钻孔咬合桩施工及常见故障处理

1 工程概况

上海市轨道交通 6 号线工程北起高桥镇港城路, 南至世博园区主题公园, 是市重大交通建设项目。在 6 号线 21B标段长清路站～上南路区间段局部 267 延长米的基坑中, 首次在上海软土地基中大范围采用了钻孔咬合桩作为基坑围护体系。该区域的钻孔咬合桩围护既是基坑开挖时的围护挡土墙和止水帷幕, 又紧贴区间结构的外板墙并与结构外墙共同受力。

本工程咬合桩桩长 25 m, 桩中心间距 800 mm, 咬合厚度为 200 mm, A桩与 B桩咬合交错布置, B桩内配钢筋笼采用水下 C30 混凝土, A桩为 C30 素混凝土( 图 1) 。

2 工程地质及周边环境

工程地质属上海市典型软土地基, 工程影响范围内从上至下主要包含素填土、粉质粘土、淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土、砂质粉土、粉质粘土等。

咬合桩施工范围北侧平行于基坑方向为已竣工使用的日月新苑小区 6～7 层住宅楼, 条形基础, 基础底标高约3.7 m, 设抗沉降桩为 250 mm×250 mm预制混凝土方桩, 桩长 18 m。咬合桩围护外边线距离小区住宅楼为 8.5～12 m( 图 2) 。

3 工程特点与难点

( 1) 咬合桩垂直度控制难度较大。由于咬合桩在上海市软土地

基尚无相关标准规定, 借鉴外地咬合桩控制要求, 确定咬合桩垂直度控制为 3/1000。一方面施工时垂直度控制难度大, 另一方面当垂直度无法满足时必须采取相应的措施进行纠偏。

( 2) 咬合桩超缓凝混凝土的配制。由于咬合桩施工成败重中之重为 A桩的超缓凝混凝土的配合比必须满足其初凝时间不小于 60 h, 因此必须通过多次的配合比试验以满足混凝土的初凝要求。

( 3) 咬合桩不同情况下的接头处理难度大。工程采用多台钻孔咬合桩施工, 需要针对不同的接头形式采用针对性的接头处理。

( 4) 周边环境要求高。日月新苑小区距离基坑近, 且基础相比照较薄弱, 而咬合桩在软土地基上变形通常会较大,施工中必须采用相应措施减小基坑施工对周边环境的影响。 4 咬合桩施工关键技术 4.1 单桩施工流程

场地平整→测量放样→导墙施工→桩机就位→安放套管→压入套管、控制垂直度→套管钻进、抓斗取土→测量孔深→孔底检查→吊放钢筋笼→导管安装、浇捣混凝土→逐次拔管、测量混凝土标高→桩机移位 在咬合桩施工时对三个关键过程进行重点控制, 其分别是导墙定位、套管垂直度控制、混凝土浇捣。

4.2 导墙定位

由于咬合桩紧贴结构, 为抵消咬合桩在基坑开挖时的外侧土压力作用下的向内位移而造成的基坑结构净空减小及自身的垂直度偏差, 咬合桩导墙放样时外放 80 mm, 导墙单边宽为 1 250 mm, 厚 300 mm。施工相邻桩位时保证搭接长度为 200 mm( 图 3) 。

导墙模板采用自制整体木模, 导墙预留定位孔模板直径为套管直径扩大 3 cm即为 1 030 mm。模板采用钢管支撑,支撑间距不大于 1 m, 严防跑模。混凝土浇注前对模板的垂直度和中线以及净距进行验收。 导墙采用 C20 混凝土进行浇注, 混凝土浇注时两边对称交替进行, 严防走模。如发生走模, 应立即停止混凝土的浇注, 重新加固模板, 并纠到设计位置后, 方可继续进行浇注。振捣采用插入式振捣器, 振捣间距为 600 mm 左右, 防止振捣不均, 同时也要防止在一处过振而发生走模现象。 4.3 套管垂直度控制

移动套管钻机至正确位置, 使套管钻机抱管器中心对应定位在导墙孔位中心, 采用经纬仪及线锤对钻管进行垂直度控制

垂直度控制在 3‰以内。找正桩管垂直度后, 磨桩下压桩管, 压入深度约为 2.5～1.5 m, 下压套管始终保持套管底口超前于开挖面的深度≮2.5 m。第一节套管全部压入土中( 地面以上要留 1.2～1.5 m, 以便于接管) , 第二节套管安装后对其检测垂直度, 如不合格则进行纠偏调整。本工程取土方式采用抓斗取土, 利用抓斗自重下落取土。在接近孔底时,取土采取轻放轻抓, 以免扰动底部土层, 终孔时外管超前0.5～1.5 m。 成孔过程中要控制好桩的垂直度, 必须对以下三个环节进行严格的控制: 套管的顺直度检查和校正

钻孔咬合桩施工前应在平整地面上进行套管顺直度的检查和校正, 首先检查和校正单节套管的顺直度, 然后将按照桩长配置的套管全部连接起来进行整根套管 ( 15～25 m)的顺直度检查, 偏差宜小于 10 mm。检测方法: 于地面上测放出两条相互平行的直线, 将套管置于两条直线之间, 然后用线锤和直尺进行检测。 成孔过程中桩的垂直度监测和检查

地面监测: 在地面选择两个相互垂直的方向采用经纬仪或线锤监测地面以上部分的套管的垂直度, 发现偏差随时纠正。这项检测在每根桩的成孔过程中应自始至终坚持, 不能中断。

孔内检查: 每节套管压完后安装下一节套管之前, 都要停下来对孔内垂直度检查, 不合格时需进行纠偏, 直至合格才能进行下一节套管施工。 纠偏

成孔过程中如发现垂直度偏差过大, 必须及时进行纠偏调整。

( 1) 利用钻机油缸进行纠偏: 如果偏差不大或套管入土不深( 小于 5 m) , 可直接利用钻机的两个顶升油缸和两个推拉油缸调节套管的垂直度, 即可到达纠偏的目的。

( 2) A桩纠偏: 如果 A桩在入土 5 m以下发生较大偏移, 可先利用钻机油缸直接纠偏, 如达不到要求, 可向套管内填砂或粘土, 一边填土一边拔起套管, 直至将套管提升到上一次检查合格的地方, 然后调直套管, 检查其垂直度合格后再重新下压。

( 3) B桩的纠偏: B桩的纠偏方法与 A桩基本相同, 其不同之处是不能向套管内填土, 而应填入与 A桩相同的混凝土, 否则有可能在桩间留下土夹层, 从而影响排桩的防水效果。 4.4 B桩成孔“管涌”现象的控制

在 B桩成孔过程中, 由于 A桩混凝土未凝固, 还处于流动状态, A桩混凝土有可能从两桩相交处涌入 B桩孔内, 称之为“管涌”( 图 4) 。克服“管涌”有以下几个方法:

( 1) 套管底口应始终保持超前于开挖面一定距离, 以便于造成一段“瓶颈”, 阻止混凝土的流动, 超挖距离不应小于2.5 m。

( 2) B桩成孔过程中应注意观察相邻两侧 A桩混凝土顶面, 如发现 A桩混凝土下陷应立即停止 B桩开挖, 并一边将套管尽量下压, 一边向 B桩内填土或注水, 直到完全制止住“管涌”为止。 4.5 分段施工接头的处理方法

本工程一台钻机施工无法满足工程进度, 需要多台钻机分段施工, 这就存在与先施工段的接头问题。本工程中采用设置砂桩的方法对该类接头进行处理。在施工段与段的端头设置一个砂桩( 成孔后用砂灌满) , 待后施工段到此接头时挖出砂灌上混凝土即可( 图 5) 。

由于砂桩部位容易产生渗漏水现象, 因此在砂桩外侧采用旋喷桩防水。 4.6 混凝土浇捣

超缓凝混凝土是钻孔咬合桩施工工艺所需的特殊材料( 因为其缓凝时间特别长, 所以称为超缓凝混凝土) , 这种混凝土主要用于 A桩, 其作用是延长 A桩混凝土的初凝时间,以到达其相邻 B桩的成孔能够在 A桩混凝土初凝之前完成,这样便给套管钻机切割 A桩混凝土创造了条件。因此超缓凝混凝土是钻孔咬合桩施工工艺成败的关键。

为了满足钻孔咬合桩的施工工艺的需要, 超缓凝混凝土必须到达以下技术参数的要求: ( 1) 混凝土缓凝时间≥60 h; ( 2) 混凝土坍落度: 180±20 mm; ( 3) 混凝土的 3 d 强度值不大于 3 MPa; ( 4) 最终强度满足设计要求。

由于咬合桩施工成败重中之重为 A桩的超缓凝混凝土的配合比必须满足其初凝时间≥60 h 的要求, 因此通过多次实验进行比较( 表 1) , 得出的最符合工程施工要求的配合比。

根据表 1 结果, 本工程采用嘉新京阳 P042.5 水泥和RH25 的缓凝剂, 缓凝剂掺量为 1.6%, 实际满足施工要求, 未发现早凝现象。

5 实施效果

由于制定切实可行的方法, 进行合理的施工安排, 严格的施工控制, 咬合桩施工质量得到了控制, 桩与桩之间无明显漏水现象。基坑开挖过程中, 围护变形也在设计允许的范围内, 周边环境无异常情况发生。 目前咬合桩用于基坑围护体系中, 施工时可采用自落式取土或钻进取土的方式, 其中前者适合在周边环境比较好的情况下使用, 通常在周边环境要求较高时宜优先采用钻进取土的方式。 文章来源： 《建筑施工》原 陈永康; 周吉

钻孔咬合桩施工中常见故障处理技术

1工程概况

天津地铁3号线华苑站位于迎水道与桂苑路交口处,站北侧为规划中的天大天财科技园和麦迪逊商贸广场,西侧为鑫茂民营科技园,南侧为日华里居住区。

华苑站为地下岛式车站,二柱三跨钢筋混凝土框架结构,全长200m,标准段基坑净宽,深,地下市政管线错综复杂,有电力、雨水、污水、煤气等共14条管线穿越基坑。 地下稳定水位埋深约为。

本基坑地层分布有第四系全新统人工填土层,第Ⅰ陆相层、第Ⅰ海相层、第Ⅱ陆相层及第Ⅲ陆相层。 岩性主要为粘性土、粉土及粉砂。

各土层的性质、层序、厚度及力学性质见下表。

主体结构深基坑开挖采用钻孔咬合桩作为围护结构,桩径为1000mm,相邻两桩咬合量为250mm,桩长为～,共有693根桩。

咬合桩分为A桩和B桩,A桩为C15超缓凝水下素混凝土桩,B桩为C30水下钢筋混凝土桩。 2 钻孔咬合桩工艺原理

钻孔咬合桩采用全套管钻机钻孔施工,在桩与桩之间形成相互咬合排列的基坑围护结构。 桩的排列方式为A桩和B桩间隔布置,施工时先施工A桩后施工B桩,并要求A桩的超缓凝混凝 土初凝之前必须完成B桩的施工。

B桩施工时采用全套管钻机切割掉相邻A桩相交部分的素混凝土,从而实现咬合。 钻孔咬合桩有支护、承重和止水三重功能。

钻孔咬合桩施工第一步是在桩顶上部施作混凝导墙,目的是为了提高钻孔咬合桩孔口的定位精度并提高就位效率。

导墙设计为每侧宽50cm,厚30cm,强度等级为C20素混凝土。

以B桩为例,单桩的施工工艺流程如:平整场地→测量桩位→施工混凝土导墙→套管钻机就位对中→吊装安放第一节套管→测控垂直度→压入第一节套管→校对垂直度→抓斗取土,跟管钻进→测量孔深→清除虚土,检查孔底→A桩吊放钢筋笼→放入混凝土灌注导管→灌注混凝土逐次拔套→测定混凝土面→桩机移位。 A型单桩施工工艺与B型桩基本相同,只是没有吊放钢筋笼这一工序。 桩墙即排桩的施工工艺流程如图1。

3 施工中常见故障的处理方法 3.1 桩孔偏斜

(1)发现钢套管有倾斜趋势时,立即通过反复摇动、微量扭、挪套管支座等方法将套管倾斜消除在初始状态。

(2)如垂直度偏斜超过3‰,无法靠桩机本身调整时,采取向孔内填砂,向上拔出套管,重新校正精度和成孔。

(3)无法利用套管钻机重新成孔时,在待处理桩位的两侧注浆,形成隔渗帷幕拦截地下水。 服“管涌”的措施

发生管涌有两种情况:随着钻孔深度增加和套管的摇动,淤泥质粘土和砾质粘土在饱和压力水作用下,软化呈流塑状,引起管涌;在B桩成孔过程中,由于A桩混凝土尚未凝固,还处于流动状态,A桩混凝土有可能从A、B桩相交处涌入B桩孔内,也可能发生管涌(见图2)。

克服“管涌”有以下几个方法:

(1)在成孔过程中缓冲轻抓,减小对孔底土层的扰动。

(2)A桩混凝土的坍落度应尽量小一些,以便于降低混凝土的流动性。

(3)加长桩机套管,套管底口始终保持超前于开挖面一定距离,孔内留足一定厚度的反压土层,形成“瓶颈”到达瓶塞效果,阻止混凝土流动。

如果钻机能力许可,这个距离越大越好,但至少不应小于。

(4)如果遇地下障碍物套管无法超前时,可向套管内注入一定量的水,使其保持一定的反压力来平衡A桩混凝土的压力,以阻止“管涌”的发生。

(5)B桩成孔过程中应注意观察相邻两侧A桩混凝土顶面,如发现A桩混凝土下陷,则应立即停止B桩开挖,并一边将套管尽量下压,一边向B桩内填土或注水,直到完全制止住“管涌”为止。 3.3 遇地下障碍物的处理

钻孔咬合桩A桩超缓凝土要受到时间的限制,遇到地下障碍物处理起来比较困难,因此它一般适用于软土地层的地质环境中,而不宜在岩层中施工。

施工前必须对地质情况十分清楚,对一些比较小的障碍物,如卵石层,体积小的孤石等,可以先抽干套管内积水,然后再吊放作业人员下去将其清除。

当需进行桩端嵌岩时,可采用十字冲锤进行冲击钻进至设计标高处。 3.4 分段施工接头的处理方法

本基坑主体围护结构全部采用钻孔咬合桩,为保证工程进度,现场配备4台液压摇动式全套管桩机(简称全套管钻机),为处理好施工段的接头,实现咬合桩的三重成效,在施工段的端头设置一个砂桩(成孔后用砂灌满),后施工段施工时挖出砂灌注混凝土即可,如图3所示。

3.5 事故桩的处理

在钻孔咬合桩施工过程中,因A桩超缓凝混凝土的质量不稳定出现早凝现象或机械设备故障等原因,造成钻孔咬合桩的施工未能按正常要求进行而形成事故桩,处理方法有以下3种:

(1)平移桩位单侧咬合:B桩成孔施工时,其一侧A1桩的混凝土已经凝固,使套管钻机不能按正常要求切割咬合A1、A2桩,处理方法是向A2桩方向平移B桩位,使套管钻机单侧切割A2桩施工B桩,并在A1桩和B桩外侧另增加一根旋喷桩作为防水处理,如图4所示。

(2)背桩补强:B1桩成孔施工时,其两侧A1、A2混凝土均已凝固,处理方法是放弃B桩的施工,调整桩序继续后面咬合桩的施工,以后在B1桩外侧增加3根咬合桩及两根旋喷桩作为补强防水处理,并在基坑开挖过程中将A1和A2桩之间的夹土清除,喷上混凝土即可,如图5所示。

(3)预留咬合锲口。

在B1桩成孔施工中发现A1桩混凝土已有早凝倾向但还未完全凝固时,此时为防止继续按正常顺序施工造成事故桩,可及时在A1桩右侧施工一砂桩以预留出咬合锲口,待调整完成后再继续后面桩的施工,如图6所示。

4 结束语

(1)本工程地质条件、工程环境复杂,整个基坑处于软土地区中,且地下水丰富,水位较高,采用咬合桩有较强的针对性,加快了施工进度,保证了施工质量,效果明显。

(2)采用全套管钻机成孔,无须排放泥浆,施工现场文明;无缩孔、断桩等常见的钻孔灌注混凝土桩的通病。

(3)咬合桩的关键工序为全套管成孔和成桩的垂直度控制以及混凝土超缓凝技术。

出现故障时,采用上述处理方法,能快速、有效地处理施工过程出现的常见事故,加快了施工进度,保证了施工质量,为钻孔咬合桩施工提供了新的思路,对同类工程施工有参考和借鉴价值。

文章来源： 《四川建筑》元件 陈顺勇