咬合桩
摘要钻孔咬合桩作为一种支护围挡结构,在地铁车站等深基坑围护施工中有着广泛的应用。结合天津地铁3号线华苑车站深基坑开挖,介绍了钻孔咬合桩围护结构的施工工艺、单桩及排桩的施工流程、孔口定位误差、桩的垂直度及超缓凝混凝土施工质量等一些关键技术,以及常见工程事故预防及处理措施。
关键词钻孔咬合桩施工工艺围护结构事故处理
1 施工工艺
钻孔咬合桩是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1种基坑围护结构。桩的排列方式为1条钢筋混凝土桩(A桩)和1条素混凝土桩(B桩)间隔布置。施工时,先施工B桩,后施工A桩,在B桩混凝土初凝之前完成A桩的施工。B桩一般不配筋并采用超缓凝混凝土,A桩采用全套管钻机,切割掉相邻B桩相交部分的混凝土,从而实现咬合(如图1所示)。
1 1 单桩施工工艺
A型(配筋)单桩施工工艺流程如下。
平整场地→测放桩位→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。
(1)钻机就位
精确测定桩中心位置,作为钻机定位的控制点。
(2)取土成孔
在桩机就位后,吊装第1节管在桩机钳口中,找正桩管垂直度后,磨桩下压桩管,压入深度约为1.5～2.5m。用抓斗从套管内取土,一边抓土、一边继续下压套管,始终保持套管底口超前于开挖面的深度不小于2.5m。第1节套管全部压入土中后(地面以上要留1.2～1.5m,以便于接管),检测垂直度,如不合格则进行纠偏调整,合格则安装第2节套管,继续下压取土,直至达到设计孔底高程。
(3) 钢筋笼制作与吊放
钢筋笼制作要符合《钢筋焊接及验收规程》要求,钢筋制作加工要符合图纸尺寸要求,笼体完整牢固。为使钢筋笼有足够的刚度,以保证在运输和吊放过程中不产生变形,每隔2m 用Φ20mm钢筋设置一道加强箍。
(4)混凝土灌注
A、B桩混凝土质量要求如表1所示。
水下混凝土灌注采用导管法,导管为Φ250mm的法兰式钢管,埋入混凝土的深度宜保持在2～6m之间,最小埋入深度不得小于1m。严禁将导管提出混凝土面或埋入过深,一次拔出高度不得超过4m。
混凝土灌注中应防止钢筋笼上浮,当混凝土进入钢筋笼底端1～2m后,可适当提升导管。导管提升要平稳,避免出料冲击过大或钩带钢筋笼。
对于B桩,每车混凝土均取1组试件,监测其缓凝时间及坍落度情况,直至该桩两侧的A桩全部完成为止。发现问题立即采取应急措施。
（5）拔管成桩
边灌注混凝土边拔管,始终保持套管底低于混凝土面不小于2m。
1.2排桩施工工艺
施工原则是先施工B桩,后施工A桩,其施工流程为B1→B2→A1→B3→A2→B4→
A3……,如图2所示。
往往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。处理方法为在施工段与段的端头设置1个砂桩(成孔后用砂灌满),待后施工段到此接头时挖出砂子,灌上混凝土即可。
2 关键技术的质量控制
2.1 孔口定位误差的控制
在钻孔咬合桩桩顶以上设置钢筋混凝土导墙,导墙上设置定位孔,其直径宜比桩径大20～40mm。钻机就位后,将第1节套管插入定位孔并检查调整,使套管周围与定位孔之间的空隙保持均匀。
往往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。处理方法为在施工段与段的端头设置1个砂桩(成孔后用砂灌满),待后施工段到此接头时挖出砂子,灌上混凝土即可。
2 关键技术的质量控制
2.1 孔口定位误差的控制
在钻孔咬合桩桩顶以上设置钢筋混凝土导墙,导墙上设置定位孔,其直径宜比桩径大20～40mm。钻机就位后,将第1节套管插入定位孔并检查调整,使套管周围与定位孔之间的空隙保持均匀。
2.2桩的垂直度的控制
根据我国《地下铁道工程施工及验收规范》(GB50299—1999)及设计要求,桩身垂直度偏差不大于3?。
(1)套管的顺直度检查和校正
钻孔咬合桩施工前,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,套管顺直度偏差控制在1?～2?。检测方法为:在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,然后用线锥和直尺进行检测。
(2)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,采用经纬仪或线锥监测地面以上部分套管的垂直度,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进行,不能中断。
孔内检查:每节套管压完后,安装下一节套管之前,都要停下来用“测环”或“线锥”进行孔内垂直度检查。不合格时应进行纠偏,直至合格才能进行下一节套管施工。
（3）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,纠偏的常用方法有以下3种。
①利用钻机油缸进行纠偏:如果偏差不大或套管入土不深(5m以下),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,即可达到纠偏的目的。
②B桩纠偏:如果B桩在入土5m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,可向套管内填砂或黏土,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。
②A桩纠偏:A桩的纠偏方法与B桩基本相同,其不同之处是不能向套管内填土,而应填入与B桩相同的混凝土。否则有可能在桩间留下土夹层,影响排桩的防水效果。
2.3超缓凝混凝土的施工质量控制
B桩混凝土缓凝时间应根据单桩成桩时间来确定,单桩成桩时间与施工现场地质条件、桩长、桩径和钻机能力等因素相关。根据咬合桩施工工艺,B桩初凝时间为
T=3t+k
式中t———单桩成桩时间,一般取12h;
k———预留时间,取24h。
一般初步控制B桩初凝时间为60h,在以后施工中根据现场情况进行调整。
3常见工程事故的预防及处理措施
3.1“管涌”处理
“管涌”是指在A桩成孔过程中,由于B桩混凝土未凝固,还处于流动状态,B桩混凝土有可能从A、B桩相交处涌入A桩孔内。克服“管涌”有以下几个方法:
①B桩混凝土的坍落度应相对小一些,不宜超过18cm,以便于降低混凝土的流动性。
②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;如果钻机能力许可,这个距离越大越好,但至少不应小于2.5m。
③必要时(如遇地下障碍物套管底无法超前时)可向套管内注入一定量的水,通过水压力来平衡A桩混凝土的压力,阻止“管涌”的发生。
④ A桩成孔过程中,应注意观察相邻两侧B桩混凝土顶面,如发现B桩混凝土下陷,应立即停止A桩开挖,并一边将套管尽量下压,一边向A桩内填土或注水,直到完全止住“管涌”。
3.2钢筋笼上浮处理
由于套管内壁与钢筋笼外缘之间的空隙较小,在上拔套管的时候,钢筋笼有可能被套管带着一起上浮。预防措施主要有:
①A桩混凝土的骨料粒径应小一些,不宜大于20mm。
②在钢筋笼底部焊上一块比钢筋笼直径略小的薄钢板以增加其抗浮能力。
③必须安装钢筋笼导正器。
④混凝土灌注必须按操作规程进行。
3.3 钻进入岩的处理
钻孔咬合桩仅适用于软土地质。如施工中遇到局部小范围区域少量桩入岩情况时,可采用“二阶段成孔法”进行处理。第一阶段:不论A桩或是B桩,先钻进,取土至岩面,然后卸下抓斗改换冲击锤,从套管内用冲击锤冲钻至桩底设计高程,成孔后向套管内填土,一边填土一边拔出套管(即第一阶段所成的孔用土填满)。第二阶段:按钻孔咬合桩正常施工方法施工。
3.4 事故桩的处理
在钻孔咬合桩施工过程中,因B桩超缓凝混凝土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。事故桩的处理主要有以下几种情况。
(1)平移桩位单侧咬合
A桩成孔施工时,其一侧B1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B1、B2桩。处理方法为向B2桩方向平移A桩桩位,使套管钻机单侧切割B2桩,施工A桩(凿除原桩位导墙,并严格控制桩位),并在B1桩和A桩外侧另增加1根旋喷桩作为防水处理。(2)背桩补强
A1桩成孔施工时,其两侧B1桩、B2桩的混凝土均已凝固,处理方法为放弃A1桩的施工,调整桩序,继续后面咬合桩的施工,以后在A1桩外侧增加3根咬合桩及两根旋喷桩作为补
强。
咬合桩
咬合桩是指采用机械磨孔、套管下压、套管内抓斗取土，在桩与桩之间相互咬合排列的基坑围护结构形
钻孔咬合桩施工前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（15～25m）的顺直度偏差宜小于10mm。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。
② 成孔过程中桩的垂直度监测和检查
a 地面监测：在地面选择两个相互垂直的方向采用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自终坚持，不能中断。
b检查：每节套管压完后安装下一节套管之前，都要停下来用“测环”进行孔内垂直度检查，不合格时需进行纠偏，直至合格才能进行下一节套管施工。
③ 纠偏
成孔过程中如发现垂直度偏差过大，必须及时要求施工单位进行纠偏调整，纠偏的常用方法有以下三种：
a用钻机油缸进行纠偏：如果偏差不大于或套管入土不深（5m以下），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，即可达到纠偏的目的。
b 桩纠偏：如果A桩在入土5m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。
c 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桩相同的砼，否则有可能在桩间留下土夹层，从而影响排桩的防水效果。
⑶ 超缓凝混凝土的施工质量控制
A桩混凝土缓凝时间应根据单桩成桩时间来确定,单桩成桩时间与施工现场地质条件、桩长、桩径和钻机能力等因素相关。根据咬合桩施工工艺,A桩初凝时间为 T=3t＋K＋Q；
式中： T——A桩砼的缓凝时间 t——单桩成桩所需时间
K——储备时间，一般为1.0t Q——夜间停工时间
一般初步控制A桩初凝时间为60h,在以后施工中根据现场情况进行调整。
⑷ 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、桩越长咬合厚度越大，按下式进行计算：
2（kl+q）≤d - 50mm（即保证桩底的最小咬合厚度不小于50mm）
式中：l——桩长 d——钻孔咬合桩的设计咬合厚度
k——桩的垂直度 q——孔口定位误差容许值
五、常见工程事故的预防及处理措施
⑴ “管涌”处理
“管涌”是指在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A、B桩相交处涌入B桩孔内。克服“管涌”有以下几个方法：①A桩混凝土的坍落度应相对小一些，不宜超过18cm，以便于降低混凝土的流动性；
②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，如果钻机能力许可，这个距离越大越好，但至少不应小于2.5m；
③ 必要时(如遇地下障碍物套管底无法超前时)可向套管内注入一定量的水，通过水压力来平衡A桩混凝土的压力，阻止“管涌”的发生；