旋挖鉆進(jìn)、泥漿護(hù)壁技術(shù)在深基坑支護(hù)咬合樁中的應(yīng)用

張堪培，許 敏，馮龍飛

（廣東省水文地質(zhì)大隊(duì) 廣州 510510）

0 引言

咬合樁是素混凝土樁與鋼筋混凝土樁切割咬合，樁與樁之間排列構(gòu)成相互咬合的樁墻。由于其整體性較分離式的排樁墻好，既能解決基坑擋土問題，又能解決基坑止水問題，相對于地下連續(xù)墻在工程造價(jià)方面有較大的優(yōu)勢，適合在地下水比較豐富的地層中基坑使用。

目前，國內(nèi)常用的咬合樁施工工藝為全套管全回旋轉(zhuǎn)聯(lián)合施工方法，首先用套管機(jī)將帶鉆頭的套管旋轉(zhuǎn)鉆入地層中，然后采用沖抓斗、旋挖機(jī)將套管內(nèi)的巖土體取出，或采用旋挖機(jī)采用跟管鉆進(jìn)成孔，再根據(jù)需求安裝鋼筋籠、澆注混凝土成樁。這種施工工藝雖然具有環(huán)保性好、充盈系數(shù)小等不少優(yōu)點(diǎn)，但其工序多且繁雜，工作效率較低，工程造價(jià)相對較高等。

本文結(jié)合工程地質(zhì)情況，提出咬合排樁中的旋挖成孔技術(shù)、成樁方法及其關(guān)鍵工序技術(shù)控制，論證其成樁后能保證兩樁之間的咬合搭接效果，為深基坑支護(hù)咬合樁施工提供一種更簡捷的技術(shù)、方法。

1 工程概況

某工程位于廣州市增城區(qū)，交通方便，擬建基坑周長為711 m，深度為11.40～14.40 m，設(shè)3 層地下室，占地面積約60 705.00 m2，基坑設(shè)計(jì)安全等級為一級。

根據(jù)基坑周邊環(huán)境和地質(zhì)條件情況，設(shè)計(jì)分區(qū)分段采用了不同的支護(hù)形式，包括：單排咬合樁+多排錨索支護(hù)、單排咬合樁+多道內(nèi)支撐支護(hù)、雙排樁支護(hù)等。樁分為φ1 000 和φ1 200 兩種，咬合間距分別為250 mm 和300 mm。其 中，φ1 000 mm 為711 根，φ1 200 mm為230根，樁長為20.60～27.00 m不等，采用素混凝土樁與鋼筋混凝土樁相互咬合作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

2 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)

本工程地層自上而下劃分為：素填土、填石、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層、粉質(zhì)黏土層、中砂、粗砂層、砂質(zhì)黏性土、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖等。其中：素填土、填石較為松散；淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層呈流塑狀，性質(zhì)較差；粉質(zhì)黏土層呈軟塑-可塑、局部硬塑狀；中砂、粗砂層呈稍密-中密，顆粒以亞圓形為主，局部夾碎石薄層；砂質(zhì)粘性土為花崗巖殘積土，呈可塑-硬塑，局部堅(jiān)硬狀；全風(fēng)化花崗巖風(fēng)化強(qiáng)烈，遇水易軟化崩解；強(qiáng)風(fēng)化花崗巖結(jié)構(gòu)已大部分破壞，風(fēng)化裂隙發(fā)育，泡水易軟化崩解。設(shè)計(jì)要求所有的支護(hù)樁均進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖層內(nèi)。

2.2 水文地質(zhì)

場地地下水可分為：第四系孔隙水和基巖裂隙水。第四系孔隙水主要分布在地表淺部人工填土中及第四系砂層、碎石土中；基巖裂隙水主要賦存于強(qiáng)風(fēng)化花崗巖裂隙中，地下水水量較豐富。第四系砂層、碎石土中的孔隙水對旋挖成孔、泥漿護(hù)壁施工有一定的影響。

3 成孔技術(shù)和成樁方法

根據(jù)本工程地質(zhì)情況，采用旋挖鉆進(jìn)、泥漿護(hù)壁的成孔技術(shù)，成孔過程無須跟管，工序簡單。素混凝土樁、鋼筋混凝土樁分別采用不同的鉆進(jìn)成孔技術(shù)，采用硬切割法［1］對素混凝土樁的切削成孔，這有異于其他咬合樁成孔技術(shù)。成孔后，根據(jù)素混凝土樁、鋼筋混凝土樁的要求來安裝鋼筋籠、清孔、澆注混凝土的成樁方法。

素混凝土樁成孔采用常用旋挖設(shè)備，旋挖鉆進(jìn)、泥漿護(hù)壁，不同的地層采用不同的鉆具、鉆進(jìn)速度。對于填土層、沖積層、殘積層、全風(fēng)化巖層采用旋挖鉆斗、中速鉆進(jìn)；對于強(qiáng)風(fēng)化巖層或硬巖，則采用筒式切削型取芯鉆頭高速鉆進(jìn)，旋挖清孔鉆頭清碴。鉆進(jìn)成孔快。

鋼筋混凝土樁采用硬切割法切割素樁及巖土體。采用大扭矩旋挖設(shè)備鉆進(jìn)、泥漿護(hù)壁。鉆頭采用長筒式切削型取芯鉆頭，長度為2.0 m，鉆進(jìn)時(shí)不僅起到導(dǎo)向作用，還有利于旋挖鉆進(jìn)時(shí)垂直度控制，截齒采用使用高強(qiáng)硬質(zhì)合金。高速鉆進(jìn)，通過鉆頭快速切削有一定強(qiáng)度的素樁混凝土和巖土體而形成樁孔，每次進(jìn)尺深度約為2.0 m，若孔內(nèi)巖土體無法清除干凈，則使用旋挖清孔鉆頭清除干凈。這有異于其他旋挖成孔施工技術(shù)，不僅可保證樁的垂直度，也提高鉆孔效率。

4 施工順序

每一排咬合樁的鉆孔順序是：一臺旋挖機(jī)進(jìn)行素混凝土樁A 的鉆進(jìn)成孔，另一臺旋挖機(jī)進(jìn)行鋼筋混凝土樁B 的鉆進(jìn)成孔。兩者分開單獨(dú)進(jìn)行，互不影響；成樁順序?yàn)锳1?A2?A3?A4?A5?Ai；B 樁在A 樁灌注完成后20～70 h［1］進(jìn)行，成樁順序?yàn)锽1?B2?B3?B4?Bi。咬合樁排樁施工順序如圖1所示。

圖1 咬合樁排樁施工順序Fig.1 Construction Sequence of Interlocking Pile Row

施工順序是先完成兩根素混凝土樁后再完成中間的一根鋼筋混凝土樁，與《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程：JGJ 120—2012》［2］及《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)程：DBJ/T 15-20—2016》［1］的要求一致，但鉆進(jìn)成孔工序又相對獨(dú)立于其他工序，互不干擾，必要時(shí)可根據(jù)素混凝土樁、鋼筋混凝土樁成樁進(jìn)度來靈活調(diào)配，施工進(jìn)度快，這有異于其他咬合樁的施工順序，也是優(yōu)勢之一。

5 成樁工藝及其關(guān)鍵工序技術(shù)控制

施工工藝流程如下：測量定位?導(dǎo)墻施工?鉆機(jī)就位?旋挖成孔?安裝鋼筋籠（鋼筋混凝土樁）?清孔?澆注混凝土［3-5］。其中，測量定位、導(dǎo)墻施工、鉆機(jī)就位、旋挖成孔是確保兩樁咬合間距的關(guān)鍵工序；旋挖成孔、混凝土澆注是確保樁面平整度的關(guān)鍵工序。其施工過程技術(shù)控制主要如下：

5.1 樁孔定位及其技術(shù)要求

本工程對樁位定位偏差控制值為10 mm。采用精度為測角精度0.5 s，測距精度為1 mm+1 ppm 的全站儀，采用往返多回次測量、復(fù)核技術(shù)來保證各控制點(diǎn)、軸線精度，然后再用全站儀和鋼卷尺測量定出樁位，可保證樁位偏差的技術(shù)要求。

5.2 導(dǎo)墻施工及其技術(shù)控制

導(dǎo)墻作用是控制咬合樁的咬合精度和承受施工機(jī)械的靜、動(dòng)荷載。嚴(yán)格按照相關(guān)要求執(zhí)行，導(dǎo)墻開挖后，安裝鋼模板、澆注混凝土。導(dǎo)墻內(nèi)直徑比設(shè)計(jì)樁徑大20 mm，垂直度偏差≤0.30%；導(dǎo)墻外寬為0.50 m，深度為1.50 m，底部進(jìn)入相對穩(wěn)定地層。由于本工程1.5 m 位置是填土，較松散，進(jìn)行了底部深挖換填，在底部回填夯實(shí)300～500 mm 的粘性土再安裝模板固定、澆注混凝土?？煞乐挂蚴┕み^程的擾動(dòng)造成導(dǎo)墻底部不穩(wěn)而整體下竄。這樣控制可確保樁機(jī)就位對中后樁位偏差不超過20 mm，兩樁之間的最大偏差值為40 mm；單樁頂部垂直度偏差≤0.30%。這樣控制能確保樁頂部兩樁之間的咬合搭接和垂直度。

5.3 旋挖成孔及其技術(shù)控制

5.3.1 成孔過程的垂直度控制技術(shù)參數(shù)

本工程對旋挖成孔過程垂直度指標(biāo)是≤0.30%。全過程采用雙控技術(shù)措施。一是樁機(jī)就位后，利用旋挖機(jī)自身的整平系統(tǒng)和垂直度顯示儀表來調(diào)整鉆具的垂直度，其桅桿垂直度偏差要求≤0.10%［5-7］，確保機(jī)座水平和鉆具的垂直；二是鉆進(jìn)成孔過程，在樁位30 m 之外側(cè)互相垂直的兩個(gè)方向用全站儀全過程測量鉆進(jìn)過程鉆桿的垂直度。雖然每臺旋挖機(jī)自身都具有整平調(diào)直系統(tǒng)和垂直度顯示儀表，但隨著設(shè)備使用時(shí)間的增加，設(shè)備及其機(jī)具的磨損，其自身的整平調(diào)直系統(tǒng)有一定的誤差，加上旋挖過程靜、動(dòng)力導(dǎo)致機(jī)座底部出現(xiàn)不平整。單靠其自身的整平調(diào)直系統(tǒng)難以保證成樁后的垂直度≤0.30%的要求。成孔過程一旦發(fā)現(xiàn)樁的垂直度超出這個(gè)范圍，必須采取措施予以校正。校正措施主要采用長筒式鉆具重復(fù)中低速鉆進(jìn)修正，直到監(jiān)測數(shù)據(jù)表明成樁的垂直度偏差≤0.30%為止。

通過成孔過程垂直度控制，疊加樁孔定位、樁機(jī)就位偏差等因素，可確保成樁后基坑開挖最深處（14.40 m）兩樁之間最不利的理論咬合搭接間距為123 mm，最長樁（27.0 m）底部兩樁之間最不利的理論咬合搭接間距為48 mm，能保證擋土止水效果。本工程選用技術(shù)參數(shù)與文獻(xiàn)［1-2］技術(shù)參數(shù)的計(jì)算最大值如表1所示。

表1 與文獻(xiàn)［1-2］技術(shù)參數(shù)計(jì)算最大值對比Tab.1 Comparison with Maximum Value of Technical Parameters Calculation in Literature［1-2］

5.3.2 成樁過程防塌孔、縮頸控制技術(shù)參數(shù)

旋挖成樁全過程使用優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁、清孔。鉆進(jìn)過程根據(jù)不同地層調(diào)整泥漿配比來解決孔壁坍塌、縮頸問題。對于松散填土、砂層，在已配好的泥漿中加入重晶石、珍珠巖粉等提高泥漿密度，加入CMC、純堿等提高泥漿黏度，保證其在旋挖鉆進(jìn)過程對孔壁有一定壓力，在孔壁形成一層透水性很低的泥皮，維護(hù)孔壁的穩(wěn)定。同時(shí)，成孔過程根據(jù)鉆進(jìn)速度同步補(bǔ)充泥漿，保持孔內(nèi)泥漿高度與導(dǎo)墻面基本持平，防止樁孔坍塌、縮頸。各階段、不同地層采用的泥漿主要性能指標(biāo)［1，3-8］如表2～表3所示。

表2 泥漿制備時(shí)及使用過程中主要控制指標(biāo)Tab.2 Main Control Index during Mud Preparation and Use

表3 清孔后孔底500 mm以內(nèi)泥漿主要控制指標(biāo)Tab.3 Main Control Index of Mud within 500 mm of Hole Bottom after Hole Cleaning

通過嚴(yán)格控制旋挖成樁過程的泥漿指標(biāo)，維護(hù)了孔壁穩(wěn)定，無坍孔、縮徑現(xiàn)象，確保成樁后平面整齊。

5.4 澆注混凝土及其技術(shù)要求

澆注過程要確保澆注連續(xù)和混凝土的埋管深度，要求埋管深度滿足2～4 m［9-10］。

素混凝土樁采用普通C20 水下商品混凝土，坍落度為140～180 mm。要求20 h抗壓強(qiáng)度約為設(shè)計(jì)強(qiáng)度的10%，70 h 基本達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的30%，抗壓強(qiáng)度約為6.00 MPa。達(dá)到硬切割施工時(shí)樁體所需的強(qiáng)度要求［1］。這與設(shè)計(jì)要求加入MNF-SP 緩凝減水劑的要求不一致，但其最終強(qiáng)度與設(shè)計(jì)相同。

鋼筋混凝土樁則按設(shè)計(jì)要求采用普通C25水下商品混凝土，坍落度為180～220 mm。

6 工程完成效果

6.1 成樁檢測結(jié)果

本工程共完成支護(hù)咬合樁941根，檢測樁數(shù)為95根，所檢測樁均能達(dá)到設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求，其中Ⅰ類樁達(dá)到94.7%。工程進(jìn)度較快，工程質(zhì)量好，受到參建各方的高度好評。

6.2 基坑監(jiān)測結(jié)果

基坑監(jiān)測工作按相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，其監(jiān)測數(shù)量和累計(jì)最大值如表4 所示，樁頂?shù)湫蜏y點(diǎn)累計(jì)水平位移如圖2，周邊道路典型測點(diǎn)累計(jì)沉降如圖3所示。

圖2 咬合樁頂部典型測點(diǎn)累計(jì)水平位移Fig.2 Cumulative Horizontal Displacement of Typical Measuring Points at the Top of Occluded Pile

圖3 周邊道路典型測點(diǎn)累計(jì)沉降Fig.3 Accumulated Settlement of Typical Measuring Points on Surrounding Roads

表4 監(jiān)測數(shù)量和最大變化值Tab.4 Monitor Quantity and Maximum Variation

監(jiān)測結(jié)果表明：基坑開挖后各監(jiān)測點(diǎn)累計(jì)最大變形數(shù)值均小于設(shè)計(jì)報(bào)警值，監(jiān)測點(diǎn)變化速率穩(wěn)定，基坑處于安全、可控狀態(tài)，對周邊環(huán)境無不良影響。

6.3 基坑開挖效果

基坑分部工程于2021 年01 月24 日組織驗(yàn)收，驗(yàn)收結(jié)果為合格?；娱_挖后樁與樁之間咬合狀況良好、排列平整，表觀較好，無漏水、滲水現(xiàn)象。開挖后實(shí)體效果如圖4、圖5所示。

圖4 基坑開挖過程Fig.4 Excavation Process of Foundation Pit

圖5 基坑開挖至底時(shí)基礎(chǔ)樁施工Fig.5 Foundation Pile Construction when Excavation to Bottom of Foundation Pit

7 結(jié)論

⑴通過對旋挖成樁關(guān)鍵工序的技術(shù)控制，提高鉆進(jìn)成孔、澆注過程技術(shù)參數(shù)，能保證兩樁之間不同深度的咬合搭接效果，達(dá)到設(shè)計(jì)及相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，證明該技術(shù)在深基坑支護(hù)咬合樁中的應(yīng)用是可行的；

⑵現(xiàn)有旋挖機(jī)械輸出扭矩較大，可解決有一定強(qiáng)度的混凝土的切割和硬質(zhì)巖層中的入巖問題。同時(shí)，可充分利用旋挖鉆進(jìn)、泥漿護(hù)壁成孔速度快，工序簡便，工效高等特點(diǎn)，可降低工程施工成本；

⑶素混凝土樁采用普通水下商品混凝土，既能滿足施工技術(shù)要求，又可以批量生產(chǎn)，成本降低；

⑷實(shí)踐證明：旋挖鉆進(jìn)、泥漿護(hù)壁技術(shù)使用施工設(shè)備少、成孔較快，成樁工藝簡單，施工效率高，比其他咬合樁施工方法更為簡捷，工程效果較好，能取得較好的經(jīng)濟(jì)效益，對同類工程施工有較大參考意義。