钻孔咬合桩在深基坑工程施工中的应用

钻孔咬合桩在深基坑工程施工中的应用

郑义国

深圳市第一建筑工程有限公司广东深圳518000

摘要：钻孔咬合桩是一种新型围护结构，在深基坑工程中得到广泛的应用。本文结合工程实例，对深基坑工程钻孔咬合桩施工工艺进行了详细的介绍，分析了该工程施工方案的选择及其创造的施工价值，旨在为类似工程施工提供参考。

关键词：钻孔咬合桩；深基坑；应用

引言

随着我国社会经济的快速发展以及建筑行业的不断进步，基坑工程的施工日益增加，并朝着深、大的方向发展，对基坑工程新型围护结构的研究已成为当前的一个热点。其中，钻孔咬合桩作为一种新型的基坑围护结构，以其安全、经济、合理、适用范围广等优点，在深基坑工程的施工中得到广泛的应用。基于此，笔者结合工程实例进行了介绍。

1.工程背景

某深基坑工程总占地面积约为41500平方米，其底部周长约为1300米，基坑开挖深度为19.10～22.60m，属于超大规模深基坑支护工程，采用咬合桩+内支撑的支护形式。咬合桩的排列方式按照1条钢筋混凝土桩（B桩）和1条素混凝土桩（A桩）间隔布置，A桩为C20水下超缓凝混凝土，B桩为C30水下混凝土，先施工A桩后施工B桩。B桩施工采用全套管钻机或旋挖机切割掉相邻A桩相交部分的混凝土，实现咬合。其中A桩有663根桩，B桩有662根。

场地地势略有起伏，整体为北高南低，地下水位、水量随季节变化明显，水量较丰富。据野外钻探揭露、现场原位测试和区域地质资料分析，地层从上至下分述如表1所示。基坑东侧3，4，5，6地块紧临2个小区，小区居民楼6层，砖-混结构，天然基础，均属于老旧建筑物。要求咬合支护桩施工对小区建筑物的影响降到最小，故此范围采用全套筒成孔施工。合同工期节点要求4，5，6地块380根咬合桩必须在45d内完成。根据3地块的实际进度情况，2台摇摆式搓管机每天配合进行A，B桩施工仅可完成3.7根。4，5，6地块作业面大，可分2段进行施工，需保证每段每天施工4.2根咬合桩才能满足业主的进度要求。在保证成桩质量的前提下，为了最大程度地降低成本同时提高施工速度，必须研究新的施工方法。

表1场地地层情况

2.施工方案设计

当前，旋挖机以及全护筒全套管钻机在建筑行业中得到广泛的应用。其中，旋挖机主要通过泥浆护壁进行成孔，在施工过程中根据不同土层更换筒式钻头，同时控制进尺速度以保证钻孔垂直度。全套管全护筒钻机分为摇摆式搓管机和全回转钻机，摇摆式搓管机的摇摆角度一般只有15°～2°，机身较小，全回转钻机可360°旋转，机身较高。摇摆式搓管机和全回转钻机均是与履带式起重机冲抓斗配合取土。其中摇摆式搓管机机身高度较低，占空间较小，可以与旋挖机配合，组成一种新的施工方式。同时咨询专家和一线技术工人，均表示此方法可以实施。但此工艺只适用于施工A桩。由于A桩采用超缓凝混凝土，在施工B桩时，A桩混凝土还未初凝。如果旋挖机超前钻进，这样会造成A桩混凝土从旋挖机与护筒的缝隙中涌入B桩（即管涌现象），造成严重的质量问题。

根据上述对3种机械的成孔特点进行分析，提出了4种可行性方案。

（1）方案1A，B桩均采用全回转钻机配合冲抓斗施工，工程造价约为2000万元。

（2）方案2A，B桩均采用摇摆式搓管机配合冲抓斗施工，工程造价约为1700万元。

（3）方案3A桩采用摇摆式搓管机配合冲抓斗施工、B桩采用全回转钻机配合冲抓斗施工，工程造价约为1810万元。

（4）方案4A桩采用摇摆式搓管机配合旋挖机施工，B桩采用全回转钻机配合冲抓斗施工，工程造价约为2020万元。各方案的施工特点如表2所示。

3.最优施工方案的评价方法

3.1评价指标的确定

在工程施工中，需要充分考虑到工程施工的进度、造价以及机械操作的难易程度。在确保咬合桩施工质量的前提下，可以通过成孔速度、工程造价和施工难度对上述4种方案进行评价。

3.2评价体系的建立

由于本工程属于城市旧改项目，工期短，业主对进度的要求非常高，其次是工程造价。因此，成孔速度权重占50%，工程造价权重占30%，施工难度占20%。3个评价指标的最高得分均定为10分，然后对方案进行打分评价，最终确定出最优方案。对于成孔时间可以取施工速度最快的方案为10分，其他方案的得分按照与此方案的时间反比积分依次求得。工程造价最低的方案取10分，其他方案按照与此方案进行对比每增加100万元扣1分。根据现场各方案实际操作的难易程度对4个方案进行排序，最容易施工的得10分，其次得8分，以此类推。

表2施工特点

3.3最优方案的确定

（1）成孔速度

全回转钻机和摇摆式搓管机配合冲抓斗施工均属于传统的施工方式，其成孔速度有经验值可以作为参考。摇摆式搓管机配合旋挖机施工并没有经验值，但由于其成孔方式为旋挖机超前钻进，搓管机跟进施工，套管压力小，下压速度快，可以根据旋挖机的施工速度折减10%作为参考值。各机械施工速度如表3所示。

表3机械施工速度统计

根据地质勘查报告和设计要求，A桩平均设计长度23.6m，B桩27.5m；其中A桩平均入岩0.5m，B桩平均入岩5m。结合以上数据可计算出各方案施工A，B桩的时间情况如表4所示。

（2）工程造价

根据施工图纸和地质勘查报告预算出各方案的施工造价，从而计算得到4个方案在该指标下的具体得分如表5所示。

（3）施工难度

根据现场经验，对各施工方案实际操作的难易程度进行排序，从而计算得到4个方案在该指标下的具体得分如表6所示。

（4）确定最优方案

表4成孔速度评分

表5工程造价评分

表6施工难度评分

表7方案评分汇总

将上述分析数据进行归纳统计以确定最优方案，如表7所示。

通过上述分析最终选定“A桩采用摇摆式搓管机施工，B桩采用全回转钻机施工”为最优施工方案。

4.工程应用研究

4.1施工工艺

（1）机械选型

通过调研目前咬合桩施工中采用的全套管全护筒机械的型号及施工特点，结合本项目的地质情况，选择方案中各机械的规格型号如表8所示。施工过程中，利用晚上下班时间定期对机械进行维修保养，以保证在上班时间各机械能够正常施工。

（2）咬合桩施工顺序

咬合桩施工均为全套管护壁，为保证施工质量，采取“软咬合”流程进行施工。A桩不放置钢筋笼，主要作用为止水。B桩放置钢筋笼，主要作用为承重。A桩选用水下C20超缓凝混凝土，缓凝时间为100h，所以施工B桩时，A桩还未初凝，使A，B桩结合效果更好。先由摇摆式搓管机施工3根素桩，再由全回转钻机施工荤桩，然后一荤一素搭配施工，具体的施工顺序为A1→A2→A3→B1→A4→B2→A5→B3→A6→B4。

（3）特殊土层应对措施

根据设计图纸及勘探报告，本项目施工场地可能存在软土层及地下孤石，且B桩成孔需要进入中风化层。通过与设计单位沟通总结出具体处理方法如表9所示。在钻孔的过程中严格要求桩机操作人员控制进尺速度，遇到特殊土层严格按照制定的措施施工。

（4）钢筋笼吊装

通过对图纸及地质报告分析可知，B桩钢筋笼长度为24m左右，长度较长。为加快施工进度，保证钢筋笼的焊接质量，现场采用履带式起重机，先将整个钢筋笼水平起吊，采用大、小吊钩配合的方式在空中调直，吊运至钢套筒附近，整体放入钢护筒内，施工过程中安排专职安全员旁站，指导并监督起重机司机严格按照钢筋笼吊装安全专项方案进行施工。吊点详细位置如图1所示，吊装示意如图2所示。

表9特殊土层施工应对措施

图2吊装示意

（5）混凝土浇筑

根据本项目和混凝土公司的位置情况，提前规划好混凝土搅拌车的行车路线，以确保成孔之后能够及时浇筑混凝土。混凝土浇筑前先下导管，导管选用300的卡式无缝钢管，壁厚为5mm，每节导管长2m，导管使用前先用0.6～1.0MPa水压力试压，管底距孔底0.3～0.5m，第1斗必

须保证导管底埋在混凝土中。对于素桩在浇筑过程中必须严格按照方案及时提升和拆卸导管及套管，浇筑钢筋混凝土荤桩时要注意控制混凝土的浇筑速度和埋管深度，否则易使钢筋笼上浮，导管应放在孔中间避免提升导管时碰撞钢筋笼。混凝土超灌量≥50cm以保证桩头质量。

4.2创造的施工价值

（1）提高施工效率

通过分析各成孔机械的优缺点，改变传统式单一使用机械施工咬合桩的习惯，研究不同机械配合施工的效果，使得现场咬合桩的施工效率得到了较大提高。根据现场记录的施工数据，使用摇摆式搓管机施工A桩平均每天可以完成2.7根，使用全回转钻机施工B桩平均每天可以完成2.2根，因此现场每天可以完成咬合桩4.9根，比工艺创新前提高了1.2根，加快了施工进度。采用新工艺施工380根咬合桩需要38.7d，满足业主进度的要求，若按照原设计A，B桩均采用摇摆式搓管机施工需要51.3d。

（2）经济效益

根据现场调查总结出各机械和人工的费用，从而计算出工艺创新以后所需的人工、机械费用约为154.238万元，若按照原设计A，B桩均采用摇摆式搓管机施工所需要的人工、机械费用为208.35万元，为项目部节约了成本。

5.结语

综上所述，钻孔咬合桩可适用于各种土层，且其防渗效果良好、经济效益高、安全性强，在深基坑工程中具有良好的应用价值。在钻孔咬合桩应用于深基坑工程施工时，必须要结合工程项目的实际情况，选择合理的施工方案，同时还要充分掌握其施工工艺，在确保工程施工质量及安全的前提下，有效降低施工成本及效率，从而提高工程的经济效益及社会效益。

参考文献：

[1]钻孔咬合桩在深基坑围护中的应用[J].王欣.建筑施工.2015（08）

[2]钻孔咬合桩在地铁站施工中的应用[J].李小平.中国新技术新产品.2016（20）

[3]深基坑钻孔咬合桩的设计与施工——以西安地铁为例[J].王志超，杜雨露.四川建材.2016（02）