刷喷锚面层，并形成坚固稳定的喷锚面层，引水后在干作业面上喷射混凝土。

1.2.2 先引水后喷射混凝土施工工艺

施工引水槽（沟）→汇集地层表面的地下水→安装引流管（漏水槽）→局部防水处理→排水→绑扎钢筋网片→喷射面层混凝土→养护。

1.2.3 施工难点及安全性评价

该方案的施工难点为在地层表面难以形成稳定有效的引水措施，施工后的引水装置不能保证将含水红砂岩地层中的水完全排出，并且地下水引流排出的速度慢，施工繁琐，喷锚过程中对引水装置造成扰动影响施工进度。

1.3 加防水剂喷射混凝土方案分析

1.3.1 加防水剂喷射混凝土技术原理

该方案是通过在自拌混凝土原材料中直接加入防水剂和其他外加剂后通过做实验确定最佳配合比，然后按照该比例将砂石料、水泥、添加剂等粗细骨料拌合均匀后直接用混凝土喷射机在红砂岩表面喷锚，该方案不对含水红砂岩地层内和表面的水流做任何处理。

1.3.2 加防水剂喷射混凝土施工工艺

通过实验确定配合比→准备砂石料、水泥、添加剂→搅拌均匀原材料→绑扎钢筋网→喷射面层混凝土→养护。

1.3.3 施工难点及安全性评价

该方案的施工难点为混凝土原料比例在施工现场难以把控，喷射的混凝土不易附着在基坑侧壁，安全稳定性相对较低。

1.4 确定最佳方案

通过对各个方案调查分析以及从技术性、安全性、稳定性、有效性等方面进行调查分析和现场测量，还有试验等方面对比统计后，发现在含水红砂岩地层基坑支护喷锚中采用先隔水后喷射混凝土（施工咬合桩隔水帷幕后喷射混凝土）的施工总方案较为合理。

2 咬合桩施工咬合率影响因素分析

近年来，随着我公司地基基础资质的升级成功，承接的基坑支护项目增长趋势迅猛，尤其是深、大基坑的支护比例亦在不断增长。而作为深、大基坑主要支护形式之一的咬合桩工程承建量也在不断增长。但作为诸多以地基基础施工为主要业务的建筑企业中的佼佼者，对咬合桩施工的研究仍不完善、经验尚不丰富，作为衡量咬合桩施工质量最重要的要素——咬合率，是迫切需要研究的课题之一。

2.1 咬合桩施工咬合率影响因素现状调查

通过对我公司以往施工的咬合桩咬合率进行统计发现，咬合率尚不足93%，这不仅使咬合桩施工质量大打折扣，影响基坑支护的安全性能，而且大大增加了支护后的降排水成本。因此，为提高咬合桩施工的质量及安全性，降低降排水施工成本，保证公司市场竞争力，咬合桩的施工咬合率低下的问题急需解决。

通过与咬合桩施工操作人员及我公司专家沟通，根据以往施工经验、现场情况，对咬合桩施工过程中出现的问题进行分析和总结，具体问题见表1所列。

表1 影响咬合桩咬合率的因素统计表

通过影响因素统计表可以看出，桩身垂直度偏差超标的影响因素占据所有因素的51.3%，因此桩身垂直度偏差超标是引起咬合桩施工咬合率低的主要原因。

2.2 咬合桩施工咬合率低的原因分析

针对“咬合桩止水施工咬合百分率低”这个主要因素，对造成这一结果的各种原因进行分析，经汇总归类后有以下几点。

（1）操作工人的责任心不强、经验不够。虽然劳务队伍施工经验比较丰富，但个别操作人员对于关键工序施工的重视程度不足。

（2）安装钢筋笼时碰撞孔壁。通过现场检查发现，桩孔垂直度及钢筋笼平直度不符合要求，或安装钢筋笼时碰撞孔壁会有大概率引起塌孔，而出现咬合遗漏点。

（3）泥浆稠度小，护壁效果差。通过现场检查发现，现场泥浆稠度较小，护壁效果较差，不满足施工要求，极易发生塌孔。

（4）桩头开孔时，桩位偏差较大。一般情况下开孔时钻头是否对准由人工目测完成，且开钻时钻头有小距离偏移。

2.3 提高咬合桩施工咬合率对策分析

对上述导致咬合桩止水施工咬合率低的各个原因，通过查找资料寻找解决对策，最终确定经济、高效、方便实施的对策提高咬合桩的施工咬合率，主要对策如下。

（1）对各部位重要工序操作人员进行登记，实行严格的奖罚制度。通过责任到人，制定质量奖罚制度，提高操作工人的责任心和积极性，进而提高施工质量。

（2）派专人监督钻机成孔垂直度，指挥钢筋笼起吊和安装。该措施实施后减少了塌孔现象，降低了材料浪费，有效预防了咬合桩咬合部位夹泥夹块等咬合遗漏点的问题。

（3）针对不同地质情况，调整合适的泥浆稠度。通过调整不同稠度泥浆的混凝土，保证泥浆护壁效果，有效避免塌孔造成的咬合遗漏点的问题。

（4）制作咬合桩导墙。通过制作咬合桩导墙，提高桩头开孔时的桩位精准度，可有效控制桩顶标高。

通过采取以上措施对现场咬合桩施工过程进行逐步管控，咬合桩咬合率完全满足预期控制要求。通过抽样检查发现在同一场地、相同地层及相同桩身规格基础上，在措施实施前后分别统计了200根咬合桩的咬合率。措施实施前共有15根桩不合格，咬合率为92.5%；措施实施后共有4根桩不合格，咬合率为98%。措施实施后较措施实施前咬合率提升5.5%，成功提高了咬合桩成桩的施工质量，主要问题得到了有效控制，提高了基坑支护的安稳性，减少了后期降排水施工成本。

2.4 提高咬合桩施工咬合率巩固措施分析

为了使咬合桩施工水平稳步提高，工程施工过程中应注意以下措施落实到位。

（1）施工过程中，应明确管理人员的职责分工，加强劳务班组的施工管理，严格按照作业指导书进行施工。

（2）管理人员应切实做好技术交底工作，让各环节的每位工人熟练掌握支护桩施工的工序和方法，牢记成功经验、关键注意事项，建立良好的职业操守。

（3）严把质量关，建立提前防范、过程管控、整改及时、以防为主、防控结合的精细化质量管理模式，并建立健全相应的处罚机制。

（4）施工期间，要求设备必须按规定定期保养、保修，要避免机械设备疲劳运作。保养时要做好相关记录并存档。

（5）人员要加强理论知识的学习，提高现场发现问题及解决问题的能力，管理人员应按施工情况不定期召开施工问题讨论学习会议，提高管理人员发现问题、解决问题及总结问题的主动性。对于工程施工过程中遇到的各种难点、可优化点进行研讨，不断提高管理人员管理水平。

3 咬合桩的作用与效果

3.1 含水红砂岩地层中采用咬合桩的优点

一般情况下在基坑支护过程中混凝土喷射到含水地层上时由于混凝土未来得及初凝就会被含水层中的水流冲刷，导致混凝土中的胶结材料流失，无法形成坚固结实的混凝土面层。

传统的深基坑喷锚支护施工时，卵石层及以上地层的地下水通过管井降水与集水明排结合的方式有效降低了潜水水位，喷锚支护不受地下水的干扰，按照设计要求顺利实施。施工至红砂岩层后，由于红砂岩中富含裂隙水，风化程度重、胶结性质差，通过以上的降水方式效果并不明显，且红砂岩长时间暴露地表极易风化坍塌。若长时间等待红砂岩中潜水水位下降，不但影响工期，而且威胁基坑安全。

采用高咬合率的咬合桩围护结构，既可以解决含水红砂岩地层支护难的问题，又能有效止水，保证基坑的安全稳定，为坑内干环境作业提供前提条件。通过该施工方法在我公司某深基坑支护中的成功应用，有效保证了周边道路及建筑物的安全稳定。以我公司应用咬合桩技术的某项目为例，该基坑施工自2021年8月26日开工，2021年12月5日竣工验收，经监测组在施工全过程对基坑的监测数据显示，基坑顶部水平位移最大累计值12 mm，基坑顶部竖向位移最大累计值9 mm，监测结果均在报警值范围以内，符合设计规范，基坑处在安全稳定状况。

3.2 采用咬合桩的负面影响分析

对于基坑支护形式而言，安全、经济、合理是其最主要的要求，而咬合桩便是这样的新型围护结构之一。咬合桩作为一种平面布置灵活、建设用地占用率低、抗渗能力强及相对经济的基坑支护形式，已被越来越多的深基坑所采用。

不过咬合桩临建时相对施工成本高、工艺复杂、难度大，如果不施工导墙将耗费大量的人力及物力以确保咬合桩咬合率合格，但是施工咬合桩导墙将直接增加项目的人材机成本，并且该技术相对于桩锚支护技术、土钉墙施工技术等进度缓慢。

4 结束语

相对于先引水后喷射混凝土和直接加防水剂喷射混凝土等方案，总的来说在含水红砂岩地层中选择先隔水后喷射混凝土（施工咬合桩隔水帷幕、基坑开挖后人为增设隔水帷幕）施工技术具有较高的性价比。

通过采用咬合桩施工既能解决含水层红砂岩基面无法进行喷射混凝土支护的难题，又能满足支护结构安全的要求并达到良好的止水效果。近两年我公司通过采用该施工方法，在临洮、临夏松散的砂卵石层、天水的饱和土地层以及成都的细砂层等地质环境中均取得了良好的基坑支护效果，社会及经济效益显著。因此，咬合桩在深基坑支护中具有范围适用性较强、施工效率高、安全可靠等优点，具有很好的推广应用价值。