上海软土地层钻孔咬合桩的施工和应用

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钻孔咬合桩作为一种新型的基坑维护结构已经成功的应用于深圳、南京的地铁建设等多个项目中，施工工艺已较为成熟。但是在上海软土地区，邯郸路地道工程是首次使用，并取得了成功，证明了该法在上海软土和高地下水位土层中的适用性。结合邯郸路地道工程分析了咬合桩的施工要点，总结了施工经验。

　　1、工程概况
　　中环线邯郸路地道工程位于上海市杨浦区五角场和大柏树之间的邯郸路下，东西向穿过复旦大学校区。地道全长1080m，属长距离浅埋式地道，采用顺作法施工。结构分U型槽、箱式暗埋、箱式暗埋开孔三种形式。箱式暗埋开孔段长200m，基坑开挖深度11m，宽度42.5m，该段基坑围护结构采用1000咬合桩，桩长22m，咬合厚度20cm.咬合桩已经在深圳、南京等地地铁项目中得到了应用，施工工艺已较为成熟，但在邯郸路地道工程中的应用是作为一种新型深基坑围护结构在上海地区软土及高地下水位地层中的首次应用。
施工区域工程地质从上至下依次为：①人工填土：成份复杂，结构松散，厚0.8~3.8m；②31：黄—灰色粘质粉土夹粉砂，稍密，中压缩性，夹薄层粘性土较多，土质不均，含氧化铁斑点、云母晶片，厚2.5~10.6m；②32：灰色，砂质粉土，稍密，中压缩性，夹少量粘土，含云母晶片，局部夹粉砂，厚2.4~16.1m；④：灰色，淤泥质粘土，流塑，高压缩性，夹少量粉砂，含碎蚌壳，局部为淤泥质粉质粘土，厚1.3~6.3m；⑤1：灰色，粉质粘土，流塑—软塑，高—中压缩性，夹薄层粉砂，含腐植物、钙结核、有机质，厚3.8~7.6m；地下水位埋深为0.5~1.3m，属潜水类型，主要补给来源为大气降水、地表径流，常因气候、降水降水、地表径流，常因气候、降水等影响而变化。地下水对混凝土无腐蚀性。
　　2、咬合桩施工技术
　　钻孔咬合桩是近几年来在我国粘性土、砂土以及冲填土等软土层中的基础和地下工程应用较多的一项新技术。施工主要采用“套管桩机+超缓凝型砼”方案。由于地下结构顶、底板较厚，要求侧墙亦有较大刚度与之匹配，钻孔咬合桩整体刚度较大可用作主体结构侧墙的一部分参与主体结构受力，内衬墙因此可采用较经济的设计。并且相对于地下连续墙，钻孔咬合桩本身在经济上有较大优势。
　　2.1施工机械
　　本工程根据试桩情况、施工进度安排和工程量的数量采用4台MZ-120液压摇头式套管桩机和2台MZ-100液压摇头式套管桩机。每台机器的生产能力为每天3根。
　　2.2桩型和平面布置
　　咬合桩的排列方式采用，为一个素砼桩（A桩，有的工程中A桩也为钢筋混凝土桩，考虑到B桩要切割咬合，A桩中用较小截面的方形钢筋笼）和一个钢筋砼桩（B桩）间隔，如图1所示。先施工A桩，后施工B桩，A桩砼采用超缓凝型砼，要求必须在A桩砼初凝之前完成B桩的施工，B桩施工时，利用套管桩机的切割能力切割掉相邻A桩相交部分的砼，则实现了咬合。
邯郸路地道工程的基坑围护中的两种桩型分别为C30素混凝土桩（A桩）和C30钢筋混凝土桩（B桩），A桩B桩相间布置切割咬合（咬合宽度每侧20cm）成排桩围护结构。如图1所示。

　　2.3咬合桩咬合厚度的确定
　　相邻桩之间的咬合厚度d根据桩长来选取，桩越短咬合厚度越小（但最小不宜小于100mm），桩越长咬合厚度越大，按下式进行计算：d-2（kl+q）≥50mm（1）
（即保证桩底的最小咬合厚度不小于50mm）
式中：l———桩长；k———桩的垂直度；q———孔口定位误差容许值；d———钻孔咬合桩的设计咬合厚度。
2.4工艺流程
　　（1）单桩施工流程：平整场地→测放桩位→施工砼导墙→套管桩机就位对中→压入第一节套管及校核垂直度→钻孔→测量孔深→清孔检查→B桩吊放钢筋笼→放入混凝土导管→浇注混凝土→拔出套管。
　　（2）排桩施工流程：本工程咬合桩排桩是按先施工A桩，后施工B桩的施工原则进行的，其施工流程是：A1—A2—B1—A3—B2—A4—B3……

　　3、试桩及其成果
　　为了验证咬合桩施工工艺在邯郸路地道工程中应用的合理性、可行性。同时为设计修正提供必要的施工技术参数，本工程进行了试桩。
试桩桩长、桩型布置形式与设计桩型一致，试桩地点在设计桩位附近进行，共计试桩11根。通过试桩检验地质水文情况、成孔过程中垂直度控制情况、咬合厚度控制情况、超缓凝型砼相关参数合理情况、普通混凝土相关参数合理情况、钢筋笼上浮控制情况、桩头质量的保证情况及桩体的完整性情况，并进一步完善和优化咬合桩作业流程。试桩记录汇总表见表1.

　　通过本次试桩和后面将要提及的混凝土缓凝试验，摸清了地质水文情况；有效控制了孔口定位精度、成孔垂直度；保证了咬合厚度；验证了超缓凝混凝土缓凝剂的掺量、缓凝时间、坍落度及普通混凝土坍落度的合理性。通过钻孔取芯、超声波检测及试块的实验，验证了桩头的质量、桩身的完整性、混凝土的抗压强度等均达到了设计规定的标准，能够满足设计要求。同时确定了咬合桩在邯郸路地道工程中使用时的具体施工参数，见表2.

　　本次试桩平均单桩成桩时间为8h18min.因初期施工时对地质情况不了解，设备磨合、人员配合协调等因素影响单桩成桩时间，试桩初期最长单桩施工时间为16h30min（主要原因是等钢筋笼），以后的几根桩比较顺利，用时最短单桩成桩时间仅为4h45min，随着对施工工艺的熟练，能够保证每8h成1根桩（即每天每机成3根桩）。咬合桩超缓凝的时间要保证大于4根桩的单桩成桩时间。实际试桩4根桩的成桩时间为33h12min，小于设计规定的超缓凝时间60h，能满足设计要求。施工控制过程中考虑砼的运输、等待、机械故障、不可预见因素影响以及地下土体中（含地下水）外加剂的扩散，施工将超缓凝时间定为72h，试桩超缓凝外加剂掺量为1.5%。
　　从表1来看,整桩垂直度控制的较好,最小的垂直度达到0.2‰。可见利用线锤进行地面及孔内垂直度控制能满足设计要求,可用于正式施工的垂直度控制。
　　4、施工关键技术
　　针对本工程的周边环境特点和施工条件，为确保施工过程中基坑安全及基坑两侧交通、管线及建筑物安全，要保证咬合桩身的质量和桩墙的整体质量和稳定。同时也为验证咬合桩在上海地区的适用性，在施工中有以下需控制的关键点：
　　4.1孔口定位误差的控制
　　为了保证咬合桩底部有足够的厚度的咬合量，应对其孔口的定位误差进行严格的控制。为提高孔口的定位精度，在咬合桩桩顶以上设置钢筋砼导墙，导墙上定位孔的直径宜比桩径大40mm.桩机就位后，将第一节套管插入定位孔并检查调整，使孔口定位误差控制±10mm。