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全套管咬合桩施工技术在大连深填海区的应用及探讨摘要：本文依托大连地铁2号线海之韵站围护结构咬合桩施工为背景，对全套管咬合桩施工技术在深填海区的应用进行了较为全面的技术总结，并对施工过程中出现的技术问题进行探讨与分析，以期更好的展现及掌握咬合桩施工技术在大连深填海区的应用。望本文的咬合桩施工技术总结和探讨解决的技术问题，能为以后类似工程提供经验借鉴。关键词：全套管咬合桩深填海区关键技术控制及探讨施工问题处理分析1、前言咬合桩理论远落后于实践，将咬合桩作为围护结构应用于大连深填海区的地铁车站，尚属首例。本工程围护结构咬合桩已全部施工完毕，从后期止水效果看，本工程咬合桩成桩质量良好，满足设计及现场施工要求，证明了咬合桩工艺在大连深填海区的可行性。就本工程施工环境的特殊性及地质条件的复杂性，采用全套管咬合桩的突出优点为：（1）顺利的穿越饱和含水回填碎石层、欠固结的淤泥及粉砂层，且施工安全、快捷。（2）二序桩对一序桩的切割咬合，形成了很好的整体连续桩墙结构，止水效果良好。（3）咬合桩的布桩灵活，在本工程1#风亭不规格结构边线施工中充分体现了其优越性。2、工程概况海之韵车站施工线路总长207.4m，其起止里程为DK0+148.4～DK0+355.8。基坑开挖深度约为16.7m，基坑开挖宽度为18.9m。围护桩采用Φ1200全套管咬合桩，兼做止水帷幕，标准段一序桩与二序桩交错布置，相互咬合，咬合厚度250mm，桩中心间距950mm，其中一序桩为素混凝土桩，二序桩内配置圆形钢筋笼。围护桩桩长有35.8m、33.8m、30.8和28.3m四种。各桩型的长度应根据实际地质情况进行调整，需满足进入粉质粘土≥4m或全风化岩≥4m或强风化岩≥2m或中风化岩≥0.5m。3、工艺流程图3-1工程施工流程图场地平整测量放样导槽施工钻机就位施工A1桩施工砂桩施工A2桩施工B1桩施工A3桩施工B2桩循环施工……与A1桩连接工程结束4、关键技术控制及探讨4.1桩位控制咬合桩为连续的桩墙结构，且桩与桩之间的咬合厚度为定值，动一根桩的位置就得动所有桩的位置，所以在施工前必须将所有咬合桩位置二次进行复核，确认无误后放样施工。4.1.1导向槽施工精度咬合桩的桩心位置由导向槽控制，所以导向槽的施工质量，直接影响咬合桩的桩位控制精度。为确保孔口位置准确，本工程导向槽施工放样均采用双复核制度。导向槽内模垂直度偏差不大于2%，模板加固牢固，并分层浇筑混凝土，严防内模移位。咬合桩孔口直径比桩径大2cm，本工程孔口定位误差值控制在1cm。4.1.2桩位布置本工程在施工前进行了3根试桩施工，确定本工法在大连深填海区的可行性，咬合桩的充盈系数。因回填层厚、孔隙大、渗透系数大，咬合桩桩长35.8m，实际使用混凝土49m3。充盈系数为：ｒ=49/（35.8*3.14*0.62）=1.2。（在粉质粘土中，充盈系数一般为1.05）因咬合桩施工存在垂直度偏差（规范控制值3‰），为保证桩体不侵入结构净空，本工程对设计咬合桩采取外放措施。外放量的确定如下：k=√ｒ*0.6-0.6=0.06m（式中：ｒ-为充盈系数取1.2，0.6m为桩径。）p=3‰*15+Δ+k+f（式中：15m为基坑开挖深度，Δ-为孔口偏差，k-充盈系数引起的桩径增大量，f-为桩体位移量，设计给出的控制值3cm）计算得：p=4.5+1+6+3=14.5cm最终确认的外放量为15cm。外放后因结构拐角处咬合桩咬合厚度不能满足要求，须对所有咬合桩桩位进行调整，另一方面标准段咬合桩导向槽使用定型钢模板施工，所以本工程咬合桩桩位调整遵循下面原则：（1）先对标准段咬合桩进行桩位调整，直接外放15cm，咬合厚度不变。（2）对拐角处咬合桩进行桩位调整，调整本着满足桩不侵入结构和满足咬合厚度，实在不能满足要求可加设素混凝土桩，实行素桩与素桩相咬合。4.3垂直度控制根据规范要求，咬合桩的垂直度为3‰，采用全套管钻机施工完全可以达到3‰的要求。成孔垂直度控制措施：（1）套管的顺直度检查和校正钻孔咬合桩施工前，在平整的地面上进行套管顺直度检查和校正，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，套管顺直度偏差控制在1‰-2‰。（2）成孔过程中桩的垂直度监测与检查地面监测：在地面选择两个相互垂直的方向采用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。这项检查在每根桩的成孔过程中应始终进行，不中断。孔内检查：每节套管压完后安装下一节套管前，都要下入孔内检查孔底的垂直度，不合格时需要进行纠偏，直至合格才能进行下一节套管施工。（3）纠偏①利用钻机液压系统进行纠偏：如果偏差不大于或套管入土不深（5m以内），可直接利用钻机的竖向和水平油缸调节套管的垂直度，可达到纠偏的目的。②A型桩纠偏：如A型桩在入土5m以上发生较大偏移，可先利用钻机液压系统直接纠偏如达不到要求，可向套管内填砂或粘土，一边填土一边拔套管，直至将套管顶升至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在重新下压。③B型桩纠偏：B型桩与A型桩不同之处：在于填入的是与A桩相同的混凝土，否则有可能在桩间留下土夹层，影响围护结构的防水效果。4.4咬合厚度相邻桩之间的咬合厚度d根据桩长来选取，桩长越短咬合厚度越小（但最小不宜小于100mm），桩长越长咬合厚度则要求越大，理论咬合厚度按下式进行计算：d-2（kL+q）≥50mm（式中：L—桩长；k—桩的垂直度，q—孔口定位偏差值d—钻孔咬合桩的设计咬合厚度）d-2（kL+q）=25-2（3‰*35.8*100+1）=3cm＜5cm，本工程咬合厚度值为250mm，虽然计算的结果小于5cm，但实际施工中止水效果良好。原因分析有2点：（1）实际全套管咬合桩施工的垂直度偏差小于3‰。（2）下伏粉质泥土层，部分段长可作为不透水层考虑到咬合厚度计算中。4.5桩插入比控制对于本工程，咬合桩的插入比控制需满足两个条件，1、桩的受力和变形验算条件，2、抗渗流稳定性验算条件。运用深基坑支护结构分析软件可知，咬合桩的的最大位移、最大弯矩、最大剪力，地表最大沉降量，最大支撑轴力等参数并非随着插入比的增加而无限制的减小，当插入比达到0.8，上述参数基本趋于定值。抗渗流稳定性设计要求，咬合桩需满足进入粉质粘土≥4m或全风化岩≥4m或强风化岩≥2m或中风化岩≥0.5m。综上条件，本工程咬合桩设计插入比为：（35.8-15）/15=1.4，远大于受力和变形验算条件下的插入比值。在实际施工中，部分咬合桩的设计桩端处于粉砂层中，不能满足抗渗流稳定性条件，最终进行设计变更，加深桩长。所以在大连深填海区咬合桩的插入比控制值，是抗渗流稳定性条件占主导，施工中需充分考虑。4.6砂桩设置4.6.1砂桩设置在实际的施工中，一台套管钻机负责某一段的施工，需多机同时作业，待机械返回再施工连接部位的桩时，该段最早施工的桩已经终凝，致使切割无法进行。此时可在开始施工的桩侧设置砂桩（即成孔用砂回填），待后施工段施工至此接头时掏出砂，安装钢筋笼，灌注相应混凝土即可。其设置如图5-1所示。图4-1：砂桩设置示意图4.6.2接缝止水控制因被砂桩切割的素桩早已终凝，强度较高，后施工的连接桩与其连接不可避免产生施工缝，基坑开挖后接缝处会出现渗漏现象。因此砂桩混凝土灌注完成后需在其外侧增设旋喷桩止水。因本工程咬合桩置于23m厚的回填层中，旋喷桩在大直径的碎石渣中成桩，止水效果不理想。实际施工中，对需增设旋喷桩处回填层进行置换，将该处回填碎石渣置换成粉质粘土，再施做旋喷桩。实际接缝处增设旋喷桩止水效果良好。4.7超混凝混凝土的控制超缓凝混凝土的基本时间是指完成单根有代表性桩所需的时间，根据之前的3根试桩，确定单根成桩时间为t=12～15小时。A型素桩混凝土缓凝时间的确定主要考虑成桩时间和相应的安全时间。根据成桩的顺序，确保B型桩能顺利的切割A型桩的要求，缓凝时间为相邻的两根素桩和一根荤桩的成桩时间，一般为3个成桩时间。安全时间是出于实际施工中可能出现的其他停顿因素的影响，如停电、设备维修、等待混凝土等。因此，可根据下式计算确定A型桩的缓凝时间：T=3t+s（式中：T—A型桩混凝土的缓凝时间；t—为具有代表性桩的成桩时间；s—安全时间）按规范要求执行，坍落度控制在14-18cm。4.8防素砼管涌控制A型桩（素桩）被切割时，其混凝土还未初凝，呈可流动状态，因此在施工B型桩时，A桩的混凝土有可能从A、B桩相交处涌入B桩孔内，引起A桩的混凝土流失称之为“管涌”。克服“管涌”有以下几个方法：①A桩混凝土的坍落度应选取小值，不宜超过18cm，骨料选用2-4cm，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，以增加其涌入的路径和阻力，一般不小于2m。适当调整使B桩底略深与A桩底，可防止在快成孔时，发生砼管涌问题。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，以减少套管内外压力差。④B桩成孔过程中应注意观察相邻两侧A桩混凝土顶面的变化情况，如发现A桩混凝土面下降，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，知道完全制止住“管涌”为止。5、施工问题处理分析5.1外套管内进水本工程位于近海填海区域，回填碎石渣透水性强，外套管在下压取土过程中，套管内进入大量的海水。大量海水进入外套管内存在以下施工问题：（1）外套管内的水加大冲抓抓斗自由下落阻力，冲抓到达桩开挖面时，冲击力减小，抓土功效低。（2）抓斗抓土提升过程中，水冲刷抓斗抓取的土，部分土掉落，取土功效低。（3）孔内积水多，成孔后清理效率低、清不干净，沉渣厚度不能满足设计要求。本工程采取的措施是：（1）外套管上下接头处，接头内侧设置密封胶圈，再在管口缠施工宽胶带，宽胶带外涂抹施工黄油。宽胶带起止水作用，黄油既起止水作用，又可起润滑作用。如下图5-1所示：（2）使用自制的大铁桶打取外套管内的海水。如下图5-2所示：图5-1：外套管接头处理图5-2：自制水桶套管内取水5.2遇大块孤石和桩底进入强风化岩由于回填碎石层中，回填料不均，存在大块孤石，且大块孤石分布无规律；部分咬合桩桩底进入强风化岩。大块孤石和强风化岩，外套管无法正常下压切割，在实际施工中采用旋挖钻辅助施工。旋挖钻下至套管内将大块孤石和强风化岩清除后，继续下压外套管至设计桩底。5.3二序桩无法正常切割一序桩成孔（1）如图所示，由于特殊情况造成A1桩混凝土超过终凝时间较长或出现早凝情况，混凝土强度超过10Mpa时，B1桩无法切割A1桩成孔。此时将A2附近导墙破除，在A2桩无法调整桩位的情况下先保证B1与A2咬合，B1桩与A1桩净距保证5cm下切成孔（由于咬合桩施工垂直度存在偏差，考虑多向A2桩移5cm）。然后按顺序继续施工A3、B2、…，最后沿A1、B1两桩外围补旋喷桩进行止水，施工方法示意见图5-3。图5-3：外围补旋喷桩止水示意旋喷桩在回填层中，成桩质量和止水效果很难保证。先使用全套管钻机对旋喷桩处地层进行置换，将回填碎石渣置换成粉质粘土，再进行旋喷桩施工。本工程旋喷桩桩径Ф600，采用单管高压旋喷，桩长必须满足桩底进入不透水层1m以上。（2）B1桩成孔施工时，其两侧A1、A2混凝土均已出现早凝，处理方法是放弃B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3根咬合桩及两根旋喷桩作为补强止水处理，并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，如图5-4所示。图5-4咬合桩背桩补强示意（3）咬合桩施工的流水作业中断或A1桩混凝土有早凝倾向时，迅速移钻机对A1桩进行切割成孔，然后将该孔临时设置成砂桩，待后续咬合施工至该桩时重新成孔完成连续咬合桩的施工，如图5-5所示。图5-5：咬合桩流水中断重排示意图5.4砂桩施工时被切割素桩出现“管涌”咬合桩端头设置砂桩，在B9砂桩回灌河砂、向上提升外套管过程中，被切割A10素桩出现“管涌”现象，A10桩顶混凝土面下降2m多。停止灌沙，对砂桩回灌的河砂面标高进行量测，再向上提升外套管，二次测量孔内河砂标高，发现河砂面标高随外套管提升而上升。设置砂桩示意图5-6