复杂地质条件下咬合桩施工质量控制

1工程概况

T4枢纽站位于广东省深圳市宝安国际机场T2航站楼（规划）北侧扩建填海区，呈南北向布置，紧邻地铁20号线。车站设站后停车、折返线，远期规划为机场T2航站楼与轨道交通综合开发区。车站上盖T2航站楼与机场T2航站楼同期建设，与机场自动旅客捷运系统（空侧及陆侧、规划）、穗深城际铁路、地铁20号线、地铁11号线平行换乘，场址范围内现状为空地及施工场地。

本站为地下3层岛式站台车站，设站后停车和折返线，车站主体为地下3层单柱双跨（双柱三跨、多柱多跨）箱形框架结构，局部1层。车站长746m，标准段宽24.5m，基坑开挖深度为25.95~34.46m（同步实施远期停车线空间），有效站台长202m，宽14m。车站顶板覆土厚度为0~3m，有效站台中心处覆土厚度为0m。采用明挖法施工，车站围护结构采用1300@1900/2000钻孔咬合桩+钢筋混凝土内支撑体系，围护结构嵌固深度9~11m，咬合桩共计1668根。T4枢纽站围护结构平面如图1所示。

图1 T4枢纽站围护结构平面示意

2施工方法

咬合桩施工工艺流程如图2所示。钻孔咬合桩围护结构采用套管钻机进行钻进成孔，相邻桩间互相咬合形成钢筋混凝土桩墙，通常以素桩（A桩，混凝土桩）和荤桩（B桩，钢筋混凝土桩）间隔排列形式进行布置。在施工时，先进行素桩施工，素桩采用超缓凝混凝土，荤桩应在素桩混凝土初凝前完成施工，荤桩通过切割相邻素桩实现咬合，形成连续的刚性桩墙结构，咬合桩施工流程如图3所示，施工顺序为：A1→A2→B1→A3→B2→A4→B3→A5→B4。

图2咬合桩工艺流程

图3咬合桩施工流程

3质量控制方案

3.1设备选型

根据地质勘察资料及现场试桩情况，T4枢纽站 地层主要为砂质粘性土和全风化花岗岩，并存在人工填土、软土、残积土和风化岩以及大块石。

人工填土层较厚，由于人工填土具有松散、自稳能力差、孔隙率大、渗透性不均匀等特性，成孔时存在孔壁塌孔风险。

软土主要为淤泥和含淤泥质砂，会对桩侧产生负摩阻力，负摩阻力对基桩承载力有不利影响。

残积土和风化岩的土质不均匀，在饱和状态下受扰动后，砂质粘性土粘结强度降低，性质接近砂层，容易崩解，渗透系数增大。

常规咬合桩套管无法对大块石进行清除，而且在不良地质体中成孔易塌方。为此，本工程采用全套管全回转钻机。施工时钻机回转支承环与套管通过楔形夹紧机构进行固定，全回转装置包括升降系统和抱箍夹紧系统，为套管360°回转及刀头切土体提供动力。

套管在钻机钻进过程中一方面起到护壁作用，防止孔壁坍塌，另一方面传递顶部驱动设备扭矩和压入力至刀头。本工程钢套管采用桶式钢质结构，外径为1300mm，套管厚度为30mm。全套管全回转现场布置如图4所示。

图4全套管全回转现场布置示意

3.2导向墙布置

本工程在桩顶上部设置钢筋混凝土导向墙，以提高钻机就位速度及钻孔定位精确度。为保证基坑开挖 后基坑内侧结构尺寸满足设计要求，导向墙根据设计图纸外放100mm。导向墙宽2m，厚30cm，采用C20混凝土。经比选，导向墙采用变形控制效果好的组合定型钢模板，模板面板为钢板，厚5mm，竖筋为L10号角钢，两块模板中间采用钢管支撑。导向墙模板如图5所示。

图5导向墙模板示意

3.3咬合桩成孔

钻机定位后，在槽孔与套管间铺设槽钢进行固定，防止套管施工过程中发生位移。 决定桩垂直度的关键环节是前两节套管吊装埋设的垂直度，因此在压入套管过程中，其垂直度采用全站仪进行校核。 当套管垂直度误差较小时，固定钻机下夹具，利用钻机上夹具调整垂直度； 当套管垂直度误差较大时，拔出套管重新埋设，或对移动钻机进行对中。

取土成孔时，应先压入第一节套管，套管每节长度为7~8m，通过套管上的刃尖进行压入，压入深度为2.5~3m，套管内取出的土利用起重机抓斗送至渣土车内，通过抓斗边抓土边压入套管，抓土过程中保持套管底口距取土面不小于2.5m；第一节套管全部压入后，为方便套管连接，套管顶应高出1.5m，随后进行孔壁垂直度检测，合格后立即连接第二节套管，随后下压取土，循环钻进，直至钻孔达到设计标高。不合格时应纠偏，重新钻进，直至垂直度符合要求。

3.4钢筋笼施工

全回转套管外径为1300mm（同钻孔直径），壁厚30mm，内径为1240mm，钢筋笼主筋外侧设置箍筋，箍筋直径为12mm，钢筋笼主筋净保护层厚70mm，根据设计图纸，钢筋笼外径尺寸为1160mm。咬合桩钢筋笼如图6所示。

图6咬合桩钢筋笼示意

3.5混凝土浇筑

由于B桩（荤桩）成孔施工时需切削A桩（素桩），因此要求在A桩混凝前完成B桩施工，且采用超缓凝混凝土浇筑。超缓凝混凝土初凝时间要求为：根据本工程试桩结果，全回转施工从钻进至混凝土浇筑约需12h，由于荤桩施工时需切削2根素桩，其中荤桩成孔最长时间24h，因此咬合桩混凝土缓凝时间不小于24h。

采取以下措施保证咬合桩混凝土浇筑质量。

（1）混凝土灌注导管内径300mm，中间节长3m，最下节长4m，配备0.5m、1m、1.5m非标准节。导管经试拼试压合格后使用。为防止堵管，应合理优化混凝土配合比，减小骨料粒径（粒径不宜大于20mm），坍落度不宜小于200mm。（2）钢筋笼下设完毕浇筑混凝土时，应保证初灌量满足要求，经计算，1.3m直径桩的初灌量应不小于4m ³ 。在灌注混凝土过程中，导管埋置在混凝土中的深度宜控制在2~6m。（3）浇筑时，应边拔套管边灌注混凝土，采用拔管机辅助起拔钢护筒，确保钢护筒顺利起拔不发生脱落。浇筑拔管过程中始终保持套管底口埋入混凝土深度不小于2.5m，混凝土灌注导管埋入混凝土深度为2~6m，直至混凝土全部灌注完成。

3.6垂直度控制

B桩（荤桩）成孔施工时需切削2根A桩（素桩），正常情况下此时两根A 桩混凝土尚未初凝，因此B桩两侧切削摩擦力相同。但实际施工顺序是“先中间后两边”，即先施工中间桩，后向两侧施工。咬合桩分布情况如图3所示，先施工A3、A2、B2，左侧咬合桩施工完成后进行右侧咬合桩施工，由于B3桩施工时2根A桩存在施工时间差、强度差，切割A3、A4桩时B3桩两侧摩擦力不同，造成全回转成孔垂直度较大偏差从而影响咬合桩施工质量。

本工程采用以下措施控制咬合桩成孔垂直度。

（1）合理规划咬合桩施工顺序，避免不利情况发生。（2）待B桩两侧A桩混凝土强度差别不大时再进行B桩施工，调整桩以消除或减小全回转切削时两侧受力不均情况。（3）实时观察全回转设备上的水平气泡装置，出现偏移时调整脚部油缸伸缩长度，保证套管处于垂直状态。

3.7施工效果检验

（1）采用本施工工艺确保了按计划工期完成施工任务，施工过程顺利，咬合桩施工任务圆满完成。

（2）施工过程中通过超声检测发现，孔壁垂直度满足要求、无影响桩身咬合效果的坍塌现象。基坑开挖后桩身垂直度、外观、混凝土强度等均符合设计要求。咬合桩开挖后现场效果如图7所示。

图7咬合桩开挖后现场效果

（3）基坑开挖结果显示，开挖后的咬合桩施工质量满足设计要求，接头止水情况良好，无渗漏水情况，围护结构监测数据稳定无预警情况。截至目前，基坑已开挖至地下3层，监测数据显示咬合桩桩顶水平位移最大累计值为–20.8mm（累计控制值±30mm），桩体深层水平位移最大累计值为22.25mm（累计控制值为±30mm），围护结构状态稳定，确保了基坑施工的安全稳定。

4结束语

采用全套管全回转施工工艺，咬合桩施工垂直度得到有效控制，保证了施工质量和施工进度。该工艺有效解决了钻孔咬合桩在不良地质体等复杂地质条件下的钻进效率低、垂直度控制难的问题，保证了咬合桩施工安全，确保了基坑施工安全。本研究总结形成了复杂地质条件下咬合桩成套施工技术，为类似工程提供了借鉴。