钻孔咬合桩

7钻孔咬合桩

7.1一般规定

7.2设计计算

7.2.1嵌固深度计算

7.2.2结构计算

7.2.3构造等计算

7.3施工前期准备

7.4施工要求

7.4.1螺旋钻机成孔

7.4.2泥浆护壁成孔

7.4.3钢筋笼加工与吊装

7.4.4混凝土灌注

7.5质量控制

7.5.1导墙施工

7.5.2钻机就位及取土成孔

7.5.3安放钢筋笼

7.5.4灌注混凝土

7.5.5分段施工接头的处理

钻孔咬合桩最早在深圳地铁工程中得到应用，并先后在在北京、上海、杭州、南京等地地铁工程均得到成功应用，犹在杭州地铁一号线中应用较多，其中典型场地条件主要由粉土、粉砂、粘质粉土夹淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土等为主，设计钻孔咬合桩桩径1000mm，上海地铁工程中也有采用1270mm桩径的；桩长普遍在20m以上。经验表明钻孔咬合桩具有以下优点：采用全套钻机 ,在施工过程中 ,始终有超前钢套管护壁 ,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,取出的土为原土,有利于工地的文明施工；其次扩孔(充盈)系数较小 ,在施工过程中始终有钢套管护壁,完全避免了孔壁坍塌 ,从而减小了扩孔(充盈)系数,节约了混凝土灌注量。就钻孔咬合桩在苏州地铁一号线使用来看，还只是试探性的，相对于非常成熟的现浇混凝土地下连续墙和SMW工法桩，钻孔咬合桩的再用只占了很小的比例，只有个别地铁基坑围护结构全部采用钻孔咬合桩，而多数地铁车站基坑围护只是在部分工程要求相对较低的位段采用，因为本身钻孔咬合桩是一种相对较新的桩型。而据以往的施工经验，钻孔咬合桩外型标准、防渗能力强、无需泥浆护壁、扩孔(充盈)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，技术经济性较好。就以往工程应用地质条件来看，钻孔咬合桩可以也值得在苏州地铁中推广使用。

7.1一般规定

7.1.1钻孔咬合桩采用旋挖钻机施工，其配置数量及所需技术性能根据苏州地区地铁深基坑工程的具体要求选定。

7.1.2钻孔咬合桩围护结构适用于风化石灰石岩层，砂砾石层及软土底层深基坑围护结构的施工，尤其在饱和富水软土层施工中最能体现其优越性，无需另外增加辅助节水帷幕等防水措施，与其他达到相同工程要求的维护结构形式（如人工挖孔排桩、地下连续墙及泥浆护壁钻孔排桩等）相比造价低。

7.1.3钻孔咬合桩钻头应根据图纸选用，其成孔需要符合下列规定：

1）钻孔就位正确、垂直，允许偏差不应大于本指南的规定；

2）开钻活穿越软硬不均匀土层交界处时，应缓慢钻进并保持钻杆垂直；

3）在松软杂填土活含水量较大的软塑性土层中钻进时，钻杆不得摇晃；

4）钻进中随时清理孔口积土，当发现钻杆跳动、机架摇晃、不进尺等现象时，应停钻检查；

5）钻孔至设计高程后应空钻清渣，提钻后及时加盖。

7.1.4钻孔咬合桩施工应具备下列资料：

1) 苏州地区地质勘察报告；

2) 钻孔咬合桩施工现场的地形、气象和水文资料；

3) 地铁停车站范围内地下管线、构筑物及临近建筑物的资料；

4) 钻孔咬合桩施工组织设计等基础资料。

7.1.5 钻孔咬合桩围护结构的基坑，在土方开挖期间，应对基坑围岩和墙体及其支护系统进行监控量测，并及时反馈信息。

7.2钻孔咬合桩设计计算

7.2.1 根据咬合桩的施工流程，咬合桩的截面型式主要有4种，见图7.2.1所示，要根据苏州地区的地质特点与地铁深基坑围护结构的需要选择合适的截面形式。

图7.2.1 钻孔咬合桩的四种截面形式

7.2.2 咬合桩围护结构的计算原则

1) 对长条形钢筋混凝土框架结构的车站，可沿车站纵向取单位长度按底板支承在弹性地基上的平面框架分析。计算时宜考虑柱和楼板的压缩影响。逆筑法施工时，还应考虑立柱施工误差造成的偏心影响和立柱与外侧围护墙的沉降差。

2) 开挖面以上按弹性支承板或梁计算，以下则按弹性地基板或梁计算。

3) 结构计算宜按照施工工艺要求确定相应的计算工况，开挖阶段围护结构计算时，必须计入墙体的先期位移及支撑的变形。内部结构按回筑施工和使用工况分别计算各阶段内力后，进行最不利内力组合，得内力和变形的包络值。

（一）

（二）

（三）

（四）

4) 结构计算应考虑基坑开挖过程中土方开挖分段、加撑及施加预应力、各工序的时限等因素，合理地确定施工参数。

5) 咬合桩的入土深度与基坑开挖深度、地质条件和刚度有关。应根据支护结构的抗倾覆、抗隆起、抗管涌、整体稳定验算等来确定桩的入土深度。

7.2.3 钻孔咬合桩的计算方法

1) 包络、叠加法:适用于明挖法施工的车站。按施工顺序分工况加荷，逐次求得最不利内力组合。

2) 增量法:适用于逆筑法施工或其他特殊条件下施工的车站。在施工过程中结构体系和荷载随着开挖、支撑、浇筑顶板、中板、底板、回筑立柱及内衬墙在不断地发生变化。先计算由于荷载增量引起的内力，再与前面各工况荷载增量引起的内力叠加。

7.3咬合桩的施工

7.3.1 咬合桩基本施工原理

钻孔咬合桩是用旋挖钻机钻孔，桩与桩之间相互咬合排列的一种基坑围护结构，如图7.3.1所示。桩的排列方式一般设计为一个素混凝土桩或异形钢筋混凝土桩（A桩）和一个钢筋混凝土桩（B 桩）间隔布置。为了减少施工过程中相邻孔间的扰动，一般采用隔4孔为一个单元序列施工工法。即施工时，先施工A1桩，再施工A2桩。紧跟着施工相邻的B桩。A桩用超缓凝型混凝土，要求必须在A桩混凝土凝结之前完成B桩的施工，以便在B桩施工时，利用旋挖钻机切割掉相邻A桩1/4弱直径相交部分的混凝土，实现A桩与B桩的咬合。

图7.3.1 钻孔咬合桩平面示意图

7.3.2 施工工艺

7.3.2.1导孔的施工。旋挖钻机就位以后，先预钻一个深3m左右的导孔，导孔的直径只要能顺利放入套管护筒即可。

7.3.2.2单桩的施工工艺流程

1）导墙施工。为了保证钻孔咬合桩孔口定位的精度并提高桩体就位效率,应在咬合桩成桩前首先在桩顶部两侧施作混凝土导墙或钢筋混凝土导墙。其施工方法可参考地下连续墙施工导墙施工。

2）压入护筒并取土成孔。为保证护筒的垂直度要求，先用旋挖钻机的护筒驱动器驱动第一节套管（每节套管长约7~8m）压入1.5~2.5m，然后用短螺旋钻斗（或土斗等）从套管内取土，一边卸土、一边继续下压护筒没入土中，第一节套管按要求压入土中后，地面以上要留1.2~2.0m，以便于接管，同时检测垂直度，如不合格则进行调整。此后要视桩位的地质情况来决定需要接入钢护筒的节数或长短。

3）垂直度的检测。在用驱动器压护筒时，桩位垂直度的检测一般为抽样检查。（为控制护筒的垂直度，亦可采用测斜仪附贴在套管外壁进行垂直度监测，发现偏差及时检测）4）吊放钢筋笼。对于需要放置钢筋的桩孔，成孔检查合格后进行安放钢筋笼工作。安装钢筋笼时应采取有效措施保证钢筋笼标高的正确。

5）灌注桩芯混凝土。如孔内有水时需采用水下混凝土灌注法施工；如孔内无水时则采用干孔灌注法施工，此时应加强振捣。

6）拔管成桩。一边灌注混凝土一边拔管，此时常用振动锤拔起护筒套管。

7）预置二次灌浆导管。在预置灌浆导管时，在桩的咬合相交部分，还应布置直径为50mm左右的PVC导管（二次灌浆导管），为事后压密注浆提高排桩承载力和防渗效果做事前准备。

8）成桩维护。灌注后的单桩或排桩总会存在缩颈、搭接错位、承载力不足等等缺陷，对其进行事后补救维护是必须的。

单桩成桩工艺流程如图7.3.2所示。

图7.3.2 单桩成桩工艺流程图

7.3.2.3排桩的施工工艺流程

钻孔咬合桩施工总的原则是先施工被切割的A桩，紧跟真施工B桩，其施工工艺流程是：A11→A12→A21→A22→B1→B2→B3…...，如图7.3.3所示：

图7.3.3 排桩的施工工艺流程图

7.4 钢筋笼加工与吊装

7.4.1 钢筋笼绑扎应牢固，其加工除满足设计要求外，尚应符合下列规定：

1) 钢筋笼有条件应该在环形模上制作，以更好控制钢筋笼直径和同一水平面上直径的极差。主筋接头可采用对焊、绑扎、搭接焊或冷挤压、气压焊等连接形式，并符合相应施工技术规定；两头的加强箍与主筋应全部点焊。

2) 导管灌注水下混凝土桩的钢筋笼内径应大于导管连接处外径10m以上；

3) 钢筋笼应按吊装条件确定分段加工长度，并设置钢筋保护层定位装置和焊接吊装耳环；

4) 钢筋笼下端0.5～0.8m范围内主筋应稍向内侧弯曲呈倾斜状；

5) 箍筋间距不得大于300mm，并宜采用螺旋筋；

6) 钢筋笼刚度较差时应补强，吊运中不得变形。

7.4.2 钢筋笼制作允许偏差为：主筋间距±10mm；箍筋间距±20mm；钢筋笼直径±10mm，长度±50mm，钢筋笼安装深度±100mm。

7.4.3 钢筋笼向钻孔内吊装时应符合下列规定：

1) 钢筋笼应吊直扶稳，对准孔位缓慢下沉，不得摇晃碰撞孔壁和强行入孔；

2) 分段吊装时，将下段吊入孔内后，其上端应留1m左右临时固定在孔口处，上下段钢筋笼的主筋对正连接合格后继续下沉；

3) 钢筋笼的安放标高必须保证桩顶的设计标高，允许误差为±100mm。

7.5 混凝土灌注

7.5.1 混凝土必须具有良好的和易性，配合比应经试验确定。细骨料宜采用中、粗砂，粗骨料宜采用粒径不大于40mm卵石或碎石，也不应大于D/6。坍落度：干作业成孔宜为100～210mm，水下灌注宜为160～210mm。（塌落度200±20mm，一小时损失塌落度小于50mm，水下混凝土含砂率一般为40-45%，两小时内的泌水量小于混凝土体积的1.5%）

7.5.2 混凝土灌注前应检查成孔和钢筋笼质量, 检查内容包括孔内虚土和残渣清除，孔深测量，要求孔底虚土厚度小于200mm。混凝土应连续一次灌注完毕，并保证密实度，如需中断中间时间间断不超过45min。

7.5.3 干作业成孔应沿钢筋笼内侧连续灌注混凝土，不得满口倾倒。

7.5.4 逆境护壁成孔应采用水下灌注混凝土。其灌注混凝土导管宜采用直径为200～250mm的多节钢管，管节连接应严密、牢固，使用前应试拼，并进行隔水栓通过试验。

7.5. 5 水下混凝土灌注应符合下列规定：

1)混凝土灌注前应在导管内临近泥浆面位置吊挂隔水栓；

2)导管底端距孔底应保持300～500mm，初次灌入混凝土保证埋管0.8-1.3m；

3) 导管埋入混凝土深度应保持在2～3m，并随提升随拆除。

4) 导管吊放和提升不得挂碰撞钢筋笼。

5）检查每根桩的实际浇注量，混凝土灌注充盈系数不小于1。

7.5.7冬季施工时应采取保温措施。桩顶混凝土强度未达到设计强度的40%时不得受冻。

7.5.8混凝土试件制作，同一配合比每班不得少于一组，泥浆护壁成孔的灌注桩每5根不得少于一组。（每50m3方量须有一组试块，不足50按50立方米计算）

7.5.9提升和拆管监控。随孔内混凝土液面的不断升高，应根据测定的混凝土面标高。及时提升和分段拆卸上端导管。最后拔出导管时，应进行多次上下提升导管，避免桩顶部分混凝土流动性变小造成桩身空洞。

7.6咬合桩的关键施工技术

7.6.1控制钻孔咬合桩桩位

为保证钻孔咬合桩的咬合效果，除应严格控制孔口的定位误差外，还应对其垂直度进行严格控制，根据我国《地下铁道工程施工及验收规范》规定，桩的垂直度误差应小于3‰。成孔过程中要控制好桩的垂直度，必须抓好以下3个环节：

1）套管的垂直度检查和校正。

钻孔咬合桩施工前应在平整地面上进行套管顺直度的检查和校正。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进行整根套管的顺直度检查和校正。单节套管（8m）的顺直度偏差应小于4mm，整根套管（15~25m）的顺直度偏差应小于10mm。

2）成孔过程中的垂直度监测和检查。

①地面监测。用SR系列旋挖钻机时，可自动保证垂直度在3‰范围以内。

②孔内检查。每节套管下压完成后安装下一节套管之前，可视施工过程中桩孔垂直度的变化规律，定期安排一定频次的抽样检查，即停下来用测斜仪进行孔内垂直度检查。

③纠偏。成孔过程中如发现垂直度偏差过大，必须及时纠偏，一般是利用钻机的套管驱动器来进行切削钻进行纠偏即可。纠偏的常用方法有以下三种：

ⅰ利用桩机油缸进行纠偏。如果套管入土不深(5m以下)，可直接利用钻机的两个顶升油缸和两个推拉油缸调节套管的垂直度，即可达到纠偏的目的。

ⅱA桩纠偏：如果A桩在入土5m以下发生较大偏移，可先利用钻机油缸直接纠偏，如达不到要求，可向套管内天砂土或粘土，以便填土一边拔起套管，直至将套管提升到上一次检查合格的地方，然后调制套管，检查垂直度合格后重新下压。

ⅲB桩的纠偏:B桩的纠偏方法与A庄基本相同，期不同之处在于是不能向套管内填砂土或粘土而应填入与A桩相同的混凝土，否则有可能在桩间留下土夹层，从而影响排桩的防水效果。

7.6.2超缓凝混凝土的缓凝时间要求

A桩混凝土缓凝时间应根据钻机施工咬合桩工序要求来确定，单桩成桩时间又与地质条件、桩长、桩径、钻进能力及操作工艺水平等有直接关系。因此，A桩混凝土缓凝时间主要根据以下因素来确定：

1）根据工程的具体情况和所选钻机的类型在现场做成桩试验来测定A、B桩单桩成桩所需时间tA、tB。

2）A桩混凝土的缓凝时间可根据下式计算：

T=k(2tA+ tB) （7.65.2-1）式中，T——A桩混凝土的缓凝时间（初凝时间）：

K——不可预见因素影响系数，k=1.20；

tA、tB——A、B型桩单桩成桩所需时间

7.6.3 克服桩内“混凝土管涌”

在B桩切割两侧A桩成孔过程中，由于A桩混凝土尚未凝固，还处于流塑状态，因此A桩混凝土可能从A、B桩相交处涌入B桩孔内，称为“混凝土管涌”。克服“混凝土管涌”主要采取以下措施：

1）控制A桩混凝土的坍落度，不宜超过14cm。（18cm）

2）套管底口应始终超前于开挖面2.5m以上，如果钻机能力许可，这个距离越大越好。

3）必要时可向套管内注入一定量的水，使其保持一定的反压老平衡A桩混凝土的压力，阻止“混凝土管涌”的发生。

7.6.4预防“浮笼”

由于套管内壁与钢筋笼外缘之间的间隙较小，灌注桩芯混凝土起拔套管的时候，钢筋笼有可能被套管带着仪器上浮形成“浮笼”。一般用振动锤起拔套管时因高频振动的液化减摩效应，“浮笼”现象极少发生。此外，尚可采取如下预防措施：

1）确保灌桩混凝土的易性良好，其粗骨料粒径满足<20mm的要求：

2）钢筋笼的加工尺寸应确保精确，在转运、吊装过程桩采取可靠措施防止钢筋笼扭曲变形：3）在钢筋笼底部加焊一块比钢筋笼略小的薄钢板，增加其抗浮能力，或在钢筋笼底部设置抗浮块，且与钢筋笼链接可靠。

7.6.5分段施工节点连接技术

节点连接一般采用砂桩过渡的方法，即先施工段的端头设置一个砂桩用以在相邻的A桩预留出咬合企口，待后施工段到此节点时在砂桩桩位重新成孔挖出砂并灌上混凝土即可。

7.6.6 钻孔咬合事故桩的处理措施

在钻孔咬合桩施工过程中，有可能因A桩超缓凝混凝土的质量不稳定出现早凝现象或机械设备故障等原因，使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为以下几种情况：1）平移桩位单侧咬合。

B1桩切割咬合施工时，A1桩的混凝土已经凝固，是钻机不能按正常施工条件切割咬合A1、A2桩完成B1桩。在这种情况下，可向A2桩方向平移B1桩桩位，使钻机单侧切割A2桩，以后在A1与B1桩外侧另曾加一根旋喷桩作为过度处理。

2）用后压浆技术，旋喷补强技术等法处理排桩之间的缺陷是十分有效的方法。

3）背桩补强。B1桩成孔施工时，期两侧的A1、A2桩混凝土均已凝固，咋这种情况下，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桩的外侧增加一根咬合桩及两根旋喷桩作为补强、防水处理。

7.7咬合桩施工的质量控制

7.7.1 设置导墙控制定位

设置导墙主要用于控制咬合桩平面位置，同时可预防洞口坍塌和支撑桩机的作用。导墙宽不小于3.5 m，厚不小于30 cm，混凝土强度不低于C20。导墙内侧波浪形模板宜采用定型钢模，要求导墙预留孔垂直度偏差不大于1mm，导墙表面高低差≤2 mm，以便钻机调整垂直度，预留孔中心线与咬合桩纵轴线偏差≤5 mm。

7.7.2 垂直度控制

为了保证钻孔咬合桩底部有足够厚度的咬合量，除对其孔口定位误差严格控制外，还应对其垂直度进行严格的控制，设计规定桩的垂直度标准为5‰，本工程我们的内控标准为3‰。成孔过程中要控制好桩的垂直度，必须抓好以下3个环节的工作。

7.7.2.1 套管的顺直度检查和校正

钻孔咬合桩施工前在平整地面上进行套管顺直度的检查和校正，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进行整根套管(15～25 m)的顺直度偏差检查，偏差宜小于10 mm。

7.7.2.2 成孔过程中桩的垂直度监测和检查

1)地面监测：在地面选择两个相互垂直的方向采用经纬仪或线锤监测地面以上部分的套管的垂直度，发现偏差随时纠正。

2)孔内检查：每节套管压完后安装下一节套管之前，都要停下来用测斜仪或“测环”进行孔内垂直度检查，不合格时需进行纠偏，直至合格才能进行下一节套管施工。

3)终孔检测：在每根桩成完毕，必须进行垂直度检测，选两个相互垂直的方向进行测量。垂直度必须满足设计要求。

7.7.2.3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。

成孔质量控制

7.7.3 B序桩钢筋笼质量控制

钢筋笼的质量控制与钻孔灌注桩基本相同，为保证钢筋在桩身混凝土中的保护层厚度，以及套管拔除时产生抱死现象，钢筋笼主筋上应焊接定位钢筋Ф20，每4 m一道，周圈不少于4根，长

20 cm。

7.7.4 超缓凝混凝土质量控制

超缓凝混凝土的质量直接决定钻孔咬合桩施工的成败。为了使B序桩的成孔顺利完成，A序桩混凝土要加入高效缓凝型减水剂，控制A序桩混凝土在浇注后60 h以上才初凝，在A序桩混凝土处于未初凝状态时施工B序桩套管机钻孔并浇注混凝土，消除对A序桩混凝土的损害。根据钻孔桩顺序的安排，A序柱的混凝土配合比设计按60 h初凝时间控制。

单桩成桩每循环时间约为15 h，则单机成桩3根需用时约45 h，考虑施工中不可预见因素，取1.3的安全系数，则混凝土的合理初凝时间为58.5h。施工中实际要求混凝土的初凝时间为60 h。