双动力头咬合桩深基坑支护技术应用

关键词：深基坑；双动力头；咬合桩

1工程概况

泉州台商投资区双山路工程道路全长3.5km；道路等级为城市主干路兼一级公路，主路为双向六车道，两侧辅路；本工程包含2座雨水泵站，其中2#泵站位于现状沿海大通道中央，现状地面标高为8.00m，基坑底标高为-11.1m，围护结构采用钢筋砼桩和素砼桩咬合，咬合宽度为0.25m，桩中心距为0.65m，桩径为Φ900mm，桩顶标高7.0m，桩长24m，嵌固深度5.9m，共有191根咬合桩，泵站采用明挖法施工，泵站基坑的平面净尺寸均为40.2m×22.1m。

2地质、水文情况

2#泵站所在地貌为冲海积平原与沿海滩涂地貌，泵站场地岩土层的分布自上而下分述如下：素填土厚6.9m、中砂厚11.6m、粉质粘土厚4.3m、全风化花岗岩厚2.7m、砂土状强风化花岗岩厚2.6m、中风化花岗岩厚5.25m。场地地下水位受季节影响，勘察期间测得地下水初见水位埋深为2.5~5.80m，混合稳定水位埋深为2.5~6.1m。根据当地水文观察资料显示，外海最高潮位为3.74m，最低潮位为-3.37m，场区常水位标高为1.90m，常水位绝对标高高出砂层顶标高1.20m。基坑断面示意图如图1。

3施工条件及重难点分析

（1）因2#泵站基坑处于海滨地带，基坑地下常水位较高、高出中砂顶面标高1.20m，砂层厚度为11.6m，砂层层厚占据整个开挖基坑开挖深度59.5%，砂层渗透系数大，富含地下水，开挖过程中抽水量大，以及抽水过程中容易使围护结构内的土体塌陷，分层开挖难度大。（2）因2#泵站基坑离海岸线近，最小距离仅为10m，基坑在开挖过程中围护结构一旦出现局部承压漏水，漏水同时带出砂子，且受潮汐影响大，容易使漏水上部出现地面塌陷，因此，如何选择更好的止水效果、安全性高的围护结构将是本基坑支护方案考虑的重点。

4咬合桩成孔工艺选择

综合考虑到基坑平面尺寸大、开挖深、离海距离小、地下水位高、砂层厚等特点，基坑围护结构采用止水效果好、安全性高的咬合桩方案，而咬合桩成孔工艺有旋挖钻机成孔、全回转全套管成孔、双动力头钻机成孔等多种方法［1］。在保证基坑支护自身安全、稳定的情况下，从工期、适用范围、施工成本等角度分析，选择合适的咬合桩成孔工艺。通过以上对比分析，本项目中咬合桩采用双动力头钻机成孔较为合适，因其钻进速度快，施工成本适中，在砂层钻进中也能保证成孔质量；而旋挖钻机虽然造价低，但在砂层中成孔质量差，垂直度也无法保证；全回转全套管成孔虽适用于各种地质复杂的地层，满足本项目砂层地质条件，但相比双动力头钻机成孔，其施工工期较长、造价高。

5双动力头咬合桩施工技术

咬合桩采用钢筋混凝土桩（B桩）与素混凝土桩（A桩）间隔布置形成咬合［2］，钻孔机具采用双动力头套管钻机。A、B桩咬合时间控制、垂直度控制以及外套筒转动钻进过程遇到困难时的处理方法等为双动力头成孔咬合桩施工技术关键。

5.1桩体咬合时间控制

钻机就位前需注意导墙施工质量，如导墙位置的放样、夯实导墙基底、模板的选择、混凝土的养护以及养护期间严禁堆载及车辆通行等。在双动力头施工过程中，A、B桩的钻进时间间隔控制尤为重要，素混凝土桩（A桩）采用超缓凝混凝土，要求初凝时间60h以上，终凝时间72h以下，3d强度不超过于3MPa，5d强度小于等于10MPa，28d强度应满足设计要求［3］。本项目第一序桩（A桩）施工48h左右进行第二序桩（B桩）施工，基坑整个开挖过程中发现，仅有局部位置出现渗漏，可见二序桩的混凝土在该段时间间隔施工能够形成一个密闭、牢固的围护结构，止水帷幕效果较好，当然，咬合质量的好坏除了控制A、B桩的咬合时间间隔外，还需控制套筒垂直度、孔径、孔型、钢筋笼安装质量、水下混凝土灌注质量等，在基坑转角位置尽量布置钢筋混凝土桩（B桩），确保素桩（A桩）在外套筒旋转过程中能对称咬合不是桩体破坏。咬合桩（A、B桩）施工顺序示意如图2。

5.2桩体钻孔作业控制

导墙强度满足要求后，钻机移至导墙边缘，为防止导墙破坏需在导墙外侧铺设钢板，钻机外套筒与导墙孔位中心对齐，在钻孔作业前需要调整钻杆的垂直度。钻机定位后，外套筒可以采用钻进过程接管或一次焊接完成后一次装入驱动钻头中，采用过程接管时，在外套管钻至离地面一定高度后，分离外套筒后用卷杨机吊起套筒接长节段，与钻入地下的套筒对接完成后进行焊接，满足要求后继续钻进施工。在外套管钻进过程中，如果遇到孤石、卵石等坚硬岩石或黏度层导致外套筒扭矩增大从而钻进困难时，可用不拔出外套筒的情况下采用带旋挖钻头（潜孔锤）或短螺旋钻头的钻机配合使用，或采用双动力头钻机本身内外驱动反向旋转循环钻进，但后者对黏土导致的钻进困难时比较有效。在钻进至设计深度过程中均需不断调整钻杆的垂直度，垂直度采用安装在机内操控台中InterControl系统实时监控，如若出现轻微偏斜现象，可通过钻机上的仪表调整。

5.3基坑过程监测

2#泵站基坑监测的项目有坡顶水平位移监测、坡顶沉降监测、周边地表监测、水位监测、桩体深层水平位移、支撑应力监测，监测点设置分别为：沉降和位移监测点设置于基坑各边两端及中部，共计8个；深层土体位移监测位设置于基坑四边中间及短边端部，共设置5点；基坑的每层支撑布设5个测点，共计20个，设在各层最长的4道斜撑以及基坑中部的1根对撑的端头；地表监测点设置基坑各边中部，监测剖面应与坑边垂直，每个监测剖面上的监测点数量至少5个，距坑边距离依次为1m、3m、6m、10m、15m；水位监测点布置在支护桩外侧2m处，基坑各边中部各布置一个监测点，共计4个。基坑最后一道支撑拆除前各项监测结果如下表所示。由上表可见，各项监测数据均在警戒值以内，采用双动力头成孔咬合桩方案能够确保基坑的安全与稳定。

6遇到问题原因分析及解决措施

（1）外套管旋转上升过程，混凝土面出现下沉，深度达2.5~3.5m，如J20桩。原因分析：1）、套管所占体积及套管与孔壁之间的间隙；2）螺旋钻头钻进过程中出现塌孔，套管上升后形成空洞；3）遇流沙层，拔管时出现扩孔。解决的措施：1）重新插入导管进行补足混凝土；2）在双动力头钻机钻进流沙层时，套管钻进应比螺旋钻头钻进凸前，避免螺旋钻头凸前钻孔坍塌。（2）双动力头咬合桩施工过程中外套筒接缝处出现裂缝，如J62、J96桩。原因分析：1）焊接质量不佳；2）外动力头驱动套管在旋转、钻进过程中，与地层中砂、坚石等不断摩擦，使得套管接缝位置磨损严重，出现裂缝。解决措施：1）提高接头焊缝质量；2）、经常对接头焊缝进行检查，在磨损严重位置进行补焊；3）、将套管两端进行周期性调换使用，延长套管接缝处的磨损周期。（3）基坑开挖过程中，咬合桩桩间出现渗水、承压漏水，基坑平面转角地面位置局部沉降，如J158桩。原因分析：1）咬合桩A、B桩的施工时间间隔未控制好、桩体垂直度、水下混凝土浇筑质量等施工工艺控制不到位，导致止水帷幕效果不好；2）混凝土的和易性差；3）基坑转角位置为素咬合桩，咬合时不对称咬合，导致出现混凝土块薄层，形成薄弱面漏水，砂层流失，局部出现沉降。解决的措施：1）若出现渗水，应先处理渗水处的杂质并找准渗水点，在渗水位置凿除松散的边角料，清除后采用堵漏宝进行封堵，堵漏宝：水=1kg：1L比例进行拌和；2）若出现承压漏水时，优先采用土工布堵漏防止砂流失。3）在基坑转角位置设置成钢筋混凝土桩，使得素桩尽量对称咬合，避免形成混凝土薄弱面。本基坑离海岸线近，受海水潮汐影响大，堵漏宜选择退潮后进行。

7结束语

（1）双动力头成孔工艺施工咬合桩有效的利用了外套筒正反旋转和内旋转杆相结合，在黏层、流砂等地层钻机过程中利用内外驱动反向旋转循环钻进，能够有效解决外套筒扭矩增大问题。（2）在遇到孤石、卵石等地层钻进过程中，如需要采用带旋挖钻头（潜孔锤）或短螺旋钻头的钻机配合使用时，双动力头钻机可使外套筒留在孔内护臂，特别适用于砂层较厚地层中。（3）双动力头成孔工艺在砂层较厚的滨海地带施工，具有钻进速度快、成孔质量高、垂直度易控制、造价低等特点，优势明显。

参考文献

［1］李坤，黄敏，苗家利.某矿砼井塔工程钻孔灌注桩旋挖钻机成孔与循环钻机成孔的比较［J］.科技信息，2010（16）：721-722.

［2］易垚.拱形咬合桩在桥梁深基坑围护结构中的应用［J］.北方交通，2019（7）：27-32.

［3］刘人太，等.一种新型动水注浆材料的试验与应用研究［J］.岩石力学与工程学报，2011（7）.1454-1459.

作者：吴卫开 单位：福建第一公路工程集团有限公司