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用作深基坑围护的钻孔咬合桩施工技术研究【摘要】上海市轨道交通6号线21B标段长清路站～上南路区间工程中,软土地基上首次大面积采用钻孔咬合桩作为深基坑围护体系,针对钻孔咬合桩施工中垂直度控制、B桩抗管涌、接头处理以及超缓凝混凝土研制等多项关键技术进行了研究,并在施工过程中采取了相应的措施保证了钻孔咬合桩的施工质量,确保了整个基坑工程的安全施工,取得了较好的效果。【关键词】基坑围护钻孔咬合桩管涌超缓凝混凝土1工程概况上海市轨道交通6号线工程北起高桥镇港城路,南至世博园区主题公园,是市重大交通建设项目。在6号线21B标段长清路站～上南路区间段局部267延长米的基坑中,首次在上海软土地基中大范围采用了钻孔咬合桩作为基坑围护体系。该区域的钻孔咬合桩围护既是基坑开挖时的围护挡土墙和止水帷幕,又紧贴区间结构的外板墙并与结构外墙共同受力。本工程咬合桩桩长25m,桩中心间距800mm,咬合厚度为200mm,A桩与B桩咬合交错布置,B桩内配钢筋笼采用水下C30混凝土,A桩为C30素混凝土(图1)。2工程地质及周边环境工程地质属上海市典型软土地基,工程影响范围内从上至下主要包含素填土、粉质粘土、淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土、砂质粉土、粉质粘土等。咬合桩施工范围北侧平行于基坑方向为已竣工使用的日月新苑小区6～7层住宅楼,条形基础,基础底标高约3.7m,设抗沉降桩为250mm×250mm预制混凝土方桩,桩长18m。咬合桩围护外边线距离小区住宅楼为8.5～12m(图2)。3工程特点与难点(1)咬合桩垂直度控制难度较大。由于咬合桩在上海市软土地基尚无相关规范规定,借鉴外地咬合桩控制要求,确定咬合桩垂直度控制为3/1000。一方面施工时垂直度控制难度大,另一方面当垂直度无法满足时必须采取相应的措施进行纠偏。(2)咬合桩超缓凝混凝土的配制。由于咬合桩施工成败重中之重为A桩的超缓凝混凝土的配合比必须满足其初凝时间不小于60h,因此必须通过多次的配合比试验以满足混凝土的初凝要求。(3)咬合桩不同情况下的接头处理难度大。工程采用多台钻孔咬合桩施工,需要针对不同的接头形式采用针对性的接头处理。(4)周边环境要求高。日月新苑小区距离基坑近,且基础相对比较薄弱,而咬合桩在软土地基上变形通常会较大,施工中必须采用相应措施减小基坑施工对周边环境的影响。4咬合桩施工关键技术4.1单桩施工流程场地平整→测量放样→导墙施工→桩机就位→安放套管→压入套管、控制垂直度→套管钻进、抓斗取土→测量孔深→孔底检查→吊放钢筋笼→导管安装、浇捣混凝土→逐次拔管、测量混凝土标高→桩机移位在咬合桩施工时对三个关键过程进行重点控制,其分别是导墙定位、套管垂直度控制、混凝土浇捣。4.2导墙定位由于咬合桩紧贴结构,为抵消咬合桩在基坑开挖时的外侧土压力作用下的向内位移而造成的基坑结构净空减小及自身的垂直度偏差,咬合桩导墙放样时外放80mm,导墙单边宽为1250mm,厚300mm。施工相邻桩位时保证搭接长度为200mm(图3)。导墙模板采用自制整体木模,导墙预留定位孔模板直径为套管直径扩大3cm即为1030mm。模板采用钢管支撑,支撑间距不大于1m,严防跑模。混凝土浇注前对模板的垂直度和中线以及净距进行验收。导墙采用C20混凝土进行浇注,混凝土浇注时两边对称交替进行,严防走模。如发生走模,应立即停止混凝土的浇注,重新加固模板,并纠到设计位置后,方可继续进行浇注。振捣采用插入式振捣器,振捣间距为600mm左右,防止振捣不均,同时也要防止在一处过振而发生走模现象。4.3套管垂直度控制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,采用经纬仪及线锤对钻管进行垂直度控制,垂直度控制在3‰以内。找正桩管垂直度后,磨桩下压桩管,压入深度约为2.5～1.5m,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(地面以上要留1.2～1.5m,以便于接管),第二节套管安装后对其检测垂直度,如不合格则进行纠偏调整。本工程取土方式采用抓斗取土,利用抓斗自重下落取土。在接近孔底时,取土采取轻放轻抓,以免扰动底部土层,终孔时外管超前0.5～1.5m。成孔过程中要控制好桩的垂直度,必须对以下三个环节进行严格的控制:4.3.1套管的顺直度检查和校正钻孔咬合桩施工前应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)的顺直度检查,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。4.3.2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至终坚持,不能中断。孔内检查:每节套管压完后安装下一节套管之前,都要停下来对孔内垂直度检查,不合格时需进行纠偏,直至合格才能进行下一节套管施工。4.3.3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。(1)利用钻机油缸进行纠偏:如果偏差不大或套管入土不深(小于5m),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。(2)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。(3)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土,而应填入与A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。4.4B桩成孔“管涌”现象的控制在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桩混凝土有可能从两桩相交处涌入B桩孔内,称之为“管涌”(图4)。克服“管涌”有以下几个方法:(1)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,超挖距离不应小于2.5m。(2)B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。4.5分段施工接头的处理方法本工程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。本工程中采用设置砂桩的办法对该类接头进行处理。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混凝土即可(图5)。由于砂桩部位容易产生渗漏水现象,因此在砂桩外侧采用旋喷桩防水。4.6混凝土浇捣超缓凝混凝土是钻孔咬合桩施工工艺所需的特殊材料(因为其缓凝时间特别长,所以称为超缓凝混凝土),这种混凝土主要用于A桩,其作用是延长A桩混凝土的初凝时间,以达到其相邻B桩的成孔能够在A桩混凝土初凝之前完成,这样便给套管钻机切割A桩混凝土创造了条件。因此超缓凝混凝土是钻孔咬合桩施工工艺成败的关键。为了满足钻孔咬合桩的施工工艺的需要,超缓凝混凝土必须达到以下技术参数的要求:(1)混凝土缓凝时间≥60h;(2)混凝土坍落度:180±20mm;(3)混凝土的3d强度值不大于3MPa;(4)最终强度满足设计要求。由于咬合桩施工成败重中之重为A桩的超缓凝混凝土的配合比必须满足其初凝时间≥60h的要求,因此通过多次实验进行比较(表1),得出的最符合工程施工要求的配合比。根据表1结果,本工程采用嘉新京阳P042.5水泥和RH25的缓凝剂,缓凝剂掺量为1.6%,实际满足施工要求,未发现早凝现象。5实施效果由于制定切实可行的方法,进行合理的施工安排,严格的施工控制,咬合桩施工质量得到了控制,桩与桩之间无明显漏水现象。基坑开挖过程中,围护变形也在设计允许的范围内,周边环境无异常情况发生。目前咬合桩用于基坑围护体系中,施工时可采用自落式取土或钻进取土的方式,其中前者适合在周边环境比较好的情况下使用,通常在周边环境要求较高时宜优先采用钻进取土的方式。