全套管钻机钻孔咬合桩在南京地铁3号线中的应用-第一工程机械网

南京地铁3号线秣周路站为地下2层侧式车站，车站设计总长198.10 m（含配线区风道总长302.98 m），标准宽度为20.90 m，车站北端宽3 000 m，南端宽22.75 m。明挖站前配线长度为121.03 m，明挖站后配线长度为206.48 m，站前、站后配线为明挖地下一层矩形结构。

秣周路站围护结构为φ1000@800套管咬合桩，插入比为1∶0.7，桩径1.0 m，桩之间咬合200 mm，桩间距为800 mm，桩长分为27.10 m、28.10 m和28.83 m 共3种，共计钢筋混凝土桩869根(以下简称B桩)，素混凝土桩865根(以下简称A桩)。B桩成孔后吊入钢筋笼，然后采用C30水下混凝土灌注成桩，A桩采用C20超缓凝混凝土灌注成桩。

地铁咬合桩围护结构深基坑开挖

钻孔咬合桩作为围护结构的

技术优势和效益优势

钻孔咬合桩由我国地下工程界知名专家王振信教授在国外考察时发现，并将其引进到国内推荐给深圳地铁工程。国内首次应用深圳地铁一期工程会购区间，由铁道部第三勘察设计院设计，咬合桩施工由昆明捷程桩工有限责任公司采用自行研制的全套管钻机承担。如今经过大量工程实践，钻孔咬合桩在地铁、道路下穿线以及高层建筑物等城市构筑物的深基坑工程中已广泛推广，特别适用于有淤泥、流砂和地下水等富集不良的地层。

技术优势

咬合桩的混凝土终凝出现在桩的咬合以后，成为无缝的连续“桩墙”。它与普通钻孔支护排桩相比，大幅度提高了支护结构的抗剪强度和安全性，具有良好的截水性能，不需普通钻孔排桩的辅助截水及桩间挡土措施。

钻孔咬合桩与地下连续墙相比的优势在于：配筋率相对较低，咬合桩通常采用钢筋混凝土桩和素混凝土桩间隔布置的排列方式，大大降低了支护结构的配筋率；施工更加灵活，钻孔咬合桩适用于施工一些平面多变的几何形状或呈各种弧形的基坑，譬如明挖施工的站前配线弧度大，弯折比较多，更适合采用钻孔咬合桩工艺；采用全套管钻机，在施工过程中，始终有超前套管护壁，所以无需泥浆护壁，从而节约了泥浆制作、使用和废浆处理的费用，在当今地铁工程强调文明施工的要求下更适合；扩孔系数较小，因为在施工过程中始终有钢套管护壁，完全避免了孔壁坍塌，从而减少了扩孔系数，控制混凝土亏方；特别适用于城市建筑物密集区，可降低工程造价，提高施工速度，切实保证支护结构质量。

经济效益

钻孔咬合桩垂直度高，外形标准，防渗能力强，无需泥浆护壁，扩孔系数小，配筋率低，在穿过软弱、富水地层时无需增加其他辅助措施，施工速度快，造价相对较低，具有良好的经济效益。

钻孔咬合桩与人工挖孔桩、地下连续墙和钻孔密排桩等的经济效益比较见表1。

表1 钻孔咬合桩与人工挖孔桩、地下连续墙、钻孔密排桩等的经济效益比较

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设备及劳动力配置

设备配置表

钻孔咬合桩施工所需主要配套设备见表2。

表2 钻孔咬合桩施工所需主要配套设备

人员配备

根据工程的特点及施工组织设计的要求设置组织机构，配备劳动定员，明确岗位职责，主要劳动力组织见表3（表中人数按1台钻机1个工班施工考虑）。

表3 劳动力组织表

地铁咬合桩围护结构深基坑开挖施工

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钻孔咬合桩施工技术

工艺原理

钻孔咬合桩是采用全套管钻机施工，在桩与桩之间形成相互咬合排列的一种基坑支护结构（如图1所示），为了便于切割，桩的排列方式一般为一条素混凝土桩（A桩）和一条钢筋混凝土桩（B桩）间隔布置，施工时先施工A桩后施工B桩，A桩采用超缓凝混凝土，要求必须在A桩混凝土初凝之前完成B桩的施工。B桩施工时采用全套管钻机切割掉相邻A桩相交的混凝土，实现咬合（如图2所示）。

图1 钻孔咬合桩平面示意图

图2 钻孔咬合桩施工工艺原理图

施工操作要点

导墙施工为了提高钻孔咬合桩孔口的定位精度并提高就位效率，应在桩顶上部施工混凝土导墙；在沟槽施工前，弄清地下管线位置，确保地下管线迁改结束后再施工沟槽；然后在精确测放桩位后支设整体式钢模，导墙预留定位孔直径为管套直径放大4 cm。这是钻孔咬合桩施工的第一步。

单桩施工工艺流程 ①钻机就位。等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。②取土成孔。先压入第1节套管（每节套管长度约6.0～8.0 m），压入深度约2.5～3.0 m，然后用抓斗从套管内取土，边取土边下压套管，保持套管底口超前于取土面且深度不小于2.5 m；第1节套管全部压入土中后检测成孔垂直度，如不合格则进行纠偏调整，如合格则安装第2节套管下压取土，直到设计孔底设计标高。③)吊放钢筋笼。对于钢筋混凝土桩，应在成孔检查合格后安放钢筋笼，采用1台50 t履带起重机配合钢筋笼下放，在钢筋笼底部焊接一块圆板，作为混凝土浇筑中抗浮板使用。④安放混凝土导管。在钢筋笼吊放完毕后，将直径250 mm的导管按节吊入套管内，然后每节拼装后与料斗连接好，确保导管长度足够，保证导管底离孔底不大于2 m。⑤灌注混凝土。混凝土要连续灌注，中断时间不得超过45 min，导管提升时不得碰撞钢筋笼，距套管8 m以内时每1 m捣固1次。钢套管随混凝土灌注逐段上拔，起拔套管应摇动慢拔，保持套管顺直，严禁强拔。孔内水量过大时，应将水舀出后采用水下混凝土灌注法施工。⑥拔管成桩。在灌注混凝土过程中边灌注边拔管，确保浇筑量不影响套管上拔，并且保证套管底超过混凝土面不小于2.5 m。

排桩的施工工艺流程总的原则是先施工A桩，后施工B桩，其施工工艺流程是：A1—A2—B1—A3—B2—A4—B3……An—Bn-1，如图3所示。

图3 钻孔咬合桩的施工工艺流程图

施工控制要点

孔口定位误差的控制为保证钻孔咬合桩底部有足够的咬合量，应对其孔口的定位误差进行严格的控制，孔口的定位误差的允许值可按表4进行选择。

为保证孔口定位精度，应在咬合桩顶设置混凝土或钢筋混凝土导墙，导墙上定位孔的直径应比桩径大20 mm。桩机就位后，将第一节套管插入定位孔并进行检查调整，使套管周围与定位孔之间保持均匀。

桩的垂直度控制为保证钻孔咬合桩底部有足够的咬合量，除对其孔口的定位误差进行严格的控制外，还要对其垂直度进行严格的控制，根据我国《地下铁道工程施工验收规范》规定，桩的垂直度标准为3‰以内。

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的顺直度检查和校正，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，套管的顺直度偏差控制在1‰～2‰。

成孔过程中桩的垂直度监测和检查。①地面监测。在地面选择2个相互垂直的方向采用线锤监测地面以上部分套管的垂直度，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自终坚持，不能中断。②孔内检查。每节套管压完后安装下一节套管之前，都要停下来用“测环”或“线锤”进行孔内垂直度检查，不合格时要进行纠偏，直至合格后才能进行下一节套管施工。

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，纠偏的常用方法有3种：①利用钻机液压缸进行纠偏：如果偏差不大于4.5‰或套管入土不深于5 m，可直接利用钻机的2个顶升液压缸和2个推拉液压缸调节套管的垂直度，即可达到纠偏的目的。②A桩的纠偏：如果A桩在入土5 m以下发生较大的偏移，可先利用钻机液压缸直接纠偏，如达不到要求，可向套管内填砂或黏土，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。③B桩的纠偏：B桩的纠偏方法和A桩基本相同，其不同之处是不能向套管内填砂或黏土而应填入与A桩相同的混凝土，否则有可能在桩间留下土夹层，从而影响排桩的止水效果。

表4 孔口的定位误差允许值

分段施工接头的处理方法南京地铁3号线TA17标秣周路站围护结构总计1 734根桩，1台钻机无法满足工程进度，需要多台钻机分段施工，为了保证施工进度，秣周路站进驻了5台钻机共同作业，5台钻机分段施工，这就存在了与先施工段的接头问题。采用砂桩是一个比较好的方法，如图4所示。在施工段与分段的端头设置一个砂桩，成孔后用砂灌满，待后施工段到此时挖出砂浇注混凝土即可。

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超缓凝混凝土的质量对咬合桩施工的影响

A桩混凝土缓凝时间的确定

A桩的缓凝时间过短会造成施工相邻B桩时套管钻机不能按正常要求软切割A桩，形成事故桩，所以应该通过测定单桩成桩时间后确定A桩混凝土缓凝时间。

图4 分段施工接头预设砂桩示意图

超缓凝混凝土塌落度

超缓凝混凝土坍落度不宜过大，否则流动性过大，在施工B桩时容易出现管涌，所以控制现场灌注的超缓凝混凝土坍落度控制在16～18 cm。

图5 平移桩位单侧咬合示意图

超缓凝混凝土3天强度值不大于3MPa

超缓凝混凝土的3天强度值不能过大，这是因为如果遇到设备故障、外力因素等施工中遇到意外情况拖延B桩成孔时间，以致于A桩混凝土终凝后才施工B桩时，这时混凝土早期强度不高，A桩咬合部分混凝土处理起来方便。

施工中事故及预防措施

克服管涌

在B桩成孔过程中，A桩混凝土还未凝固，仍处于流动状态，A桩混凝土有可能从A、B相交处涌入B桩孔内，从而形成“管涌”，预防管涌一般采用如下几种方法：A桩混凝土的坍落度应尽量小些，不宜超过18 cm，以便于降低混凝土的流动性；套管底口应始终保持超前离开混凝土面一定距离，以防止造成一段“瓶颈”，阻止混凝土的流动，如果钻机能力许可，这个距离应在2.5 m以上；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；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混凝土下陷则应立即停止B桩成孔，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。

克服钢筋笼上浮

由于套管内壁与钢筋笼外缘之间的空隙较小，因此在上拔套管时，钢筋笼将有可能被套管带着一起提升，形成钢筋笼上浮，预防措施主要有：B桩混凝土的骨料粒径尽量在20 mm以内；钢筋笼底部焊接一个比钢筋笼直径略小的混凝土板以增加其抗浮能力；严格控制钢筋笼的制作尺寸，保证钢筋笼直径不影响套管上提，并施做导正器；混凝土灌注必须按操作规程进行。

克服地下障碍物

套管钻机施工过程中如遇地下障碍物处理起来比较容易，但在施工钻孔咬合桩要受时间的限制和防止“管涌”的发生，因此在进行钻孔咬合桩施工前必须对地质情况进行认真分析，制定详细的施工方案，否则会导致工程失败。对一些比较小的障碍物，如卵石层、体积较小的孤石等，可以先抽干套管内积水，然后吊放作业人员下去将其清除即可。

图6 咬合桩背桩补强示意图

图7 预留咬口锲口示意图

事故桩的处理

在钻孔咬合桩施工过程中，现场因A桩超缓凝混凝土质量不稳定出现早凝现象或设备故障等原因，可造成钻孔咬合桩的施工未能按正常要求进行而形成事故桩。事故桩的处理主要分以下几种情况：

平移桩位单侧咬合

如图5所示，B桩在成孔施工时，其一侧的A1桩的混凝土已经凝固，使套管钻机不能按正常要求切割A1、A2桩。在这种情况下，可以采取向A2方向平移B桩桩位，使套管钻机单侧切割A2桩施工B桩，并在A1桩和B桩外侧另增加一根旋喷桩进行防水处理。

背桩补强如图6所示，B1桩在成孔施工时，其两侧A1、A2桩的混凝土均已凝固，在这种情况下，则放弃B1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2根旋喷桩作为补强、防水处理，在基坑开挖过程中将A1和A2桩间的夹土清除喷上混凝土即可。

预留咬合锲口如图7所示，如在B1桩成孔过程中发现A1桩混凝土已有早凝倾向但还未完全凝固时，此时为避免继续按正常施工造成事故桩，可及时在A1桩右侧施工一砂桩以预留咬合锲口，待调整完成后再继续后面桩的施工。

施工质量

秣周路站于2011年7月底开始站前配线基坑开挖，2011年10月站前配线开挖完成。基坑开挖后，桩间无渗漏水现象，围护结构安全、稳定。经监理和业主验收，钻孔咬合桩的咬合质量及桩身垂直度等合格率100%。

钻孔咬合桩因为自身的技术优势，在地铁深基坑围护、建筑基坑围护中使用越来越广泛，但是面对新型工艺，我们还有许多需要去总结去探索的东西，确保钻孔咬合桩围护结构施工的质量。