城區復雜地下障礙工況咬合樁圍護結構保護性施工

陳四才

【摘 要】咬合樁是在全套管灌注樁技術基礎上發展起來的一項基坑圍護新技術，近幾年在深圳、上海等城市的施工中得到應用和發展。咬合樁施工工藝是在全套管樁基施工工法的基礎上，結合了自身的技術特點，經過多個工程實踐而得以發展起來的，主要用于圍護結構中的施工工法?！耙Ш稀币鉃橄噜彉吨g的相互關系，即相鄰樁之間利用二種混凝土的初凝時間差，實現無縫“咬合”。

【關鍵詞】咬合樁；圍護結構；虹口港泵閘工程

1 前言

咬合樁吸收了國內外廣泛使用的基坑圍護結構形式的諸多優點，符合當前國家關于節能環保產業方面的相關政策，在城市快速建設發展的今天，老城區改造不斷加速，新建工程地下障礙物情況越來越復雜，在城區用地日益緊張的背景下，咬合樁因其質量可靠、施工速度快、地層適應性強、平面連接形式多樣、施工環保、節省造價、外觀整齊的特點，其應用范圍已日趨廣泛。我公司結合虹口港泵閘工程的實踐，總結規律，不斷優化施工參數，形成了本工法。

2工藝特點

（1）由于采用了全套管的跟管鉆進及其取土方法（沖抓或螺旋鉆），避免了塌孔、縮徑、擴孔等質量通病，有效防止了孔內流砂、涌砂現象，全套管的護孔方式保證了成樁質量，樁間緊密咬合，形成整體無施工縫連續基坑圍護結構。對沉降及變位易控制，能夠緊鄰相近的建筑物、地下管線施工。

（2）全套管跟進施工，不需清障施工。

（3）施工中可干孔作業，無須排放泥漿，機械設備噪音低、振動少，對環境污染小。

（4）抗滲能力強。鉆孔咬合樁是連續施工的，樁間不存在施工冷縫夾雜泥土。

（5）配筋率較低。咬合樁通常是采用鋼筋砼樁和塑性混凝土樁間隔布置的排列方式，大大地降低了支護結構的配筋率。如本工程咬合樁配筋率為85.3Kg/m3，而灌注樁配筋率為215.9Kg/m3。

3 適用范圍

（1）適用于城區地下障礙物復雜、周邊建筑物密布、施工場地狹小、清障工作難以開展的工況。本工程施工場地狹小，樁離防汛墻和樓房距離非常近，最近處不到2米，部份圍護樁下有障礙物，在原先準備清除地下障礙物時挖深近4～5米后回填土層較厚的雜填土，因此基坑圍護采用硬咬合樁，選用全回轉套管機施工。

（2）城區復雜地下障礙物，施工場地狹小，

施工時靈活，由于咬合樁施工時可以根據需要轉折變線，適合于施工一些平面多變的的基坑和圓弧基坑等。

4工藝原理

鉆孔咬合樁是采用全套管鉆機鉆孔施工，在樁與樁之間形成相互咬合排列的一種基坑圍護結構。樁的排列方式分為兩種形式，一種是一條鋼筋混凝土樁（A樁）和一條素混凝土樁（B樁）間隔布置，施工時，先施工B樁后施工A樁，必須B樁混凝土初凝之前完成A樁的施工。A樁施工時采用全套管鉆機切割掉相鄰B樁相交部分的混凝土，實現咬合。另一種是A、B樁都是鋼筋混凝土樁間隔布置。B樁一般不配筋并采用超緩凝混凝土，A樁采用全套管鉆機，切割掉相鄰B樁相交部分的混凝土，從而實現咬合樁。

5施工工藝流程及操作要點

5.1施工順序

總的施工原則是先施工素混凝土樁B序樁，后施工鋼筋混凝土A序樁，其施工工藝流程是：B1→B2→A1→B3→A2→B4→A3……→Bn-1→An-2→Bn→An-1，如圖1所示。

相鄰成樁順序來說，B序樁（素樁）成樁在前，A序樁（鋼筋混凝土樁）成樁在后，切割B序樁而形成咬合結構。對B序樁的施工只要嚴格按照單樁施工工藝流程作業，確保垂直精度就能滿足要求。對于A序樁的施工，除了確保垂直精度使樁體能充分咬合外，還涉及施工過程中由于切割的擠壓以及摩擦等產生對已成B序樁的損害。因此在混凝土中加入緩凝型減水劑以使被切割的B序樁強度有較長的緩凝時間，使B序樁混凝土處于未初凝狀態。隨著鉆孔的加深，孔內可能出現混凝土管涌，因此在A序樁切割B序樁施工過程中，確保垂直精度以及克服管涌是咬合樁施工技術要點。

5.2單樁成樁施工工藝流程

（1）鉆機就位：待導墻砼有足夠的強度后，移動套管鉆機，使抱管器中心對應在導墻孔位中心。

（2）取土成孔：壓入第一節套管，然后用抓斗從套管內取土，一邊抓土，一邊繼續下壓套管，始終保持套管底口超前開挖面2.5m以上。第一節套管壓入土中后（地面上留1.2～1.5m，以便于接管），檢測垂直度，如不合格則進行糾偏，如合格則安裝

第二節套管繼續下壓取土，如此重復，直至達到設計孔底。

（3）吊放鋼筋籠（A樁）：成孔檢測合格后安放鋼筋籠，采取措施保證鋼筋籠標高的正確。

（4）灌注砼：如孔內無水，采用干孔導管法流態灌注；如孔內有水，采用水下砼灌注法施工。

（5）拔管成樁：一邊灌注砼，一邊拔樁，注意始終保持套管低于砼面不小于2.5m。

5.3操作要點

（1）鉆孔咬合樁在正式施工前應進行試成孔（數量不小于2個），以核對地質資料、檢驗設備、施工工藝以及技術要求是否適當。在試成孔時必須通知監理工程師到場，并在試成孔后向監理工程師提交書面報告，在得到監理工程師書面通知后方可正式施工。

（2）成孔護筒下壓時，若遇孤石，先用十字沖擊錘沖砸擊碎后，再下壓剛護筒到設計位置。

（3）為控制樁的垂直度，首先鉆機架立平整、穩固，套管中心與設計位置偏差控制在1cm以內；其次鋼套管就位后在管壁兩側安設兩套測斜儀，隨時檢測套管垂直度；再次，鉆機下壓鋼套管時，設置兩臺經緯儀控制其方向，隨時調整鋼套管的垂直度，以保證垂直度不超過1/300。在鉆孔過程中隨時監控套管垂直度，發生偏移及時調整。

（4）在B序樁砼中加入緩凝型減水劑以使被切割的B序樁強度有較長的等待時間，從而減少A序樁施工時因擠壓及摩擦對B序樁的影響。

6材料與設備

6.1材料-超緩凝混凝土

混凝土緩凝時間應根據單樁成樁時間來確定，單樁成樁時間與施工現場地質條件、樁長、樁徑和鉆機能力等因素相關。根據咬合樁施工工藝，B樁初凝時間應為： T=3t+k

t 為單樁成樁時間，一般取12h

k 為預留時間，取24h

因此，本項工程初步控制B樁初凝時間為T=60h，并在以后施工中根據現場情況進行調整。

超緩凝混凝土的施工質量控制方法如下：

1、生產：對超緩凝混凝土的技術參數要求：

自混凝土灌注時間計算，混凝土的初凝時間須≥60小時；采用C30超緩凝水下混凝土，設計要求水下混凝土應將混凝土抗壓強度提高10MPa；混凝土內氯離子最大含量不得超過0.2%，最大堿含量不超過3kg/m3。

在施工過程中，嚴格控制超緩凝混凝土質量，坍落度出廠控制范圍為20～26cm，運輸過程45分鐘，到現場坍落度預計為18～22cm，若坍落度損失過大，可在現場采用外加劑后摻法進行調整。

6.2設備

7質量控制

咬合樁是通過樁體咬合而達到結構自防水的目的，通過樁體內鋼筋不均勻分布而達到在相同配筋量的情況下，獲得最大抗彎強度，從而獲得較好的經濟利益。因此，咬合樁的技術要點可歸結為垂直度、混凝土的緩凝時間、混凝土材料的均一性和鋼筋籠的定位等。

（1）樁體垂直度控制

樁機就位后先進行初步對中，采用吊線錘，過機械下壓中心支點與樁位中心對中，對中后，根據需要調節機械各支腿油頂，使機械操作平面水平。水平調整完成后，再次對中，根據本次對中結果，再次平面移動對中，對中完成后，支起各支腿油頂，對中完成，對中誤差應小于1公分。

吊裝完第一節套管后，應在機械平面兩個90度方向設置吊線錘，對套管垂直度進行監測，在套管下沉過程中，監測人員全過程跟蹤。發現問題馬上進行糾偏。

（2）混凝土緩凝時間

混凝土采用商品混凝土，混凝土的緩凝時間直接影響到工程的成敗。按設計及工藝要求，混凝土的緩凝時間應大于60小時，在施工過程中，對不同批號的水泥及不同批號的外加劑，應提前做好配合比試驗。

B型（第一序樁）緩凝時間應大于等于60小時。

A型（第二序樁）緩凝時間應大于等于10小時。

（3）混凝土的和易性及均一性

水下混凝土灌注要求混凝土的坍落度在18～22cm之間，每車混凝土均應現場做坍落度試驗并予記錄。每次出料時，上料斗上應有10公分間距的格柵狀鋼筋濾網，防止砼罐車內流出塊石及水泥結晶體堵塞導管。

砼應充分攪拌，防止部分砼砂率過高或過低，過高或過低砂率的直接后果是該部分砼的和易性發生改變，使得鋼筋籠有可能跟管上浮。

（4）鋼筋籠的定位

鋼筋籠四周應設置定位U形卡。保證在鋼筋籠安放時順暢。鋼筋籠起吊時采用四點雙鉤緩慢起吊，逐步下放，不得使鋼筋籠發生變形，在鋼筋籠下放過程中，在鋼筋籠下放過程中，逐步調整鋼筋籠方向。為保證鋼筋籠定位準確，每個鋼筋籠就位前均應綁上測繩，在外套管起拔過程中，監測鋼筋籠是否上浮。

8安全措施

1本工法執行國家、地方以及本公司制訂的各種安全技術規程；

2應有符合國家衛生標準的防塵裝置及排污設施，確保攪拌、上料系統等操作層粉塵含量和污水排放符合標準；

3各類機械、設備的機械性能，應靈敏可靠，符合各部門對機械設備安全技術性能參數的要求。由于本工程需使用大型吊車，在使用過程中注意避免發生傾覆事故。

4對安全生產、各類措施落實、機械設備的安全技術性能、安全防護裝置等進行檢查，確保安全生產。

9環保與資源節約

1施工前應根據施工過程中可能出現的影響環境的因素（廢水廢氣、噪聲等）進行全面的分析，制定切實可行的控制措施，以預防和最大程度地減小對環境的影響；

2加強對施工人員的環保教育，提高全員施工環保意識；

3定期清運生活垃圾及其他工程廢料，按工程建設指定的地點和方案進行合理的堆放和處置；

4經常性檢測機械、機具的各項排放標準；

10效益分析

我公司針對上海市區虹口港泵閘工程項目的局部圍護樁結構進行方案優化選擇了咬合樁工藝。與本工程具有支護作用的灌注樁+高壓旋噴樁相比，咬合樁支護兼具止水帷幕作用、可取消止水帷幕高壓旋噴樁，另外咬合樁在配筋率上較灌注樁也大大降低，在止水帷幕復雜的情況下，咬合樁的使用具有一定的經濟優勢。

上海市區虹口港泵閘工程項目的咬合樁位置原圍護結構為灌注樁（樁徑1000mm，樁長23m，間距1150mm）+高壓旋噴樁（雙排，樁徑800mm，樁間距500mm），每延米成本組成如下，1、灌注樁排樁：灌注樁成孔、鋼筋及混凝土原材費用44561元；泥漿外運費用12434元；清障、清障垃圾外運及該部分回填費用3535元；2、高壓旋噴樁止水帷幕：高壓旋噴樁打樁費用33064元；置換土挖除外運841元；3總計：94435元。

通過對上海市區虹口港泵閘工程項目局部圍護結構變更為咬合樁圍護，約16.2延米。咬合樁（樁徑1000mm，樁長23m，間距800mm）圍護結構每延米成本組成如下：1、咬合樁成孔、超緩凝混凝土及配筋原材費用76146元；2、混凝土導梁、定位泡沫費用6546元；3、挖土外運費用3062；4、總計85754元。

每延米咬合樁支護比灌注樁排樁+高壓旋噴樁止水帷幕支護形式每延米成本降低8681元；在地下障礙物復雜、緊鄰建筑物的情況下，使用咬合樁可大大降低周邊建筑物變形風險，一定程度上降低了風險成本；具有很好的經濟效益和社會效益。

11應用實例

11.1上海地區虹口港泵閘工程

2014年，由我公司承建的上海市區虹口港泵閘工程項目中，局部基坑支護采用咬合樁工藝，施工工藝與技術措施采用本文中所述內容，成型圍護咬合樁經質量監督檢驗部門檢查，質量優良。此外，支護抗滲性能、周邊建筑物沉降、圍護結構線型等指標有較好的改善，得到參建各方的好評，是近年來中心城區地下障礙物復雜、周邊建筑物密布支護樁施工工法的典范。

11.2上海市軌道交通8號線虹口足球場站

該工程是上海首例咬合樁成功施工的項目。上海市軌道交通8號線虹口足球場車站為地下2層兩柱3跨島式結構，車站主體在運營中的軌道交通明珠線高架下垂直穿越，其中7～13軸基坑位于高架的正下方，車站圍護結構緊鄰高架承臺，北側咬合樁圍護與橋墩承臺間的凈距約70cm，南側咬合樁圍護與橋墩承臺間的凈距約30cm。為確保明珠線高架的正常運營，該段基坑的保護等級設為特一級，變形控制要求為：最大水平位移不大于15mm，坑外地表最大沉降不大于0.7‰h（h為基坑開挖深度15.5米）。由于地下連續墻、鉆孔灌注樁、SMW工法等常用工藝在施工時對周邊土體擾動較大，為此進行了多種基坑圍護方案的比選，最后選定鉆孔咬合樁作為圍護墻。

12 結語

總而言之，隨著施工技術水平的不斷提高，咬合樁維護保護性施工越來越受到有關專業人士的認可與重視，本文就針對該技術的施工特點、適用范圍、工藝原理進行了分析，并分析了施工工藝流程及操作要點、材料與設備、質量控制、安全措施等內容，目的在于拋磚引玉，為以后的施工提供借鑒價值。

參考文獻：

[1]汪進，李揚，劉明峰等.咬合樁支護工程技術應用實例[J].建筑，2014（9）

[2]王利強.高富水砂卵石地層咬合樁施工技術[J].商品與質量·建筑與發展，2014（11）