咬合樁在深基坑圍護結構中的應用

顏佩君

（上海市浦東新區建設工程安全質量監督站，上海市200135）

0 引言

隨著城市建設的發展和地下空間的開發利用，咬合樁作為一種新型的圍護結構施工工法，是指混凝土樁相互咬合搭接形成的具有擋土和止水作用的連續樁墻。在北京、上海、廣州、深圳等城市的市政、地鐵和地下工程中廣泛應用，施工工藝也日趨成熟。本文以咬合樁在上海楊高路改建工程基坑圍護結構中的應用情況作介紹和分析。

1 工程概況

1.1 隧道圍護結構

楊高路改建工程1標位于楊高南路花木行政中心，線路呈西南-東北走向，屬于楊高路商務走廊核心路段。楊高路主線為地下隧道，工程基坑安全等級為一級，基坑全長720 m，寬度28～44 m，開挖深度2.4～17.1 m。基坑采用明挖法施工。隧道圍護結構采用地下連續墻，墻長21.5～32.5 m，沿基坑深度方向設置1～4道支撐，其中分為2道鋼筋混凝土支撐和2道鋼管支撐。

Y19節段基坑長度14.46 m，寬度28 m，開挖深度16.3 m，圍護結構采用地下連續墻，地連墻作為主體結構側墻的一部分、與內襯墻共同受力。圍護結構選用800 mm厚地連墻，采用鎖口管接頭，墻長32.5 m，混凝土標號水下C35 P8，共計16幅地連墻。基坑底部地基加固采用850@600 mm三軸水泥土攪拌樁，水泥摻量20%，采用裙邊加固，厚度4 m，寬度3.85 m。

1.2 Y19節段污水管道概況

Y19節段基坑內留有1根現狀污水管道，與基坑軸線斜交，污水管為1 500 mm混凝土管，管內底標高-2.2 m，管道埋深約6 m。由于該污水管道為花木行政區域的主管道，不能中斷污水運行。為保證污水管道順利改接，在圍護結構施工前，將現狀污水管道翻排至Y18節段主體結構混凝土中板上進行改接，然后將污水管道廢除。

在Y19節段基坑外兩側污水管道位置，新建2座SMW工法井。工法井圍護結構采用700@500SMW工法樁，內插H500×300×11×18型鋼，雙軸水泥土攪拌樁，水泥摻量13%。在污水管道位置處，H型鋼插至污水管管頂，采用水泥土攪拌樁加固；同時在污水管道下部采用MJS全方位高壓噴射注漿加固，樁徑3 000 mm，搭接650 mm，水泥摻量40%，注漿深度至污水管底以下18 m。污水管道工法井與基坑地墻間凈距為25cm，該空隙頂端采用高壓旋噴樁進行止水。

Y19節段基坑內污水管道廢除后，由于土體經過MJS全方位高壓噴射注漿加固與雙軸水泥土攪拌樁加固，導致Y19節段2幅地連墻無法正常施工，形成地連墻圍護結構不能連續封閉，單側斷開間隔長度為3.8 m。

圖1為Y19節段基坑平面布置圖。

1.3 Y19節段咬合樁圍護結構

Y19節段圍護結構封閉是明挖法施工的前提條件，單側3.8 m長度圍護結構無法封閉，其一土體會因為無支護體系而坍塌，其二止水帷幕不封閉，基坑內外承壓水將在此范圍內貫通，影響基坑施工安全。因此需要選擇一種既安全又可靠的施工工藝，封閉圍護結構。經過參建各方討論后，最終選擇全套管護壁咬合樁圍護方案來封閉基坑。

圖1 Y19節段基坑平面布置圖

Y19節段基坑污水管道位置未封閉區域單側長3.8m，設置5根咬合樁，兩側共設置10根位于地連墻未封閉處。咬合樁樁徑1 000 mm，樁長均為32.5 m，咬合樁分Za、Zb兩種樁型相互交替，間距800 mm，兩個樁相互咬合200 mm，咬合樁與地墻咬合200 mm，其中Za樁為圓形鋼筋籠、Zb樁為方形鋼筋籠，混凝土采用水下C35混凝土（見圖2）。

圖2 咬合樁平面示意圖

1.4 地質與水文

該工程所在區域地貌類型為濱海平原，沿線地勢平坦，各勘察點地面標高為3.82～5.29 m。沿線場地內自上而下可劃分為7個大層及若干亞層，共計10層。各土層分別為①1層填土、②層褐黃～灰黃色粉質黏土、③層灰色淤泥質粉質黏土、③T灰色砂質粉土、④層為淤泥質黏土、⑤層灰色粉質黏土、⑥1層暗綠色粉質黏土、⑥2層草黃色粉質黏土加砂質粉土、⑦1層草黃色砂質粉土、⑦2層灰色粉細砂（未揭穿）。

場地地下水由淺部土層中的潛水和深部粉（砂）性土層中的承壓水組成，地下水補給來源主要為大氣降水與地表涇流，地下水與地表水水力聯系密切。勘察測得場地地下潛水位埋深為0.9～2.8 m（高程 1.21～4.26 m）；所揭露的承壓水為⑦層承壓水，勘察測得場地⑦層承壓水埋深約6.23～6.31 m（高程 -2.28～-2.22 m）。

2 咬合樁工法簡介

咬合樁采用全套管護壁施工，相鄰混凝土排樁間部分圓周相嵌，并于后序次相間施工的樁內置入鋼筋籠，使之形成具有防滲漏作用的整體連續防水和擋土雙重功能的圍護結構。施工主要分為硬法切割和軟法切割。咬合樁的排列方式采用為一根素混凝土樁或有筋樁（簡稱B樁）和一根鋼筋混凝土樁（簡稱A樁）間隔。硬法切割先施工B樁，等B樁強度達到30%后，再施工A樁；軟法切割先對B樁采用超緩凝混凝土進行施工，要求在B樁混凝土初凝前完成A樁施工。兩種施工方法均在A樁施工時，利用全套管鉆機切割掉相鄰B樁相交部分的混凝土，從而實現樁與樁的咬合。該項工程楊高路Y19節段咬合樁采用硬法切割。

3 咬合樁施工工藝

3.1 施工流程（見圖3）

圖3 咬合樁施工流程圖

3.2 導墻施工

為提高咬合樁孔口的定位精度和就位效率，在咬合樁施工前，在樁頂上部沿咬合樁兩側先施作鋼筋混凝土導墻。導墻寬度2.5m，厚度500 mm。相鄰樁位時保證搭接長度200 mm。導墻內配16@250雙向鋼筋，導墻的混凝土等級C25。導墻模板采用自制泡沫模板，導墻預留定位孔模板直徑為鋼套管直徑。模板定位牢固，嚴防跑模，并保證軸線和孔徑準確，混凝土澆注前對模板的垂直度、中線、孔徑凈距等進行驗收。圖4為導墻平面示意圖，圖5為導墻施工之實景。

圖4 導墻平面示意圖

圖5 導墻施工之實景

3.3 樁位施工順序

該項工程咬合樁單側5根，兩側共計10根。咬合樁分為Za樁和Zb樁。Za樁、Zb樁均采用普通水下混凝土，首先施工Zb樁，等Zb樁強度達到30%后，再施工Za樁。Za樁對相鄰Zb樁混凝土進行硬切割成孔，同時對地下連續墻混凝土進行切割，形成封閉止水效果。施工順序為2→4→3→1→5。咬合樁樁位順序示意圖見圖6所示。

圖6 咬合樁樁位順序示意圖

為保證基坑封閉止水效果，咬合樁與地連墻處留有200 mm咬合量；由于地下連續墻已提前施工完畢，在地連墻相鄰的Za樁施工時，需等Zb樁混凝土強度達到100%后，再同時切除地連墻混凝土與Zb樁混凝土，確保樁身垂直度和咬合效果。

3.4 全套管施工設備

根據該項工程咬合樁的情況，采用全套管全回轉鉆機（型號盾安DTR1505）進行咬合樁施工（見圖7）。整套設備包括全回轉驅動裝置、液壓動力鉆、鉆機、鋼套管、錘式沖抓斗、鉆架等組成。全回轉動力設備夾緊鋼套管進行360°回轉鉆進，在壓入力和扭矩的共同作用下將1 000 mm鋼套管壓入土層，首節套管帶高強度合金刀頭,在鉆進的同時可切割混凝土。

圖7 全套管全回轉鉆機施工設備作業平面布置圖

3.5 鋼套管安裝

全套管護壁采用1 000雙壁鋼套管，在成孔套管使用前，進行套管順直度的檢查和校正。首先檢查和校正單節套管的順直度，然后檢查按樁長配置的全長度鋼套管的順直度，并對各節套管編號，做好標記，按序拼裝。鋼套管為雙壁式，標準段每節6 m，底管7 m，短節3 m，均采用螺栓接頭連接而成。在鋼套管底部安裝刀頭，刀頭上的高強合金齒可用于切割土層、混凝土及其他障礙物。圖8為鋼套管及其構造示意圖。

圖8 鋼套管及其構造示意圖

3.6 咬合樁成孔

將鉆機設備的鉆桿中心與咬合樁樁位中心對齊，并調整設備的水平度，保證導桿及鋼套管的垂直度。在導墻上統一編寫樁號，鉆機移動調平支穩，使樁機中心準確對準樁位中心，以免造成重樁和漏樁。

樁機就位后，先進行垂直度復測，復測用兩臺經緯儀雙向復測或吊線錘，滿足要求后開始成孔，保證進入樁位預孔的垂直度要求。先埋設第一節鋼套管（每節套管長約6 m）壓入2 m～3 m，然后用沖抓斗從鋼套管內取土，一邊卸土、一邊繼續下壓鋼套管埋入土中，第一節鋼套管按要求壓入土中后，地面上預留2 m，以便于接管。再用驅動器壓鋼套筒時，樁位垂直度的檢測一般為抽樣檢查。在咬合樁施工時必須使鋼套管的深度比鋼套管內的土面深3～4 m，切割咬合時，要控制垂直度，放慢鉆進速度，防止鉆進時鉆頭的鈦合金磨損太快而無法切割至樁底部。

鋼套管下壓鉆進和取土，一節套管完成后再接下一節，直至成孔深度達到設計要求樁長。在成孔過程中要保證套筒下壓的垂直度，當垂直度超出標準和設計要求時，要采取糾偏措施。

3.7 鋼筋籠安裝

該項工程咬合樁鋼筋籠分為圓形和方形鋼筋籠。鋼筋籠分為4節吊裝，主筋連接采用單面搭接焊。采用搭接焊的其焊縫長度單面焊大于10 d，并保持鋼筋的同軸性。在吊裝鋼筋籠前，對鋼筋籠進行檢查。檢查內容包括：長度、直徑，焊點是否變形等。完成檢查后開始吊裝，吊裝采用履帶吊雙勾多點緩慢起吊，筋籠吊運時應防止扭轉、彎曲，緩慢下放，避免碰撞鋼套管壁。

3.8 混凝土灌注

混凝土利用導管灌注，導管口距混凝土表面的高度保持在2 m以內，在施工中連續灌注，中斷時間不得超過45 min。澆筑混凝土應連續澆搗，導管隨澆隨提。鋼套管隨混凝土灌注逐段上拔，起拔套管應搖動慢拔，保持套管順直，嚴禁強拔。導管直徑為300 mm，導管連接順直、光滑、密閉、不漏水。在澆注過程中，隨時檢查是否漏水。第一次澆注時，導管底部距孔底30～50 cm，澆注混凝土量經過計算確定，在澆注中導管下端埋深控制在2～4 m范圍。提升套管和導管時，采用測繩測量，嚴格控制其埋深和提升速度，嚴禁將套管和導管拔出混凝土面，防止斷樁和缺陷樁的發生。混凝土要連續澆注不得中斷，邊灌注邊拔套管和導管，并逐步拆除。混凝土灌注至設計樁頂標高以上1 m（超灌量1 m），完全拔出套管和導管。樁頂混凝土不良部分要鑿掉清除，要保證設計范圍內的樁體不受損傷，并不留松散層。

4 技術質量控制措施

4.1 控制樁位

為了保證咬合樁具有良好的咬合效果，應嚴格控制孔口的定位誤差，將套管鉆機對準樁位，調平鉆機機身以控制樁位；同時，要使得動力頭、攪拌頭、樁位線三點一線。鉆機定位后的鋼套管中心與樁中心偏差不應大于±10 mm。

4.2 垂直度控制

為了保證咬合樁底部有足夠的咬合量，除嚴格控制孔口定位誤差外，在成樁過程中，設置兩臺經緯儀對鉆桿的垂直度進行觀察，同時用水平尺附掛在鋼套管的兩正交方向上，通過觀察水平尺上的豎直氣泡居中。兩種方法同步控制樁身垂直度，并根據設計要求控制樁的垂直度允許偏差不得大于1/300。成孔過程中如發現垂直度偏差過大，可利用鉆機油缸及時進行糾偏調整。樁位成孔后，采用全自動超聲成孔檢測儀對垂直度進行質量檢測。

4.3 預防“浮籠”

由于鋼套管內壁與鋼筋籠外緣之間的間隙較小，灌注樁芯混凝土起拔套管的時候，鋼筋籠有可能被鋼套管帶著一起上浮形成“浮籠”。應采取如下預防措施：

（1）確保灌樁混凝土的和易性良好，其粗骨料粒徑滿足＜20 mm的要求；

（2）鋼筋籠的加工尺寸應確保精確，在轉運、吊裝過程中采取可靠措施防止鋼筋籠扭曲變形；

（3）在鋼筋籠底部加焊一塊比鋼筋籠略小50 mm的薄鋼板，增加其抗浮能力。

4.4 咬合時間控制

該項工程咬合樁采用硬法切割施工，先施工Zb型樁，在Za型樁咬合時，應使Zb樁的強度達到30%方可施工，且不得小于C10混凝土強度。

4.5 高強度合金齒控制

該項工程咬合樁采用硬法切割施工，不僅需咬合樁身，同時咬合地下連續墻，對第一節鋼套管的高強度合金齒質量要求較高。在鉆進過程中，需放慢鉆進速度，防止合金齒磨損太快而無法切割至樁底部；同時，要避免發生高強度合金齒根開裂、合金齒磨圓、合金齒掉落等情況。如發現此類情況，應及時更換合金齒，確保施工周期。

5 施工效果

由于Y19節段基坑內留有污水管道，故地下連續墻和咬合樁分為二次施工。首先施工的是地下連續墻圍護結構，隨后挖除污水管道，再采取咬合樁方式進行封閉基坑。因為地墻與咬合樁接縫處為二次施工，存在施工冷縫。在基坑開挖過程中，發現該處交界面冷縫部位，有二處輕微滲漏水現象，施工人員及時進行了封堵注漿處理，采用雙快水泥做封堵材料，注漿采用水泥水玻璃雙液漿，經封堵注漿處理后效果明顯，有效地控制了冷縫位置的滲漏現象。

除上述因地連墻和咬合樁未連續施工所引起的冷縫交界面滲漏外，從Y19節段基坑開挖出的咬合樁，樁體外觀整齊光潔，并通過鉆孔取芯、超聲波檢測，以及混凝土試件的試驗檢測，在樁身垂直度、樁身完整性、樁芯混凝土質量、樁身咬合量、擋土止水等方面均達到了預期的效果，未發現樁間漏水情況。同時，后期通過對圍護結構深層水平位移，頂部水平位移，坑邊地表豎向位移、水位觀測等監測數據來看，也達到了理想的效果。

6 結語

楊高路咬合樁基坑圍護結構施工技術的成功應用，為今后其他同類基坑咬合樁圍護結構施工提供借鑒。結合咬合樁施工技術總結以下幾點：

（1）咬合樁作為圍護結構具有防滲能力強、無需泥漿護壁、擴孔（充盈）系數小、配筋率低，在穿過軟弱富水地層時無需增加其它輔助措施。

（2）咬合樁采用全套管護壁鉆進及其取土方法，避免了塌孔、縮徑等質量通病，有效防止孔內流砂、涌砂現象；同時，全套管護壁方式保證了成樁質量，樁間緊密咬合，形成整體連續基坑圍護結構；對該項目緊鄰的外側污水管道起到很好的安全保護作用。

（3）在全套管咬合樁施工中，可干孔作業，無須排放泥漿，機械設備噪聲低，振動小，大大減少工程施工時對環境的污染，有利于文明施工。

（4）嚴格控制好咬合樁樁體的垂直度是保證咬合樁的關鍵，在施工前要制訂完善的垂直度控制及糾偏措施。

（5）咬合樁施工的薄弱環節是樁與樁之間的咬合搭接面，因此需要保證足夠的咬合量，并使混凝土在咬合搭接面相互嵌入、緊密黏結。這是咬合樁結構有效防水的關鍵所在。