嵌岩咬合桩施工工法

嵌岩咬合桩施工工法

1 前言

咬合桩目前在地铁工程深基坑支护中应用较广，咬合桩主要采用套管钻机，通过套管护壁钻进成孔，使用超缓凝混凝土，使得钢筋桩与相邻桩体被套管切割形成相互咬合,形成封闭的钢筋混凝土桩墙，起到挡土与止水的作用，90年代初在我国出现的新型深基坑支护形式。

传统的咬合桩施工工艺一般适用于软弱土层，在坚硬岩层施工艰难。该工程咬合桩钢筋混凝土桩桩端进入中风化岩，属嵌岩桩，且中风化砂岩强度较高，国产咬合桩设备入岩困难。而采用全套筒全回旋设备入岩能力较强，但施工费用成本较高，故决定采用入岩能力较强的旋挖钻配合咬合桩机在岩层成孔施工。对岩层咬合桩抓斗无法掘进，钢套管无法用液压系统压入情况下，采用旋挖钻机掏土配合咬合桩机械下压套筒，完成咬合桩在岩层的掘进成孔。

工法特点

2.1 适用上软下硬的复杂地层

本工法适用于上部为各种杂填土、砂层及黏土等软弱土层，下部为水量较少的风化岩和中风化岩的强度较高的岩层中咬合桩的施工，可解决在复杂地质情况下嵌岩咬合桩的施工。

2.2 降低作业成本

旋挖钻入岩能力较强，且费用相比全套管全回旋设备较低。

2.3 加快施工进度

相对传统咬合桩施工机械，旋挖钻机入岩能力强，且钻进速度快。

2.4 工艺操作简单

旋挖钻机配合咬合桩机成孔，对场地及机械无特殊要求，操作简单。

2.5 常见四种咬合桩施工方案优缺点对比详见表2.4-1。

表2.5-1 常见四种施工方案优缺点对照

3 适用范围

旋挖钻机与套管钻机相结合，适用于本工程上软下硬的复杂的地质情况，传统套管钻机完成在上部杂填土、淤泥质粉质粘土及富水性较强的中粗砂层施工，旋挖钻机完成在下部中风化砂岩土层的咬合桩施工。

4 工艺原理

钻孔咬合桩有钢筋混凝土灌注桩与素混凝土桩组成，桩的排列方式一般为一个A桩（素混凝土桩）和一个B桩（钢筋混凝土桩）间隔布置，施工时先施工A桩，后施工B桩，A桩混凝土采用超缓凝混凝土，要求必须在A桩混凝土初凝前完成B桩。本工法是在传统全套管咬合桩的基础上进行了改进，利用旋挖钻机配合施工嵌岩咬合桩入岩部分。软弱土层及富水层仍采用传统全套管咬合桩机钻进成孔，中风化砂岩采用旋挖钻机钻进成孔。

图4-1 咬合桩施工平面示意图

5 施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程详见图5-3钻孔咬合桩工艺流程图

5.2操作要点

5.2.1施做导墙

为了提高钻孔咬合桩孔口的定位精度并提高就位效率，应在桩顶上部施工混凝土导墙；在沟槽施工前，弄清地下管线位置，确保地下管线迁改结束后再施工沟槽；然后在精确测放桩位后支设整体式钢模，导墙预留定位孔直径为管套直径放大4 cm。这是钻孔咬合桩施工的第一步。

图5.2-1 咬合桩施工导墙施工示意图

5.2.2桩机就位

等导墙有足够的强度后，移动套管钻机，使套管钻机抱管器中心对应定位在导墙孔位中心。

5.2.3 配管

因旋挖钻钻头提升高度限制，在旋挖钻配合咬合桩岩层成孔的工艺当中，配管是一个很重要的环节，通过查看地勘及现场实际施工情况，根据不同的岩面分布确定不同的配管方案，保证套管高度在旋挖钻钻头提升范围之内。最短配管一般不低于4m。

5.2.3土层钻进成孔

先压入第1节套管（每节套管长度约6.0～8.0 m），压入深度约2.5～3.0 m，然后用抓斗从套管内取土，边取土边下压套管，保持套管底口超前于取土面且深度不小于2.5 m；第1节套管全部压入土中后检测成孔垂直度，如不合格则进行纠偏调整，如合格则安装第2节套管下压取土，直到岩层。

5.2.4 岩层成孔

当套管进入中风化砂岩以后，因受机械性能限制，无法钻进成孔，移走咬合桩抓斗采用旋挖钻成孔。由于咬合桩刚套管接头法兰处内径最小为860mm，故旋挖钻1000mm钻头不能使用，使用800mm钻头成孔，岩层咬合桩直径为800mm，入岩部分咬合桩钢筋笼直径需做缩径处理，桩间咬合由20mm减少为10mm。因本工程咬合桩入岩部分在基底以下，且岩层主要为具有微承压性的基岩裂隙水，故咬合桩咬合减少对围护桩止水影响不大。

5.2.4钢筋笼制作与吊装

根据地勘及现场施工情况确定岩面深度，对岩层部分钢筋笼采取缩径处理，确定岩面深度后，有岩面以上2m开始变径，在2m变径区域内逐渐减少钢筋直径，由原设计990mm减少为790mm，并保留原设计配筋，经设计院验算桩体符合受力要求。缩径处理后钢筋笼详见图5.2-4：

图5.2-3咬合桩施工图5.2-4旋挖钻配合咬合桩岩层成孔

图5.2-5缩径处理钢筋笼

对于钢筋混凝土桩，应在成孔检查合格后安放钢筋笼，采用1台50 t履带起重机配合钢筋笼下放，在钢筋笼底部焊接一块圆板，作为混凝土浇筑中抗浮板使用。

5.2.5导管安放

在钢筋笼吊放完毕后，将直径250 mm的导管按节吊入套管内，然后每节拼装后与料斗连接好，确保导管长度足够，保证导管底离孔底不大于0.5 m。

5.2.6 混凝土灌注

混凝土要连续灌注，中断时间不得超过45 min，导管提升时不得碰撞钢筋笼，距套管8 m以内时每1 m捣固1次。钢套管随混凝土灌注逐段上拔，起拔套管应摇动慢拔，保持套管顺直，严禁强拔。孔内水量过大时，应将水舀出后采用水下混凝土灌注法施工。

5.2.7拔管成桩

在灌注混凝土过程中边灌注边拔管，确保浇筑量不影响套管上拔，并且保证套管底超过混凝土面不小于2.5 m。

材料及设备

6.1 机械设备

表6-1 机具设备配置

6.2.1 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 超缓凝砼的技术参数

为了满足钻孔咬合桩的施工工艺的需要，超缓凝砼必须达到以下技术参数的要求。

1）A桩砼缓凝时间≥90小时，其确定的方法如下：

A桩为超缓凝素混凝土，B桩为钢筋混凝土，B桩成孔过程中需与A序桩咬合20cm，要求A桩混凝土有自稳的强度，同时不能凝固过快，造成B桩成孔困难，影响施工进度，因此咬合桩的混凝土凝固时间控制是本工程的重点。

a、提前做好超缓凝混凝土配合比，进行试桩确定各施工参数。

b、商品混凝土搅拌站驻场人员严格监测混凝土配合比及外加剂的掺入量。

c、做好混凝土施工记录，保证各工序施工均处于可控状态。

d、控制A桩成孔进度，成孔过快或过慢均有可能对B桩混凝土质量造成损害。

A桩砼缓凝时间应根据单桩成桩时间来确定，单桩成桩时间又与地质条件、桩长、桩径和钻机能力等直接的联系。因此，A桩砼缓凝时间根据以下方法来确定

根据下式计算A桩砼的缓凝时间，可根据下式进行计算。T=3t+K

式中：T——A桩砼的缓凝时间（初凝时间）

K——储备时间，一般取1.0t

t——单桩成桩所需时间

本车站钻孔咬合桩所用超缓凝混凝土缓凝时间为90小时，咬合桩桩长最长为26.44m，假设单桩成桩时间约为20个小时，则T=80小时，超缓凝混凝土缓凝时间满足施工要求。

2）混凝土坍落度：20±2cm。

3）超缓凝砼技术参数表

强度等级满足设计要求，初凝时间≥90h，强度≤3Mpa。

2 超缓凝混凝土生产、使用