砂卵石与岩石复合地层咬合桩施工技术研究

砂卵石与岩石复合地层咬合桩施工技术研究

屈晓刚

612501199202046016

咬合桩是基坑排桩支护的一种形式，其同时具备基坑支护和止水的功能优势，被广泛应用于地下水比较丰富的深基坑支护工程中。本文通过具体的工程实例，对砂卵石与岩石复合地层条件下咬合桩施工的关键技术进行分析研究。

关键字：咬合桩；旋挖；复合地层；施工技术

1.咬合桩的功能原理

咬合桩主要包含了素混凝土A桩、钢筋混凝土B桩（见图1）。在施工过程中，桩的排列按照A桩、B桩间隔布置的原则，相互咬合一定的深度。首先进行A桩的施工，随后再进行B桩的施工，B桩施工时，将相邻 A 桩相交部分的素混凝土切除，达到咬合处理的目的。在咬合桩施工过程中，桩与桩之间为相互咬合的排列关系。与传统的深基坑支护技术相比，咬合桩施工能够达到加固、承重与止水的效果。

图1  咬合桩平面示意图

2.工程概况

2.1地质条件

该工程选址在长江岸边的漫滩地上，工程区域的垂直方向地质情况，自上而下为，砂卵石层10-12m，泥岩层6.5m，泥质粉砂岩-砂岩4.4m，以下为泥岩层。砂卵石渗透系数为1.3×10-3cm/s，属于中等透水层。泥岩层饱和抗压强度为5-8MPa，泥质粉砂岩饱和抗压强度为8-15MPa。

图2  地层地质情况

2.2设计参数

咬合桩设计桩长为35m，桩径为1m，相邻的A桩与B桩的中心间距为0.65m，咬合深度为0.35m。相邻A桩中心（或B桩）间距为1.3m，净距为0.3m。灌注混凝土强度为C35。B桩内设置钢筋笼，长度36.4m，钢筋笼由C25纵向钢筋、A10螺旋箍钢筋和C20加劲箍钢筋加工制作而成，纵向钢筋保护层厚度为50mm。（见图3）

图3  咬合桩设计参数示意图

3.施工重点及难点

（1）上层10-12m砂卵石地层在旋挖钻进过程中，如果护壁不当会造成大面积塌孔，导致桩孔无法继续钻进。

（2）由于A桩之间的设计净距仅35cm，施工过程中采取护筒护壁的方式钻进，护筒的外径1.1m因此A桩相邻桩之间的实际净距仅15cm，且为砂卵石层，很难支撑初凝前的混凝土自稳。如果采取相邻A桩在桩身混凝土初凝状态前施工的话，必定会扰动临桩，破坏桩身混凝土的完整性。

（3）在复合地层条件下，35m桩长其中上10-12m砂卵石地层各种旋挖设备均可以满足开挖，但是入岩后岩石强度范围为5-15MPa，因此旋挖设备钻凿能力须与岩石强度相匹配，才能保证机械效率和施工进度。

4.钻孔方案及设备的选择

为了解决上述施工中重点及难点问题，结合实际地质情况，并经过施工成本对比，本工程采用部分根管钻孔施工方式，就是在上层10-12m砂卵石地层钻孔时采用根管钻进的方式，入岩后采用旋挖钻机直接钻进成孔，这样既能避免砂卵石层中塌孔的问题，又能在入岩后保证正常的钻进效率。

另外对咬合桩的施工顺序进行了调整，分3序施工，Ⅰ序间隔成素桩，Ⅱ序错位间隔成素桩，Ⅲ序成钢筋桩咬合成型。分3序后施工后，钢筋桩采取硬切割素桩的方式进行咬合，Ⅰ序桩施工净距为1.6m。如此以来有效的避免了因素桩间净距较小，钻孔扰动而破坏桩身完整性的情况发生。

图4  分序施工顺序图

施工过程中通过对比280型、360型、400型和405型的设备参数结合实际施工的情况来看，各型号旋挖钻机的基本参数均能满足本工程的需求，详见表1。

表1         各型号旋挖钻机参数表

但是实际施工中，280型和360型旋挖钻机出现输出明显不足，在岩石钻进和提升护筒施工时难以满足施工要求，400型和405型旋挖钻机可以满足施工需求。详见表2。

表2           各型号旋挖钻机实际情况对比表

5.施工技术措施

5.1施工工艺流程

旋挖桩的施工流程如下：护筒钻进→旋挖钻进→护筒下放至岩石面→旋挖钻进至设计桩底高程→清孔/验孔→（下放钢筋笼）→灌注混凝土→拔出护筒→成桩。

5.2护筒制作及改装

护筒采用20mm厚钢板制作而成，根据旋挖钻杆提升至最大高度端头距离地面的最小高度确定每节护筒长度3m，护筒一端为承口另一端为插口，承插口分别开有8个直径8cm的丝口，护筒之间采用承插连接，接口处采用8个直径8cm的丝头固定。另外加工了专用承口和专用筒钻，专用承口一端与旋挖钻机钻杆满足插销连接，另一端与护筒满足承插连接，丝头固定。专用筒钻长度50cm长，底部为钻头，上部为插口与护筒承插连接，丝头固定。这一套制作可以使旋挖钻机带动护筒旋转钻进实现护筒下放和护筒拔出。

图5  定制护筒照片

5.3旋挖钻进施工

砂卵石层先采用旋挖钻机带动护筒钻进，利用底部钻头切削土体逐渐下放套管，当遇到护筒钻进速度过慢或下放长度达到一节护筒长度时，提出钻杆更换旋挖钻斗，顺着护筒向下挖至与护筒底部平齐后，更换专用承口带动护筒继续下放护筒，每节护筒下放至插口高度后暂停，安装固定上节护筒继续施工，如此循环完成砂卵石层的开挖。

当护筒下放至岩石面以下后，继续开挖则不需要护筒护壁，岩石层钻孔完全可以自稳成孔。岩石层钻进一般采用截齿筒钻钻进开挖，开挖至设计高程后更换清底钻斗进行孔底沉渣清理。

图6  旋挖钻斗照片                          图7  筒钻照片  

5.4下放钢筋笼

（1）钢筋笼加工制作

本工程咬合桩钢筋笼长度36.4m，考虑整体制作、吊装的话对场地要求较高，包括制作、配料、堆放等环节都需要较大的场地，而现场临时用地缺十分有限。另外一次起吊36.4m高对吊车要求较高，吊装过程中安全风险较大，而且整体吊装钢筋笼本身稳定性不好容易发生变形。因此本工程采取分两段制作钢筋笼，为了保证钢筋笼的制作质量，保证在分段连接处接头百分率不大于50%，现场通过制作标准件模具得以实现。接头处下段纵向钢筋制作半丝接头，上端纵向钢筋制作加长丝头（与套筒等长），安装时先将套筒全部拧至加长丝头一端。

图8  分段制作钢筋笼照片

（2）钢筋笼连接与下放

钢筋笼采用吊车辅助下放，第一节下放至最后一个加劲环处时暂停，采用钢管横梁支撑在孔口，然后吊装第二段钢筋笼，调整位置使接口处丝头和套筒对准后，沿着周长对称反向拧转套筒即可完成两段钢筋笼的连接。

5.5灌注混凝土

桩身混凝土采用导管法灌注，灌注前先将导管分段安装下放至距离孔底，然后提起50cm固定。顶部放置料斗便于混凝土灌入，料斗容量要满足初灌量的要求，使得第一批混凝土灌入后能将导管埋置不小于1.5m的深度，防止浇筑过程中断桩情况的发生，一般初灌量按照公式计算（d:导管直径；D：桩孔直径；h1：导管内混凝土高度；h2：导管外混凝土高度；k：充盈系数）。浇筑过程中要及时测量混凝土面高度，边灌注混凝土边分段拆卸导管，保证导管埋深在4-6m即可。混凝土浇筑完成后，利用旋挖钻机带动护筒旋转提升，分节缓慢拔出护筒完成桩身混凝土浇筑。

6.桩身完整性检测

本工程咬合桩设计要求，采取低应变检测桩身完整性，共检测45根桩，其中Ⅰ类桩14根，占检测总数31.1%；Ⅱ类桩31根，占检测总数的68.9%。均符合设计要求。

7.结语

本工程在面对砂卵石和岩石复合地层的特殊条件下，通过优化传统的旋挖钻施工工艺，在保证桩身质量的前提下，解决了砂卵石层钻进塌孔的问题，同时与全护筒旋挖桩对比降低了施工的成本，加快了施工进度。在临江、临河和临海的漫滩区域进行旋挖桩施工具有一定的参考意义。

参考文献：

[1]韩永刚.复杂地下环境深基坑围护结构咬合桩施工技术[J].安徽建筑,2016,23(02):134-136.

[2]林海涛.钻孔咬合桩在软土深基坑围护施工中的应用分析[J].科学与财富 ,2015(14):349.

[3]韦思振.全套管钻孔咬合桩在深基坑支护的应用[J].建材与装饰,2018,000(032):1-2.