复杂地质及周边受限条件下的咬合桩嵌岩施工技术

许万强

( 1.福建省岩土与环境企业工程技术研究中心; 2.福建永强岩土股份有限公司 福建龙岩 364000)

复杂地质及周边受限条件下的咬合桩嵌岩施工技术

许万强1，2

( 1.福建省岩土与环境企业工程技术研究中心; 2.福建永强岩土股份有限公司 福建龙岩 364000)

结合某基坑支护工程采用双回转套管钻机施工咬合桩结合潜孔锤嵌岩的工程经验，解决了旧城区基坑紧邻旧民居房屋，场地地质复杂的咬合桩嵌岩施工难题，介绍了咬合桩嵌岩施工技术。

咬合桩；双回转套管钻机；嵌岩；潜孔锤

0 引言

咬合桩是指平面布置的排桩间相邻桩相互咬合(桩周围相嵌)而成的钢筋砼桩墙，可用作建(构)筑物的深基坑支护结构，实现挡土止水的目的[1]。

咬合桩遇到坚硬岩层时的常见解决方法主要有：①设法加大钻机的动力、扭矩；②在钻具上下功夫，采用滚刀钻头、牙轮钻头；③改变施工方法，如改用冲击钻进。

本文结合工程案例，介绍了在高强度岩石地质条件及旧城区复杂环境条件下咬合桩结合潜孔锤嵌岩施工技术。

1 工程概况

1.1 工程简况

某基坑支护工程位于县城东街南侧，地处老城区中心，地质情况复杂，基坑紧邻多层旧民居房屋，均采用柱下独立基础或毛石基础等浅基础，持力层为中砂层，旧建筑与地下室基坑开挖边线最小距离仅5m，基坑平面如图1所示。基坑开挖面积8 982m2，基坑周长380m，为两层地下室，开挖深度10.0m～11.4m。

图1 基坑平面图

1.2 地质概况

场地主要土层分布如下：杂填土、粉质粘土、中砂、卵石、全风化花岗岩、砂砾状强风化花岗岩、碎块状强风化花岗岩、中风化花岗岩。典型地质剖面如图2所示。

图2 典型地质剖面

该场地卵石粒径大于20mm的颗粒占50%，一般粒径在5cm～15cm之间，少量大于20cm，质地坚硬。花岗岩强度大，岩石单轴饱和抗压最大值大于120MPa，基岩面起伏较大，甚至局部基岩面裸露地表，开孔即遇基岩。

1.3 工程难点

该工程主要难点为：①场地均分布中砂及深厚卵石层，钻进容易出现塌孔问题；②地下水位较坑底高出近10m，坑侧的中砂、卵石层透水性强，在高水位条件下易引起流砂、管涌，从而导致基坑失稳；③支护桩需嵌入中风化花岗岩，最大嵌岩深度为2m，嵌岩效率难保障；④场地紧邻旧房屋，对振动、噪音、变形敏感。

2 施工方案比选

原设计方案采用“Φ800@1 200mm旋挖钻孔桩+圆形内支撑+二重管旋喷截水桩”支护形式。经现场试桩，发现旋挖桩钻进中风化花岗岩极其困难、成本昂贵、施工工期长、施工效果欠佳。如果改用冲孔方法嵌岩，冲孔嵌岩过程对邻近多层旧民居房屋的振动、变形及噪音扰民等影响难以控制，如果处理不好，可能导致工程停工，且成孔质量难以保证。

经反复讨论，决定改用双回转套管钻机结合潜孔锤技术进行嵌岩，潜孔锤嵌岩具有速度快、振动小、无泥浆污染等特点。采用套管跟进的双回转套管钻机，可以完全解决孔壁支护问题，特别是可以解决中砂层及深厚砾卵石层的塌孔问题，避免地面沉降对相邻建筑的影响，并且潜孔锤嵌岩的费用明显低于旋挖桩嵌岩费用。

在试成孔过程中发现旋喷桩在卵石层施工困难，无法形成有效的止水帷幕，经多方讨论，进行技术及经济比较分析，决定将旋喷桩止水改为咬合桩止水。由砂浆桩与钢筋混凝土桩咬合而成，桩径均为800mm，间距为1 200mm，砂浆桩的桩长为8.0m～10m，主要作用是截渗；钢筋混凝土桩主要由稳定要求控制，桩长为13.0m～16.0m。

由于双回旋套管钻机具有切割穿透能力强，且土层钻进与钢管护壁同步进行对周边环境影响极小等优点，加上场地位于老城区，周边环境对变形、振动、污染控制要求高，且地质条件复杂，桩身垂直度必须满足5‰的要求，因此施工上采用双回转套管钻机实现咬合桩施工工艺。

3 双回转套管咬合桩嵌岩施工技术及施工特点

3.1 施工工艺

双回旋套管咬合桩采用双回转套管钻机钻孔施工，由砂浆桩与钢筋砼桩咬合而成，即先施工砂浆桩(A)，后通过双动力头钻机沉入钢套管切割相邻已施工的砂浆桩，施工钢筋混凝土桩(B)，实现砂浆桩与钢筋砼桩相互咬合的一种联体桩墙基坑支护结构[2]。施工顺序如图3所示。

图3 施工顺序示意图

3.1.1 A桩施工工艺

场地平整→测量放样→双回转套管钻机就位→潜孔锤嵌岩至设计标高→测量孔深、清孔→提升钻杆，钢管留下→浇捣砂浆→拔管成桩→桩机移位，如图4(a)所示。

3.1.2 B桩施工工艺

施工前场地平整→测设桩位→双回转套管钻机就位→套管切割A桩，潜孔锤跟管钻进嵌岩至设计标高→测量孔深、清底→提升钻杆，钢管留下→吊放钢筋笼→灌注砼→拔管成桩，如图4(b)所示。

(a) A桩(砂浆桩)施工

(b) B桩(钢筋混凝土桩)施工图4 施工工艺流程图

3.1.3 施工关键技术

(1)当遇到坚硬岩层或深厚砾卵石层时，为了实现嵌岩咬合，即B桩施工时采用双回转套管钻机结合潜孔锤切割相邻A桩相交部分砼及基岩至设计要求孔深，潜孔锤如图5所示，凿岩施工B桩示意如图6所示。

图5 潜孔锤

图6 B桩凿岩施工示意图

(2)施工时先施工砂浆桩后施工支护桩，在砂浆桩砂浆强度达到70%后再施工相邻支护桩，砂浆桩可添加红粘土，起缓凝和止水作用[3]。

(3)双回旋钻机在嵌岩成桩过程中，慢速启动动力头回转并调整压力，下钻前先将潜孔锤放置在孔口地面上，送气试冲。观察潜孔锤工作是否正常。

(4)双回旋钻机钻孔产生的渣由潜孔锤排渣孔排出。为保证钢套管较好的护壁作用，防止卡钻、埋钻和提高钻进效率，在进入岩石前钻进时，要保持潜孔锤与套管的同步跟进，并且要进行 1～2次提拔；先启动空气压缩机，当气压达到12MPa压力时，潜孔锤形成随旋转振动，开动钻机内外动力头进行冲钻。为防止偏孔，开孔时要采取慢速冲击；套管随潜孔锤进尺而跟进至基岩面后关闭外动力头，跟管停止，内动力头带潜孔锤继续冲钻入岩至设计孔深。

(5)成桩后双回旋反转拔管，若拔管有困难时，采用高频锤辅助。若周边环境对高频振动有极高要求时，可采用双套管回转钻机重新就位，将套管跟动力头连接，旋转拔出套管。

3.2 施工特点

咬合桩嵌入岩层，可大幅度提高支护的抗剪强度和安全性，同时具有良好的截水性和强维护功能，抗渗能力强。适用于各种复杂地质条件的城市地铁、房屋建筑、市政工程的基坑支护，尤其是地下水位高的基坑支护。

此外，双回转套管咬合桩结合潜孔锤嵌岩由于采用全钢套管护壁施工而且无振动，特别适用于城市建筑物密集区或老城区的基坑支护。

4 基坑开挖效果

嵌岩情况：该场地花岗岩强度最大值大于120MPa，该工艺采用潜孔锤嵌岩，工效高、效果好，如图7所示。

图7 嵌岩情况图

咬合情况：咬合桩施工完成后进行土方开挖，止水效果很好，止水咬合情况如图8所示。

图8 止水咬合图

基坑周围旧民居影响：咬合桩施工及基坑开挖完成，基坑周围旧民居建筑监测无出现裂缝、沉降等，咬合桩施工过程振动小、噪音小、无泥浆污染，没有出现扰民引起的投诉。

基坑现场开挖情况：基坑开挖后，监测结果显示，最大变形值小于20mm,变形小，开挖效果满足要求，如图9所示[4]。

图9 现场开挖情况图

5 结语

与旋挖桩机、冲孔桩机等其他桩工机械设备嵌岩能力相比，双回转套管钻机结合潜孔锤可高效应用于坚硬的岩层钻进，钻进效率是普通金刚石回转钻进效率的5～10倍，而且钻头磨损小、寿命长；同时解决了嵌岩桩施工对紧邻旧房屋的振动、沉降及变形影响[5]。

双回转套管钻机结合潜孔锤用于深厚、大粒径砾卵石层的钻进，解决了入岩困难、市区施工噪音影响大等问题。

在地下水位高、深厚卵石层的基坑支护工程中，与冲孔灌注桩、旋挖桩等排桩结合旋喷桩止水帷幕支护方式对比，双回转套管咬合桩所起到排桩挡土止水效果更加显著，而且结构刚度大、环境影响控制好、节能经济，能满足城市与乡镇绿色文明施工的要求[6]。

[1] JGJ 120-2012 建筑基坑支护技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[2] 尚月波，王体.特殊情况下咬合桩施工技术[J].低温建筑技术，2012,34(8)：131-132.

[3] 聂宗泉，朱川鄂，孟少平，等.深基坑钻孔咬合桩特点及关键施工技术[J].建筑技术，2007,38(12)：918-921.

[4] 谭现峰，朱学顺，胡克帧，等.潜孔锤旋挖钻机组合在基岩桩施工中的应用[J].探矿工程，2006，33(7)：22-23.

[5] 徐佩林，陈中华.钻孔灌注咬合桩基坑围护结构的施工技术[J].探矿工程，2007，34(5)：12-14.

[6] 刘家荣，王建华，王文斌，等.气动潜孔锤钻进技术若干问题[J].探矿工程，2010，37(5)：40-44.

The construction technology of rock-socketed secant piles under complex geological and surrounding restricted conditions

XUWanqiang1，2

(1.Geotechnical and Environmental Enterprise Engineering Technology Research Center of Fujian province; 2.Fujian Yongqiang Geotechnical Co.，Ltd,Longyan 364000)

In this paper， the experience of double-turn casing drilling rig combined with submerged hammer rock is used to solve the construction problem of socketed secant piles in complex geological and near the old residential houses of the old town， the construction technology of rock-socketed secant piles was introducted.

Secant Pile；Dual rotary casing drilling rig；Rock；DTH

许万强(1973.10- )，男，高级工程师。

E-mail:yqytxwq@163.com

2017-05-08

TU74

A

1004-6135(2017)06-0096-04