钻孔咬合桩施工工艺工法

钻孔咬合桩施工工艺工法
QB/ZTYJGYGF-DT-0104-2011
建筑安装工程有限公司赵晓勇
1 前言
1.1工艺工法概况
钻孔咬合桩作为城市地铁围护结构新型的一种，国内2000年在深圳地铁一期工程中成功采用后，国内部分城市已经采用施工近40例。

主要采用全套管钻机施工，由中间一个钢筋混凝土桩及两侧各一根素混凝土桩相邻咬合组成为一组。

先施工两侧的素混凝土桩（以下称第一序桩A），在混凝土强度达到一定要求前，施工完中间的钢筋混凝土桩（以下称第二序桩B），中间钢筋混凝土桩施工时用全套管桩机切割掉相邻素混凝土桩相交部分的混凝土，使排桩间相邻桩相互咬合（桩周相嵌），从而形成无缝、连续的“桩墙”，达到挡土、止水和保证施工安全的深基坑支护结构。

根据第二序桩切割第一序桩时，第一序桩混凝土凝固情况可分为硬切割全套管咬合桩（混凝土终凝后一定时间切割）和软切割全套管咬合桩（初凝前完成的）。

最早欧洲国家采用硬切割全套管钻孔咬合桩采用双旋转动力头全套管护壁长螺旋钻成孔，是在第一序列桩混凝土若干天后，即已获得相当硬度后，再设置与共咬合的第二序桩，这在切割过程中易产生裂缝，还有产生施工缝，甚至会产生渗水和漏水现象。

所以国内采用时，吸取优点，因为采用的多在城市地层有地下水的软弱地方，所以采用全套管软切割钻孔咬合桩比较有好的效果。

1.2工艺原理
钻孔咬合灌注桩利用全套管钻机钻孔施工，灌注制成的桩与桩之间形成相互咬合搭接，使相邻桩在初凝之前部分相嵌，使之具有良好的防渗作用，从而形成挡土墙截水的连续排桩围护结构或地下防渗墙，还可兼作主体承重结构。

图1 钻孔咬合桩咬合排列方式
图2 钻空咬合桩施工工艺原理图
2 工艺工法特点
钻孔咬合桩施工采用“全套管钻机+缓凝型混凝土”方案，机械设备噪音低、无振动；在成孔成桩过程中始终有超前钢管管护壁，能顺利穿越饱和含水地层，有效防止孔内流砂、涌泥、并可嵌岩，施工较为安全、快捷，达到完全止水的作用；无需泥浆护壁，也无须排放泥浆，近似于干法成孔，减少施工对环境的污染；沉降及变形易控制，由于有钢套筒的保护能紧邻相近的建筑物和地下管线施工。

成孔第一序桩垂直度精度要求较高、混凝土的缓凝时间需要60小时以上；咬合桩的桩径受限制，需要购置多种直径的管套，成本较高。

3 适用范围
全套管钻孔咬合桩适用于城市市政地铁的基坑工程的挡墙结构、止水帷幕或主体承重结构，配合各种类型的抓斗，可在各种土层、强风化与中等风化岩层中施工；通用于直径为0.8m、1.0m、1.2m和1.5m,深度在45m以下的桩孔施工，合理的基坑开挖深度一般不大于20m。

4主要引用标准
《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299）
《建筑桩基技术规范》（JGJ94）
《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120）
《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204）
《建筑深基坑支护技术规范》（SJG05）
5施工方法
钻孔围护咬合桩一般分为A、B型两种，间隔分布（见图1），B型桩钢筋笼为圆形，全长配筋，主筋不均匀分布，A型为第一序桩（素混凝土），B型桩为第二序桩。

采用液压全套管钻机前后施工两根A型桩后，施工B型桩，在A桩施工混凝土灌注20小时至60小时（混凝土初凝前），施工B型桩，嵌入A型桩体内，成为一个整体。

6工艺流程及操作要点
6.1施工工艺流程
图3 第一序桩钻孔桩成桩流程图
6.2操作要点
6.2.1施工准备：平整场地，测量放线，确定钻孔咬合桩施工坐标。

基坑放坡开挖至导墙顶标高，开挖前根据基坑周边的情况设置截水沟，防止地表水流入
基坑和冲刷边坡。

6.2.2施作导墙。

为提高钻孔咬合桩孔口的定位精度并提高就位效率，在桩顶上部施工混凝土导墙。

导墙施工流程图如下
图5 导墙施工工艺流程图
1.导墙施工时每段模板安装时对两端桩孔进行精确定位，再加固支撑系统（采用方木支撑，每间隔1.0m 设2层硬木对口撑），严格控制导墙施工精度，确保钻孔桩轴线误差±10 mm ，导墙顶标高误差±10 mm 。

孔口定位误差见表1
表1 孔口定位误差允许值
2.混凝土进行浇捣时连续进行，已浇筑完的混凝土，应在12h 内覆盖并适当浇水养护，一般养护不少于7d 。

在混凝土强度达到70%时拆模，导墙拆模后立即架设两道支撑，防止导墙侧向失稳发生。

对口撑分上下二层，支撑间距2m ，成孔时，仅把成孔范围内的支撑拿掉，其余暂时保留。

3.导墙未达到设计强度，严禁重型机械设备接近，并不在导墙顶上放置过重物件，防止导墙受压变形。

导墙采用 “┓┏”型现浇钢筋混凝土结构，导墙平断面见下图所示：
6.2.3第一序桩成桩要点：采用液压全套管钻机成孔，待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。

先埋设第一、二节套管（每节套管长度值7～8m ），压入深度约2.5～3.0m 。

埋设第一、二套管的垂直度，是决定桩孔垂直度的关键，在套管压入过程中，用经纬仪或测锤不断校核垂直度。

当套管垂直度相差不大时，固定钻机下夹具，利用钻机上夹具来调整垂直度；当套管垂直度相差大时，一般应拔出套管重新埋设，有时也可将钻机前后左右移动一下使之对中。

然后用抓斗从套管内取土，一边抓土，一边下压套管，要始终保持套管底口超前于取土面且深度不小于2.5m ；第一节套管全部压入土中后（地面以上要留着1.2～1.5m ，以便于接管）
拆模加对口支撑
检测成孔垂直度，如不合格则进行纠偏调整，如合格则安装第二节套管下压取土……直到设计孔底标高。

图6 导墙、导板平面图及配筋图
6.2.4钻孔咬合桩第一序桩A桩成孔至设计标高，质量检查与验收后，灌注混凝土
1.第一序桩A桩超缓凝混凝土的配比设计
1）超缓凝混凝土的缓凝时间要求
A桩混凝土缓凝时间应根据钻机施工咬合桩工序要求时间来确定，单桩成桩时间又与地质条件、桩长、桩径、钻进能力及操作工艺水平等有直接的关系。

因此，A桩混凝土缓凝时间主要根据以下因素来确定：根据所选钻机的类型在现场做成桩试验来测定A、B桩单桩成桩所需时间tA、tB；A桩混凝土的缓凝时间可根据公式T=k(2tA+tB)来计算
式中T——A桩混凝土的缓凝时间 (初凝时间);
k——不可预见因素影响系数， k=1.20;
tA、tB——A、B型桩单桩成桩所需时间。

根据经验A型（第一序桩）缓凝时间应大于等于60小时。

B型（第二序桩）
缓凝时间应大于等于10小时。

2）超缓凝混凝土配制要点：首选合适的缓凝减水剂并确定其掺量，其次是确定掺合料（粉煤灰）的掺量，最后是充分考虑水泥品种、强度等级和缓凝外加剂的适应性、粗细骨料的级配与砂率、水灰比、运输过程中坍落度的损失、现场湿度、温度等，充分考虑上述因素应提前做好理论配合比试验和施工配合比的试验。

3）混凝土的合易性及均一性
水下混凝土灌注要求混凝土的坍落度在14~18cm之间，每车混凝土均应现场做坍落度试验并予记录。

每次出料时，上料斗上应有10公分间距的格栅状钢筋滤网，防止混凝土罐车内流出块石及水泥结晶体堵塞恸导管。

混凝土应充分搅拌，防止部分混凝土砂率过高或过低，过高或过低砂率的直接后果是该部分混凝土的和易性发生改变。

2.套管钻机成桩一般采用水下混凝土灌注，其工艺如下：
1）混凝土灌注导管采用密封圈联接，连接好后详细检查，保证导管密封耐压。

向导管内注入3米以上的水，利用水压以保证混凝土的密实灌注。

2）插入导管至孔底后向上拔起30～50cm,保证下口出料空间，上口连接上漏斗后，用楔块密封上口。

3）在漏斗内存入2立方米以上混凝土后，一次性拔出楔块，向套管内灌注混凝土。

利用计算与测量保证下口始终埋入混凝土中1.5～3米。

4）继续灌注，并利用钻机的上拔机构和吊机上拔套管和导管，逐步拆除套管和导管。

5）灌注至桩顶标高以上0.30米后，完全拔出套管和导管。

6.2.4拔导管、套管成桩：边浇注混凝土一边拔管，始终保持套管底低于混凝土面2.5m以上。

直至灌注至设定标高。

6.2.5第二序桩钻孔成桩过程同6.2.3，在第一序桩初凝前完成第二序桩成孔。

时在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，发生“管涌”现象。

钻进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。

如果设计是钢筋混凝土，就增加钢筋笼加工、吊装（第二序桩工序）
1.钢筋笼加工
场内钢筋妥善保存于硬化地面上，并设防潮垫木，防止锈蚀。

钢筋笼的接头位置相互错开，在35d范围内接头不超过钢筋数量的50%，主筋与箍筋以50%点焊，焊点交错布置，与定位加劲筋全部焊接。

桩身箍筋焊接长度为10d，单面焊接。

对于桩的保护层厚度及桩的钢筋笼位置，采用主筋加焊定位加劲筋固定。

2钢筋笼的吊放入孔：
下钢筋笼前桩底放入混凝土环行塞饼，使桩底标高满足实际要求，且笼底加焊抗浮钢板。

利用钻机的钻架和25T吊车四点双钩缓慢起吊，整条钢筋笼一次性吊起垂直放入孔中，钢筋直接放于混凝土塞饼上，钢筋下至设计高程后，利用钢筋笼周围φ25定位钢筋与套管相贴，保证钢筋笼轴线与装孔中心线重合，确保主钢筋的净保护层满足设计要求，保护层的允许偏差按±20mm控制。

6.2.6第二序桩混凝土灌注成孔同步骤6.2.4和6.2.5，主要注意防止“浮笼”现象：因为套管内壁与钢筋笼外缘之间的间隙较小灌注桩芯混凝土起拔套管的时候，钢筋笼有可能被套管带着一起上浮形成“浮笼”，一般用振动锤起拔套管时因高频振动的液化减摩效应，可以控制此现象的发生。

6.2.7第一、二序桩成孔灌注完成后桩顶模筑钢筋混凝土冠梁，将两种桩连接为整体。

7劳动力组织
根据工程的特点及施工组织设计的要求配备劳动力，明确岗位职责，主要劳动力见下表：
表2 劳动力组织表
8 主要机具设备
钻孔咬合桩成孔主要选用日本三菱MT-150型液压全套管钻机施工，该机重量73T，下压力170T，上拔力270T。

套管的安装、拆除选用50T履带吊配合，钻孔咬合桩钢筋笼采用在施工现场进行加工、绑扎成型，使用50T履带吊车配合吊装放入到检验合格的孔中；水下混凝土选用导管进行灌注。

完成主体围护导墙和钻孔咬合桩施工所需主要配套机具设备见下表：
表3 主要机具设备表
9质量控制
9.1易出现的质量问题
9.1.1钻孔咬合桩垂直度
9.1.2咬合面质量不好出现漏水（咬合施工时间控制）
9.2保证措施
9.2.1测设桩位放桩位时向基外侧放10cm，准确定出有外放量的咬合桩桩位。

钻机对位后，吊安每一节套管，套管中心与桩中心偏差小于2cm,控制套管安放的垂直度，采用2个测斜仪附贴在套管外壁的垂直方向进行较核，并通过互相垂直的两台经纬仪复核后，方可下压套管，成孔的全过程均由两台经纬仪监控，发现倾斜及时纠正。

9.2.2成孔过程中成孔后孔的垂直检测：用垂球检查桩孔垂直度，垂球为用400mm,δ=3mm钢板加工而成，垂直度要求小于3‟。

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：
1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。

2Ⅰ序桩纠偏：如果Ⅰ序桩在入土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。

3Ⅱ序桩的纠偏：Ⅱ序桩的纠偏方法与Ⅰ序桩基本相同，其不同之处是不能向套管内填砂或粘土而应填入与Ⅰ序桩相同的混凝土，否则有可能在桩间留下土夹层，从而影响排桩的防水效果。

9.2.3为了使Ⅱ序桩的成孔顺利完成，Ⅰ序桩混凝土要加入高效缓凝型减水剂，控制Ⅰ序桩混凝土在浇注后60小时以上才初凝，在Ⅰ序桩混凝土处于未初凝状态时施做Ⅱ序桩套管机钻孔并浇注混凝土，消除对Ⅰ序桩混凝土的损害。

根据钻孔桩顺序的安排，Ⅰ序桩的混凝土配合比设计按62小时初凝时间控制。

9.2.4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。

1套管钻机适用于砂层和卵石层、砾石层（最大粒径0.4m以上均适应）。

2在地下水丰富有活动水的砂层施工，钢套管要尽量压入砂层中一般到2～4m就不会出现管涌。

应随时观察孔内动态，按少取土多压切的原则操作，发挥全套管跟进的钻孔工艺特点，达到管超前。

为了保险，可以使套管继续下压直到穿过砂层，再抓出套筒中的砂土。

但一般底步要保留2～4m厚的砂土层与套筒外的砂土层平衡压力，防止管涌。

一旦发生管涌，向孔内注水，抑制管涌的发生。

3对于地下水位过高，可以在套筒内补水，以平衡套筒外的水压力。

图7 防止管涌措施图
10安全措施
10.1主要安全风险分析
钻孔咬合桩基坑导墙开挖要塌方、吊装风险
10.2保证措施
10.2.1工地危险地方设置安全警告标志，经常检查电的线路和绝缘情况，机械设备有无漏电保护装置，非套管钻机非专职司机外，其他操作人员不得动用钻孔设备，电工负责每天检查一次，保证其正常工作。

10.2.2施工现场的临时用电必须采用TN-S系统，按照“三级用电两极保护”进行布置，配电箱均铁制，实行“一机、一闸、一漏、一箱”。

10.2.3在桩架上装拆维修机件，进行高空作业时，必须系安全带。

10.2.4成槽结束后严禁吊车和汽车在槽孔附近来回行驶；严禁在槽孔附近堆放重物，防止侧压增大引起槽壁塌方。

10.2.5桩机行走时，应先清理地面上的障碍物和挪动电缆。

挪动电缆应戴绝缘手套，注意防止电缆磨损漏电。

10.2.6施工过程中如遇大风，应将桩管插入地下嵌固，以确保桩机安全。

10.2.7经常检查吊车钢丝绳的磨损程度，并按规定及时更新。

外露传动系统必须有防护罩，转盘方向轴必须设有安全警示牌。

起重吊装，必须检查距尾部
的回转半径500mm内无障碍物，才能继续起吊。

吊车指挥必须持有有效指挥证。

起重机、挖土机工作时，吊臂下严禁站人。

10.2.8钻孔咬合桩施工中严格执行钻孔灌注桩施工的有关安全规定、套管钻机有关安全操作和安全防护规定，其它辅助配套设备设施及辅助工作均应执行其相应国家现行的有关安全规定。

11环保措施
11.1挖槽垃圾基士出运应要清扫汽车与建筑物四周的残余垃圾，严禁汽车出运时带动垃圾到处飘飞。

建筑垃圾、生活垃圾要远弃深埋在指定的垃圾场，不得场地区域内外随意堆放弃置。

11.2控制施工噪音排放，选用的机械设备必须是能耗低、噪音小、污染轻的机械设备，限制施工作业时间，避开夜间施工，以减少扰民。

12 应用实例
12.1工程简介
深圳地铁1号线续建工程土建5标段鲤鱼门车站全长237m，设计为地下双层双柱三跨矩形框架结构标准岛式站台车站，岛式站台宽度为12m，有效站台长度为140m，标准段外包尺寸（结构外缘）为21.10米×12.94米（高），线间距为15.2m，车站顶板覆土厚度约为3.7～4.3m。

车站形式为地下双层12m宽岛式站台车站，结构形式为双层双柱三跨钢筋混凝土框架结构。

本站共设3个出入口，3组地面风亭，1座冷却塔和膨胀水箱，1个消防楼梯，1座消防水池。

3个出入口均位于规划晨文路东侧，紧贴规划时晨文路东侧道路红线布置，均为独立修建，地面设出入口雨篷。

车站建筑主要由站厅层、站台层、出入口通道、风道及地面建筑组成。

车站主体围护结构采用Φ1000@800mm钻孔咬合桩（共647根，其中C15超缓凝素混凝土桩308根，C25钢筋混凝土桩339根）。

钻孔咬合桩分两部分进行，钻孔咬合桩Ⅰ序桩身采用C15缓凝素混凝土，Ⅱ序桩身采用C25钢筋混凝土，Ⅱ序桩施作时需切割Ⅰ序桩。

Ⅰ、Ⅱ序桩的咬合宽度为200mm。

基坑开挖后，对Ⅰ、Ⅱ序桩身之间空隙处采用喷射混凝土填充。

标准段围护桩嵌固深度为7.0m，盾构井段的嵌固深度为8.01m。

12.2施工情况
鲤鱼门站有效站台长度中心里程为CK25+805.552，车站起点里程为CK25+711.052，车站终点里程为DK25+948.052，本工程总工期为548天。

根据
本标段总体施工安排鲤鱼门站必须按时提供南侧盾构始发井。

鲤鱼门站南侧盾构井段是本工程的一个关键部位，盾构机能否按时下井就要看车站是否具备下井始发条件。

而盾构机下井始发的前提条件是车站结构需要完成80m，并且盾构井处的二层结构需要全部做完。

所以首先要施工盾构井段主体围护结构。

考虑到工期较紧，首先安排施工班组按三个工作面进行导墙的施工，待导墙强度达到设计要求后即可安排钻孔咬合桩的施工，根据工期要求和盾构井段的桩数（304根），鲤鱼门站南段盾构井段安排三台套管钻机施工钻孔咬合桩，盾构井段施工完毕后再施工剩余区段的钻孔咬合桩。

根据场地平整现状，30天内完成盾构井段的钻孔咬合桩。

12.3工程结果评价
施工中通过对鲤鱼门站钻孔咬合桩的研究，基本掌握了鲤鱼门站咬合桩导墙支护、浇筑的施工工法，对钻孔咬合桩的成桩先施工Ⅰ序桩，后施工Ⅱ序桩的施工工艺，合理的控制了各施工工艺环节的衔接促使鲤鱼门站钻孔咬合桩的安全施工理论。

同时确保了鲤鱼门站钻孔咬合桩施工的快速、安全，各项指标均符合设计和规范要求，保证了施工工期和质量，取得了较好的社会经济效益。

12.4建设效果及施工图片
图8 导墙施工图9 钻孔咬合桩施工
图10 成桩效果图。