韩永刚（中国中铁四局集团第二工程有限公司，江苏 苏州 215131）

复杂地下环境深基坑围护结构咬合桩施工技术

韩永刚（中国中铁四局集团第二工程有限公司，江苏 苏州 215131）

深基坑围护工程兼具支护与止水双重功能，对保证施工安全与周边建筑结构安全、提供良好坑内施工作业环境具有重要作用，是任何一项采用明挖法施工地下工程的成败关键。文章介绍了应用360°全回转套管钻机施作硬咬合桩支护深基坑，较好地解决了诸多地下障碍物环境下基坑支护与止水的技术难题，取得了良好的经济效益和社会效益。

深基坑；围护；咬合桩；施工技术

0 前 言

近年来我国的城市地下工程发展迅速，建筑、城市轨道交通和市政道路工程中的深基坑施工日益增多。深基坑围护工程兼具支护与止水双重功能，对保证施工安全与周边建筑结构安全、提供良好坑内施工作业环境具有重要作用，是任何一项采用明挖法施工地下工程的成败关键，但是部分城市历史上形成了诸多地下障碍物，致使基坑围护结构施工困难，止水效果差。在南京城西干道路网改造工程的水西门隧道建设中，应用 360°全回转套管钻机施作硬咬合桩支护深基坑，较好地解决了诸多地下障碍物环境下基坑支护与止水的技术难题，

1 工艺原理

360 º全回转套管钻机利用自身驱动装置，通过抱箍抱紧钢套管可实现钢套管的 360º旋转，并通过油缸调节下压钢套管，利用钢套管前端强度极高的钛合金钻头将障碍物切割分离，然后采用冲抓锤将套管内渣块取出，实现成孔的目的。由于清障所需周期相对较长，支护桩通常采用硬咬合工艺，360º全回转套管钻机钻孔成桩顺序见图1（注：A表示素桩，B表示荤桩）。

图1 钻孔成桩顺序

2 施工工艺流程及操作要点

2.1 施工工艺流程

3600全回转套管钻机施工咬合桩工艺流程如图2所示。

图2 施工工艺流程图

2.2 操作要点

2.2.1 施工准备

咬合桩导墙施工前需安排专人进行地下管线探挖，确保导墙下无管线；如有地下管线影响导墙施工，需做迁改处理，同时迁改的位置定在咬合桩已施工完成的位置或不影响咬合桩施工的其它位置。

2.2.2 施作导墙

导墙（见图3）主要起定位准确、保证咬合桩咬合尺寸、咬合桩机套管起导向的作用，同时导墙要求有一定的承载力及强度；导墙钢模加工时，导墙直径应比设计桩径大 2cm左右，方便套管安装，导墙浇筑时，模板要安装牢固，对称浇筑，以免模板偏位，浇筑完后及时复测。

图3 导墙施工实景

2.2.3 设备选型

目前国内的 360º全回转套管钻机已具备切削C40钢筋混凝土的能力、清障深度可达30m。施工中，应根据工程地下障碍物的材质、强度及埋置深度并结合基坑围护咬合桩设计的直径进行设备选型，选择切削强度、清障深度和扭矩等指标满足施工需求的全回转-自行式全套管钻机。

2.2.4 清障与成孔

2.2.4.1 钢套管检查

360 º全回转套管钻机的套管通常采用双壁钢套管，施工前应检查以下项目：①检查钢套管前端的钛合金钻头是否完好，有无缺失；②检查套管顺直度，顺直度不得大于 2‰，不符合规定的钢套管不能使用；③钢套管有开裂或破损等现象不可以使用，已破损的钢套管在清障过程中容易进一步破裂，给清障工作带来很大麻烦；④检查套管内有无混凝土粘结块，混凝土粘结块如果清理不干净可能会引起钢筋笼下放对位困难或产生“浮笼”事故。

2.2.4.2 套管机就位

采用履带吊吊装，人工配合，将钻机的中心与咬合桩桩位中心对齐；通过液压系统装置调整钻机的水平度，利用仪表盘读数观察是否水平，保证导杆及套管的垂直度，并请现场监理验收。

2.2.4.3 安装套管

桩机就位后，采用履带吊将钢套管垂直吊装，人工配合将钢套管放入转盘内并对准桩位，利用钢套管自重及抱箍将套管压入土体，过程中应控制好垂直度，而第一节和第二节套筒的垂直度尤其重要，控制采用全站仪或经纬仪控制，垂直度误差在3‰以内，方可开始钻进。因套管在钻进过程中产生很大的扭力，套管连接杆安装数量安装不足容易造成连接杆在巨大的扭力作用下剪断，所以每节套管连接完毕后需有专人检查套管连接质量 。

2.2.4.4 钻进成孔

①A桩成孔施工

A桩为素混凝土先施工无需咬合，根据本工程的实际情况，上部有大量障碍物，因此在施工时 360°全回转套管机结合清障一次性成孔。

②B桩成孔施工

B桩施工时，因A桩为素混凝土，在混凝土强度达到30%后进行B桩硬切割咬合施工，切割咬合时要控制垂直度，放慢钻进速度，防止钻进时钻头处的钛合金磨损太快而影响切割速度。

③成孔控制要点

钻进过程中全程定专人全程监测套管的垂直度，发现偏差及时纠正。监测方法是利用全站仪和铅垂线双向控制。

钻进时，根据不同地质条件控制钻进速度。地下障碍物较多时，快速钻进会减少钛合金钻头使用寿命，很可能造成一根桩还未成孔，钻头已损坏，必须重新拔出套管换钻头，带来塌孔的危险，也影响工期。

钻进过程中必须使钢套管的深度比钢套管内的土面深3～5m（但距离设计桩底标高时，要提前控制好套管入土深度），防止出现涌管现象。钢套管入土深度进入一定深度后，边旋转钢套管边采用冲抓锤抓斗清除至孔底标高后浇筑混凝土。单纯切割无障碍物的A桩钻进速度控制在1.2m/h，钢套管转速控制在1.5～2r/min，切割钢筋混凝土结构或强度较高的岩层块石时钻进速度控制在6～10cm/h，钢套管转速控制在1转左右；B桩硬切割钻进速度控制在0.9～1.0m/h，钢套管转速控制在1.2～1.5r/min，切割钢筋混凝土结构或强度较高的岩层块石时钻进速度控制在 6～8cm/h，钢套管转速控制在1转左右。

若地下出现大面积厚度较大的混凝土结构物或其他障碍物，将会堵塞整个套管，可以采用冲击锤将障碍物击碎后用抓斗将破碎的渣块抓除。

2.2.5 钢筋笼制作与安装

①钢筋笼制作时，控制好钢筋笼笼径及钢筋笼顺直度，笼径不得大于设计值，顺直度不得大于3‰。钢筋笼与钢套管间净距离较小，如果制作的钢筋笼笼径偏大或钢筋笼不顺直，钢套管提升时，容易造成钢筋笼上浮，影响桩身质量。

②钢筋笼连接可以采用焊接和机械连接，连接时接头不得出现弯折，影响钢筋笼垂直度，混凝土灌注过程中钢筋笼会有上浮风险。

③如在浇筑混凝土过程中发现钢筋笼上浮现象，应放慢混凝土浇筑速度并旋转钢套管缓缓提升，如仍然无法解决钢筋笼上浮问题，则应在钢筋笼底部需设置抗浮钢板，如图4所示。

图4 抗浮钢板现场施工照片

④按照设计图纸要求，按一定比例布置测斜管。

2.2.6 混凝土浇筑

混凝土灌注采用常规的水下混凝土导管法，施工中注意要点如下：

①混凝土灌注前应先转动钢套管，观察钢筋笼是否随钢套管转动，如果发现钢筋笼有跟管现象，应正反交替转动钢套管，使套管与钢筋笼脱离；

②拔出钢套管前，应测量钢筋笼顶与钢套管顶的相对距离，方便观察钢套管拔出的过程中钢筋笼是否跟管上浮；

③导管埋入混凝土的深度不小于2m，且不大于6m，钢套管埋入混凝土深度1～2m；

④为保证桩头质量，混凝土灌注的顶标高应高出设计桩顶0.5m～1.0m。

3 应用实例

南京城西干道路网改造工程中的水西门隧道是虎踞南路下穿建邺路和水西门大街的立交工程，并临近古城墙、内外秦淮河，地下情况复杂，管线众多，技术复杂，两侧均为商铺或办公用房，交通繁忙，地下水丰富，原地面标高11.5左右，地下水位达7.0左右，隧道全长1280m，设计为双向6车道，采用明挖法施工，最大挖深达21.4m，特别是水西门大街以南K4+440～K4+892段东西两侧地下环境极为复杂，存在条石、木桩、古城墙与码头、废弃涵洞与污水管道、原高架桥基础等大量障碍物，埋深在原地面以下2m～25m范围，且地下水极为丰富。在该工程施工中，先后尝试了地下连续墙、排桩+止水帷幕和常规咬合桩等施工方法，均难以实现支护、止水、工期三重效果。针对施工难题研究应用 360°全回转套管机施工基坑围护结构的咬合桩，比原钻孔桩外侧加止水帷幕施工周期缩短了近2个月，较好地解决了诸多地下障碍物环境下基坑支护与止水的技术难题，取得良好的经济效益和社会效益。

4 小 结

360 °全回转套管钻机采用全套管防护成孔，其钢套管前端带有钛合金钻头，清障能力强，特别在障碍物埋深大、强度高的复杂地下环境中清障与成孔的效率高、速度快；在套管防护下灌注成桩，易于控制保证桩身质量，止水效果好，且无需泥浆护壁，施工噪音小，符合环保要求。本技术在复杂地下环境深基坑围护结构施工具有良好的推广应用前景，可供类似工程借鉴。

［1］郭杰.钻孔咬合桩围护结构设计要点及设计优化研究［J］.铁道建筑，2009（6）.

［2］周裕倩，陈昌祺.钻孔咬合桩在上海地铁车站围护结构设计中的应用［J］.地下工程与隧道，2006（3）.

TU473.2

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1007-7359（2016）02-0134-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.02.046

韩永刚，中国中铁四局集团第二工程有限公司总经理，高级工程师，研究方向：施工管理。