硬切割咬合桩在水中墩深基坑工程中的应用分析

硬切割咬合桩在水中墩深基坑工程中的应用分析

刘岩

云南交发公路工程有限公司 云南昆明 650100

摘要：本文通过改变施工工艺、施工材料、施工机械等，研究了将软切咬合桩转变为硬切咬合桩。应用于桥梁深水基础围护结构领域，扩大了咬合桩的适用范围，增加了咬合桩的使用方法，拓宽了咬合桩的应用领域。

关键词：硬切割咬合桩；水中墩深基坑

1工程概况

某桥采用70+136+70m跨现浇连续梁跨越通航河道，其中5号主墩位于通航河道堤岸左侧水中，通航等级为Ⅶ级。

1.1 水文情况

5号主墩常水位最大水深为11m，常水位时大部分河滩外露。河流与线路之间的夹角为82度，施工水位为H=68m。雨季时受山洪影响，汛期水位暴涨暴跌。其余时间水位相对稳定，根据历史资料，百年一遇最高水位为87.89m，百年一遇最大流速为5.25m/s，正常水位流速约为3m/s；汛期前后的现场实测数据表明，正常水位波动在67～69m之间，日最大涨水幅度高达10m，整个汛期持续35天。

1.2 地质情况

①回填土（饱和粉质黏土），平均层厚3.2m，γ=12.5KN/m3，内摩擦角Φ=30°。

②粗圆砾石土，平均层厚4m，重度γ=18.5KN/m3，内摩擦角Φ=30°。

③强风化石英砂岩，平均层厚2m，重度γ=25.6KN/m3，内摩擦角Φ=45°。

2施工方案

2.1 方案比选

（1）钢围堰

原设计方案为双壁钢围堰，钢围堰能有效减短制作周期，刃脚强度也能有效保证，但河床表面起伏不平，且存在孤石。根据现场勘查，孤石粘结较牢固，清理河床存在较大实际困难，因此将对钢围堰下沉造成较大困难。钢围堰施工完成后，从钢围堰底部开挖至承台底部岩石出露8m，基坑全部裸露。由于河床地层裂隙水发育，裸露基坑即使采用喷锚支护也无法保证基坑在承压裂隙水的作用下发生坍塌。

（2）冲击钻硬切割咬合桩

咬合桩围堰地质适应性强，工程造价低，施工速度快，对场地条件要求低，特别是在防渗漏水及边坡防护方面具有优势，桩底深入到承台基底2m以下，可以保证基坑开挖过程中的稳定性和安全性。软切咬合桩需要超缓凝混凝土，对超缓凝混凝土的搅拌和运输要求过高，根据现场的施工条件无法满足。根据地质情况和水文情况分析，拟采用冲击钻孔硬切割咬合桩围堰对5号桥墩水中承台开挖进行防护。

2.2 主要施工方案

2.2.1 填土筑岛

进行填土筑岛标高为73米，设计承台顶面标高为64.814米，承台底面标高为59.814米，最大开挖深度为13.20米，承台设计尺寸20.2m×24.4m×5m(长×宽×高)，筑岛按承台设计尺寸外放5m，留做施工平台。

2.2咬合桩围护

围堰主围护结构咬合桩直径为1.20m，桩心距为1.00m,相邻两桩之间互相咬合为0.20m，素混凝土桩（Ⅰ序桩）采用C20水下灌注混凝土，钢筋混凝土桩（Ⅱ序桩）采用C25水下灌注钢筋混凝土。钻孔咬合桩钻孔深度至承台底面以下2m位置。钻孔咬合桩总数量108根，Ⅰ序桩和Ⅱ序桩各54根，桩长15.20m,设计桩顶标高73.014，设计桩底标高57.814m。在计划实施之前，先进行试钻2根Ⅰ序桩及1根Ⅱ序桩进行首件工程试验，通过成桩效果，确定施工技术、施工机械和施工材料是否需要改进，确认可行后进行工程桩施工。

2.3 咬合桩工艺流程

（1）导墙施工

根据钻孔咬合桩施工位置地层的承载力，考虑钻孔咬合桩配套施工机械的荷载和其他荷载来设计导向墙的强度和结构形式。如果地层承载能力较差，则在导墙混凝土中配筋，或增加导向墙宽度。导向墙厚度为500mm,宽度为1000mm，导向墙定位孔直径D比咬合桩直径d大30mm，混凝土强度等级为C30，导向墙上对Ⅰ序桩和Ⅱ序桩进行编号。

（2）钻机就位钻进

导向墙施工完成后，钻机就位，钻机采用普通冲击钻，冲程控制在3m以下，冲击每分钟6次～8次，筑岛层平均钻进速度20cm/h～25cm/h，砂岩层及Ⅰ序桩平均钻进速度8cm/h～12cm/h。在钻孔过程中，应全程监控孔的垂直度，施工中采用全站仪进行监测，确保成孔精度控制在3‰以内。

每台钻机在不同的区域独立作业，也可多台钻机跟进作业。单机成桩作业顺序为：A1→A2→B1→A3→B2→A4→B3→A5→……。单桩成桩时间约为72小时，保证B桩在A桩混凝土强度达到80%后顺利切割成孔，如下图：

图1 咬合桩工艺流程图                         图2 咬合桩正立面布置图

（3）灌注混凝土

钻孔到位后，再次检查孔位偏差及垂直度。如果不符合要求，应采取局部切削措施，以保证咬合厚度。验孔合格后，分段吊装钢筋笼，灌注水下灌注混凝土。混凝土在拌合站集中拌制，素混凝土桩采用标号为C20的普通水下混凝土，钢筋混凝土桩采用C25普通水下灌注混凝土。使用导管灌注，在灌注过程中做好灌注记录，精确计算导管的埋置深度，使导管底部距混凝土表面的高度保持在2m-6m范围内，施工时要连续灌注，中断时间不得超过45分钟。

（4）孔口定位误差的控制

为了保证钻孔咬合桩底部有足够的咬合量，应严格控制孔口的定位误差，并在施工过程中进行监控，及时，及时调整钻锤，确保咬合桩的平面位置。

（5）孔口定位误差的控制

如果在成孔过程中发现垂直度偏差过大，必须及时进行偏差修正和调整。

①如果偏差不大于10mm，可直接利用调整钻锤及钻机的位置来调整垂直度，可以达到校正的目的。

②如果在钻进深度5m以下时发生较大偏差，则可以首先使用钻机校正偏差。如果不满足要求，则可向将沙子或粘土填充到孔中并再次钻孔。直到达到设计要求。

2.4 Ⅱ序桩配筋计算

（1）纵向应力钢筋应使用HRB400或HRB500钢筋。直径不应小于16mm，钢筋的净距不应小于60mm;Ⅱ序桩应力钢筋宜沿截面均匀对称布置，其受力钢筋宜沿受拉区和受压区周边局部均匀配置；受力钢筋可根据内力分布沿桩身分段布置，应有一半以上通长布置，并应尽量减少钢筋接头；受力钢筋的接头不宜设置在受力较大处；

（2）箍筋应使用HPB300或HRB400钢筋。Ⅱ序桩应以螺旋方式配置。箍筋直径不应小于6mm，间距应根据计算确定，不应大于300mm；

（3）当钢筋笼长度超过4m时，应每隔2m设置一道直径不小于12mm的焊接加劲箍筋。

（4）钢筋笼焊接接头和机械连接接头应分别符合现行行业标准《钢筋焊接及验收规程》JGJ18和《钢筋机械连接技术规程》JGJ107的规定。

由于Ⅰ序桩素混凝土桩的刚度远小于Ⅱ序桩钢筋混凝土桩小，因此大部分荷载集中在Ⅱ序桩钢筋混凝土桩上，根据相关参考文献中咬合桩模型桩试验数据，素桩可以承受25%的荷载。此处检算中为了加大安全系数，计算荷载受力全部由钢筋混凝土桩承担。

因此单位计算长度l=2d-2a。

B桩的最大弯矩为2×869=1738KN.M

采用C25混凝土，抗拉强度设计值为1.78N/mm2

根据圆形截面受弯构件混凝土的设计，刚开裂时可承受的最大弯矩为：

根据现行钢筋混凝土设计规范计算，钢筋配筋面积为6280mm2

桩基配筋为20φ20，受拉区配筋为12φ20，受压区配筋为8φ20，箍筋为@20φ10。

5 结语

硬切咬合桩的混凝土终凝出现在桩的咬合以后，成为无缝连续的桩墙，与普通钻孔支护排桩相比，大大提高了支护结构的抗剪强度和安全性。具有良好的截水性能，不需要普通钻孔排桩的辅助截水及桩间挡土措施；与地下连续墙相比，功能基本相似，优点在：a、配筋率较低，节省了钢筋用量；b、抗渗能力较强；c、施工灵活，可根据需要转折变线。因此，更适合一些平面可变几何图形或弧形基坑的施工；硬切割钻孔咬合桩适用于可在水中筑岛的桥梁深基坑开挖。一般河床无覆盖层或河床覆盖层较薄，河床表面凸凹不平，钢围堰无法着床的条件下，硬切割咬合桩的优势更加明显。硬切割咬合桩穿透的地层需要坚实，不适合淤泥、流砂等软弱地层。因为钻孔Ⅱ序桩咬合Ⅰ序桩时，由于地层软弱，会造成偏孔。

参考文献：

[1]《咬合式排桩技术标准》 中华人民共和国住房和城乡建设部,JGJ/T 396-2018

[2]《桥梁桩基计算与检测》 赵明华 人民教育出版社

[3]《钻孔咬合桩围护结构设计要点及设计优化研究》论文编号1003-1995-（2009）06-0080-04

[4]《钻孔咬合桩围护结构的计算方法》论文编号（1008-1993-2008）01-146-04

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