咬合钻孔灌注桩施工质量控制探讨

　　摘要：钻孔咬合桩施工工艺凭借其本身的扰动小、抗渗能力强、造价低、施工速度快等优点，越来越受到建设单位的青睐。笔者结合咬合桩施工实践，分析总结了常见故障及处理方法，以便为日后的钻孔咬合桩施工提供一定的参考资料。
　　关键词：咬合桩；施工；控制
　　前言
　　桩的应用迄今至少有12000多年的历史，从木桩发展到现在的钢、水泥、混凝土和钢筋混凝土，主要在近代运用钢筋、水泥、混凝土为材料的桩。
　　桩基础应用已是一种比较广泛，比较成熟的一种工艺。我国于二十世纪七十年代开始引进，九十年代中期昆明捷程桩工公司首先在我国开发研制出MZ系列全套管钻机，简称磨桩机。钻孔咬合桩是一种新型的基坑围护结构形式，在深圳、南京围护结构工程运用较为广泛。
　　一、 概况
　　随着填海和软基处理工程施工越来越多，同时许多海积淤泥、滨海鱼塘地质条件较差的区域的陆域形成，对这类填海和软基处理工程的基坑开挖和围护结构施工，越来越要求施工技术更安全可靠。
　　某轨道交通围护结构工程就是采用一种围护结构较安全较可靠的施工工艺，围护结构周长为1856.0m，基坑宽度40米，长度1856.0米，深度最深处达到13.0～16.5米；基坑开挖面积为75680平方米。本项目基坑围护工程采用咬合桩+锚索或支撑的支护方案。
　　二、工程地质及水文情况
　　1地形地貌
　　拟建场地原始地貌为海域和滨海鱼塘，地面以下普遍分布深厚的海积淤泥，根据机场建设的要求，场地正在进行填海和软基处理工程施工。
　　2地层岩性
　　根据勘察报告，在工程场地范围，分布的主要地层有人工填土（石）（Qml）、第四系全新统海相沉积层（Q4m）、及含有机质中粗砂、第四系晚更新统冲洪积（Q3al+pl）粘土、第四系残积（Qel）粉质粘土。
　　三、咬合钻孔灌注桩施工工艺
　　（一）工艺原理
　　钻孔咬合桩，即采用机械钻孔施工，桩与桩之间相互咬合排列的一种基坑围护结构。施工主要采用“套管钻机+超缓凝型砼”方案。钻孔咬合桩的排列方式采用，为一个素砼桩（A桩）和一个钢筋砼桩（B桩）间隔。先施工A桩，后施工B桩，A桩砼采用超缓凝型砼，要求必须在A桩砼初凝之前完成B桩的施工，B桩施工时，利用套管钻机的切割能力切割掉相邻A桩相交部分的砼，则实现了咬合。
　　（二）工艺流程及操作要点
　　（1）导墙的施工
　　为了提高钻孔咬合桩孔口的定位精度并提高就位效率，在桩顶上部施作砼或钢筋砼导墙，这是钻孔咬合桩施工的第一步。
　　具体步骤：
　　①平整场地；②测放桩位；③导墙沟槽开挖；④钢筋绑扎；⑤模板施工；⑥砼浇注施工；⑦等导墙有足够的强度后，拆除模板，重新定位放样排桩中心位置，将点位反到导墙顶面上，作为钻机定位控制点。
　　（2）单桩的施工工艺流程
　　①钻机就位
　　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。
　　②取土成孔及外管入土深度控制
　　a.取土成孔：在桩机就位后，吊装第一节管在桩机钳口中，找正套管垂直度后，磨桩下压套管，压入深度约为2.5~1.5m，然后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≮2.5m。第一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，如合格则安装第二节套管继续下压取土……，如此继续，直至达到设计孔底标高。
　　b.外管入土深度控制：桩机外管入土深度（外管刀头和取土层的差距）是随着土层结构的变化而变化，根据施工现场工程地质层面情况分析。
　　③钢筋笼制作要求
　　④钢筋笼安放
　　⑤灌注砼
　　⑥咬合桩单桩施工工艺流程如图1所示：
　　
　　图1咬合桩单桩施工工艺流程图
　　（3）咬合桩施工顺序图
　　总的施工原则是先施工A桩，后施工B桩，其施工顺序是：A1—A2—B1—A3—B2—A4—B3……，如图4“咬合桩排桩施工工艺流程图”所示：
　　（三）关键技术
　　（1）孔口定位误差的控制
　　为了保证钻孔咬合桩底部有足够的厚度的咬合量,应对其孔口的定位误差进行严格的控制,孔口定位误差的允许值可按下表2来进行选择。
　　
　　表2孔口定位误差允许值
　　桩长 10m以下 10~15m 15m~30m以上
　　咬合厚度 100mm 150mm 200~250mm
　　误差允许值 ±20 ±15 ±10
　　为了有效的提高孔口的定位精度，应在钻孔咬合桩桩顶以上设置钢筋砼导墙，导墙上定位孔的直径宜比桩径大30mm，如图2“合桩导墙平面布置示意图”所示。钻机就位后，将第一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。
　　
　　图2咬合桩导墙平面布置示意图
　　（2）桩的垂直度的控制
　　为了保证钻孔咬合桩底部有足够厚度的咬合量，除对其孔口定位误差严格控制外，还应对其垂直度进行严格的控制，根据我国《地下铁道工程施工及验收规范》规定，桩的垂直度标准为3‰。
　　成孔过程中要控制好桩的垂直度，必须抓好以下三个环节的工作：
　　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进行整根套管（15~25m）的顺直度偏差宜小于10mm。
　　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.孔内检查：每节套管压完后安装下一节套管之前，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，必须及时进行纠偏调整，纠偏的常用方法有以下三种：
　　a.利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.A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.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砂或粘土而应填入与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。
　　（3）钻孔咬合桩咬合厚度的确定
　　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（但最小不宜小于100mm），桩越长咬合厚度越大，按下式进行计算：
　　d--2（KL+q）≥50mm（即保证桩底的最小咬合厚度不小于50mm）
　　式中：L---桩长；K---桩的垂直度；q----孔口定位误差容许值；d----钻孔咬合桩的设计咬合厚度。
　　（4）如何克服“管涌”
　　如图3“B型桩施工过程中的砼管涌现场示意图”所示，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，称之为“管涌”，克服“管涌”有以下几个方法：
　　
　　图3B型桩施工过程中的砼管涌现场示意图
　　①A桩混凝土的坍落度应尽量小一些，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如有必要（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，使其保持一定的反压力来平衡A桩混凝土的压力，阻止“管涌”的发生。
　　④B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。
　　⑤应考虑A桩比B桩的桩长短50cm。
　　（5）遇地下障碍物的处理方法
　　套管钻机施工过程中如遇地下障碍物处理起来都比较困难，特别是施工钻孔咬合桩还要受时间的限制，因此在进行钻孔咬合桩施工前必须对地质情况十分清楚，否则会导致工程失败。对一些比较小的障碍物，如卵石层、体积较小的孤石等，用取土土器即可清除。
　　（6）克服钢筋笼上浮的方法
　　由于套管内壁与钢筋笼外缘之间的空隙较小，因此在上拔套管的时候，钢筋笼将有可能被套管带着一起上浮。其预防措施主要有：
　　①B桩混凝土的骨料粒径应尽量小一些，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成孔垂直度必须达到设计要求。
　　④钢筋笼制作必须满足设计规范要求。
　　⑤砼塌落度、和易性必须达到设计规范要求。
　　⑥浇砼时，若孔底水位较高情况下导管密封必须完好，且不能拔出砼面。
　　⑦钢筋笼外径不宜大于86㎝。
　　（7）分段施工接头的处理方法
　　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。采用砂桩是一个比较好的方法。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砼即可。因砂桩施工处不可避免产生施工缝,开挖后会出现渗水现象,因此建议在基坑开挖前所施工的砂桩接缝外侧另增加一根旋喷桩作为防水处理。
　　（五）超缓凝混凝土的施工控制
　　钻孔咬合桩施工采用“套管钻机+超缓凝混凝土”方案，超缓凝混凝土的质量直接决定钻孔咬合桩施工的成败。
　　（1）超缓凝混凝土的生产
　　在确定混凝土相关参数后，委托混凝土供应商进行混凝土的配比设计和生产。由于钻孔咬合桩施工工艺的特殊性，要求超缓凝混凝土的缓凝期必须稳定，不能波动，否则将有可能给工程带来很大的损失，因此要求混凝土供应商设置专用生产线来生产超缓凝混凝土，其所用的设备、人员、原材料都相对固定，以减少出错的机会，确保混凝土的质量。
　　（2）超缓凝混凝土的使用
　　使用过程中必须制定严格的检查制度和监控措施：
　　a.每车混凝土在使用前在监理的见证下进行坍落度检验及观感质量是否符合要求，坍落度超标或观感质量太差的坚决退回，决不使用。
　　b.每桩混凝土均在现场取一组试件，监测其缓凝时间及坍落度损失情况，直至该桩两侧的B桩全部完成为止，如发现问题及时反馈信息，以便采取应急措施。
　　五、事故桩的补救措施
　　在钻孔咬合桩施工过程中，因停电、砼早凝、设备因素等原因，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。事故桩的补救措施主要分以下几种情况：
　　（一）平移桩位侧咬合
　　如图4所示,B桩成孔施工时,其一侧A1桩的砼已经凝固,使套管钻机不能按正常要求切割咬合A1、A2桩。在这种情况下，应向A2桩方向平移B桩桩位，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。
　　
　　图4平移桩位单侧咬合示意图图5咬合桩背桩补强示意图
　　（二）背桩补强
　　如图5所示，B1桩成孔施工时，其两侧A1、A2桩的混凝土均已凝固，在这种情况下，则放弃B1桩的施工，调整桩序继续后面咬合桩的施工，以后在B1桩外侧增加三根咬合桩及两根旋喷桩作为补强、防水处理。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。
　　（三）预留咬合企口
　　如图6所示，在B1桩成孔施工中发现A1桩砼已有早凝倾向但还未完全凝固时，此时为避免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企口，待调整完成后再继续后面桩的施工。此砂桩处以后需在外侧增加一根旋喷桩作为防水处理。、
　　
　　图6预留咬合企口示意图
　　六、结论
　　通过上述对咬合钻孔桩施工工艺的介绍以及在施工过程中可能会遇到的一些问题的剖析，结合我们在深圳机场施工遇到的一些实际问题，通过采取补救措施，通过开挖基坑来看，防渗止水效果非常好，基坑外侧地面没有变形，达到了设计和规范所允许的要求，主要原因是在施工过程中，咬合不好的桩提前做好了补救措施，如补桩、增加旋喷桩搭接止水等，确保了基坑施工质量和基坑的绝对安全。在这里我把我们的处理方法提供给大家参考，为以后同类工程施工提供一些借鉴的经验。

《咬合钻孔灌注桩施工质量控制探讨》

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