咬合桩施工技术演示教学
咬合桩施工技术
3-2-4 咬合桩施工技术
1 前言
1.1 咬合桩工艺原理
咬合桩是一种新型围护结构型式，广泛用于地铁车站等地下工程深基坑施工。国内最早用于深圳地铁工程，后陆续在南京地铁、上海地铁等工程以及一些城市高层建筑深基坑中使用。咬合桩的工艺原理是利用机械成孔，第二序次施工的桩在已有的第一序次施工的两桩间进行切割，使先后施工的桩与桩之间相互咬合，利用混凝土超缓（超过60小时）技术，使得先后成桩的混凝土凝结形成一个整体，形成能够共同受力、致密的排桩墙体结构，因此咬合桩也称为连续桩墙。
1.2 工艺特点
为便于桩间的咬合施工，咬合桩一般设计为素混凝土桩与钢筋混凝土桩间隔布置，素混凝土桩一般不设置钢筋笼，个别的素混凝土桩采用方形钢筋笼。施工时先施工两侧的素混凝土桩，然后施工钢筋混凝土桩。钢筋混凝土桩在素混凝土桩的超缓混凝土初凝前完成施工，实现桩与桩之间的咬合。
咬合桩采用全套管钻机施工，利用全套管钻机摇动装置的摇动，使钢质套管与土层间的摩阻力大大减少，边摇动边将套管压入，同时利用落锤式冲抓斗在钢套管中挖掘取土或砂石，直至钢套管下沉至设计深度，成孔后灌注混凝土，同时逐步将钢套管拔出，以便重复使用。全套管钻孔法施工机械化程度高，成孔速度快；无噪音、无震动，对地层及周边环境影响小；钻孔过程中不使用泥浆护壁，施工现场洁净；成桩垂直度容易控制，可以控制到3‰的垂直度；钻孔采用全套管跟进，能适应复杂多变的各类地层，能有效地防止流砂、塌孔、缩径、扩径、露筋、断桩等事故，成桩质量高；桩与桩之间咬合效果好，防水效果好。
1.3 适应范围
咬合桩适用于软弱地层、含水砂层的地下工程深基坑围护结构，尤其是饱和富水软土地层深基坑围护结构。
2工艺流程及操作要点
2.1 工艺流程图
咬合桩施工工工艺流程见图2-1。
2.2 单桩施工工艺流程
咬合桩单桩施工工工艺流程见图2-2
图 2-1 咬合桩施工流程图
图2-2 单桩施工工艺流程图
2.2.1施工准备
（1）场地平整
施工前应对施工场地进行平整，在填平的原地面上碾压夯实，遇有软弱地面进行换填处理。清除施工范围内地下障碍物，同时探明是否有地下管线。作好排水系统，防止积水。
（2）混凝土的配比试验
为了使钢筋混凝土桩的成孔顺利完成，素桩混凝土要加入高效缓凝型减水剂，控制第一序桩混凝土在浇注后60小时才初凝，在素桩混凝土处于初凝前施工钢筋混凝土桩并浇注混凝土，消除对素桩混凝土的损害。根据咬合桩施工顺序的安排，素桩混凝土的配合比设计按60小时初凝时间控制。2.2.2 施工测量
根据设计图纸设计提供的坐标外放10cm （避免咬合桩在基坑开挖时在外侧土压力作用下向内位移和变形而造成基坑结构净空尺寸不符合设计要求）计算咬合桩中心线坐标，采用全站仪根据地面控制点进行实地放样并做好护桩，作为导向墙施工的控制中线。
2.2.3 导向墙施工
为保证咬合桩桩孔定位精度，并满足套管钻机基座地面承载力要求，需在地面桩项上部施工钢筋混凝土导向墙。导向墙顶面应平整，以确保套管钻机基座水平，从而确保套管、成孔的垂直度。导向预留定位孔，定位孔直径比套管直径扩大2～3cm 。为满足施工需要，导向墙宽度应大于套管钻机作业宽度，厚度不小于40cm 。待导向墙有足够强度后拆除模板，重新定位放样咬合桩中位位置，将点位测设到导向墙顶面上，
作为套管钻机定位控制点，见图3。 2.2.4 钻机就位
待导向墙达到设计强度后，移动套管钻机，使套管钻机抱管器中心对应定位在导向墙孔位中心，精确度应控制在5mm 以内。通过调整基脚同时观测机身自带水平仪，以达到机身水平，确保套管能垂直下压。 2.2.5 取土成孔
在套管钻机就位后，吊装第一节套管，校正套管垂直度后，将第一节套管压入土中，然后用抓斗在套管内取土。一边抓土、一边继续压入套管。第一节套管全部压入土中后（地面以上保留
孔位中心
平面图
正面图
图 3 导向墙示意图
1.2m ～1.5m 便于接管），检测套管垂直度，然后连接第二节套管继续下压抓斗取土，随着套管的下压不断连接套管，直至钻到设计孔底标高。
抓斗取土时应根据不同土层采用不同的挖掘方式。
（1）软土地层作业（标贯值小于5）
对于软弱土层（标贯值小于5），应使套管超前下沉，可超出孔内开挖面1.0～1.5m ，使落锤抓斗仅在套管内挖掘取土，这样可以很好的控制孔壁质量及开挖方向。如图4所示。
（2） 普通土层作业（标贯值6-12）
对于一般土层，开挖时应使套管超前下沉0.3m 左右，这是全套管钻机最标准的开挖的方法。如图5所示。
（3）坚实砂地层作业
对于坚实砂地层，由于在这种地层中套管的下沉是非常困难的，应使用落锤抓斗超前下挖0.2～0.3m ，尤其是对于地下水位以下的的坚实砂层。 如图6所示。
（4）碎石地层作业
对于碎石地层，由于地层中存在碎石，应使用落锤抓斗超前下挖0.3～0.5m ，否则套管下压过程中可能出现套管倾斜，不易控制套管的垂直度。如图6所示。
（5） 坚硬土层作业
对于坚硬土层，应先利用“十字冲击锤”将硬土层击碎，再利用落锤抓斗将土块孔外。此时也采用落锤抓斗超前下挖的方法，而且超挖深度相对较大，但不宜超过十字锤本身的高度，否则会影响孔壁质量。如图7
图4 在软土地层中的挖掘方法图5 在一般土地层中的挖掘方法
（6）钻孔开挖中的操作注意事项
1）一般情况下，开挖过程中途不允许间断，必须连续开挖。如果由于某一不可避免的原因必须中断开挖时，应继续摇动套管，防止套管外侧土壤因重塑固结而将套管夹紧，给后续施工带来困难。
2）如地下水位以下有超厚的细砂层，特别是层厚超过5m时，应慎重考虑能否采用全套管钻机施工。
3）如地下有承压水的存在时，在承压水段开挖时不能超挖，特别是在承压水又处于砂层中更应特别注意，否则可能出现孔底涌砂现象。
4）用锤式抓斗挖掘套管内土层时，必须在套管上加上喇叭口，以保护套管接头的完好，防止撞坏。
5）套管起吊时，应使用专用工具吊装，避免损坏套管螺纹。
2.2.6 混凝土灌注
钻孔咬合桩混凝土采用导管法水下灌注施工。
钻孔至设计标高后，清孔后经检查合格下放浇注混凝土导管（钢筋混凝土桩吊装钢筋笼后下浇注导管），首次灌注的混凝土要保证埋管深度大于1.0m，首次灌注的混凝土数量根据桩径、导管直径进行计算，根据计算数量选用料斗，料斗中储备的混凝土数量不得小于计算数量。
导管中设置隔水滑阀，防止孔内泥渣进入桩身体混凝土中，影响桩基混凝土质量。当料斗内的混凝土储量满足后首批混凝土数量时，可剪栓进行混凝土灌注。混凝土应连续灌注，其质量达到水下灌注混凝土的规范要求。灌注过程中，设有专人测量孔内混凝土面的高度，严格控制导管和套管的埋深在2～4m范围内，随着混凝土灌注数量的增加，慢慢同步提拔套管和导管，每次提拔套管和导管的高度不宜过大，约
50cm即可。当套管和导管被提拔到一定高度后时（约7.5m）时，可拆除导管和套管，加快拆管速度，减少拆管时间。继续灌注混凝土，重复以上步骤，直到灌注高度达到设计要求，并认真记录灌注原始资料。准确计量超灌高度，桩顶大约超灌60～80cm即可。灌注完成后，钻机撤离桩位，清洗保养，继续就位开钻下一孔。
混凝土灌注过程应注意以下事项：
(1) 采用双钩起重机进行拆除套管和导管的作业，用大钩吊住套管，小钩吊住导管，上拔套管，确认钢筋笼未上拱后，拆除一节套管。
(2) 上拔套管需左右摇动，以便混凝土流入套管所占空间。
(3) 套管分开后，下节套管头用卡环保险以防套管下滑。根据测量混凝土面高度决定拆除导管长度。拆完导管后吊机一并将套管、导管移开，继续灌注混凝土，进行下一个工作循环。
(4) 灌注钢筋桩时防止钢筋笼上浮，导管提升要平稳，避免钩挂钢筋笼。
(5) 灌注素桩混凝土时，每车混凝土均取一组试件，监测其缓凝时间及坍落度情况，直到该素桩两侧钢筋桩施工完成。
2.3 排桩施工工艺
咬合桩施工原则是先施工被切割的素混凝土桩，即先施工素混凝土桩A桩，然后紧跟施工钢筋混凝土桩B桩，其施工流程为A1→A2→B1→A3→B2……，如图所示。
砂A1B1B2
B3A4B4
A2A3
A：素混凝土桩B：钢筋混凝土桩
图8 排桩施工工艺流程图
为了处理好施工段的接头，在各施工段的端头设置一根砂桩，成孔后用砂灌满，后施工段施工时挖出砂灌注混凝土即可，保证各施工段相互咬合。
3 关键施工技术
3.1 桩位控制
(1) 施工导向墙时，用全站仪精确测设排桩中心线，作为导向墙施工控制中线；导向墙完成后，重新定位排桩位置，将点位测设在导向墙顶面上，作为套管钻机定位控制点。钻机就位后使套管钻机抱管器中心对应定位在导向墙孔位中心，
(2) 严格控制孔口定位误差，保证咬合桩底部有足够的厚度的咬合量。孔口定位误差可按下表进行控制。
表3-1 孔口定位误差允许值（mm）
3.2 单桩垂直度控制
根据我国《地下铁道工程施工及验收规范》(GB50299—1999)及设计要求，桩身垂直度偏差不大于3‰。
(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，套管顺直度偏差控制在1‰～2‰。检测方法为：在地面上测放出两条相互平行的直线，将套管置于两条直线之间，然后用线锥和直尺进行检测。
(2) 成孔过程中桩的垂直度监测和检查
地面监测：在地面选择两个相互垂直的方向，采用经纬仪全过程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至终进行，不能中断。
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“线锥”进行孔内垂直度检查。不合格时应进行纠偏，直至合格才能进行下一节套管施工。
（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，纠偏的常用方法有以下3种。
1）利用钻机油缸进行纠偏
如果偏差不大或套管入土不深(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。
2）素混凝土桩纠偏
如果素桩在入土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。
3）钢筋混凝土桩纠偏
钢筋桩的纠偏方法与素桩基本相同，其不同之处是不能向套管内填土，而应填入与素桩相同的混凝土。否则有可能在桩间留下土夹层，影响排桩的防水效果。
3.3 超缓混凝土缓凝时间控制
素桩混凝土缓凝时间是影响钢筋桩咬合的关键，素桩混凝土缓凝时间应根据单桩成桩时间来确定，单桩成桩时间与施工现场地质条件、桩长、桩径和钻机能力等因素相关。正式施工前应至少做1组试桩（2根素桩、1根钢筋桩）在测定单桩施工时间t。素桩混凝土缓凝时间可以根据以下方法确定。根据咬合桩施工工艺，素桩初凝时间为：
T=3t＋k
式中：T—素桩混凝土的缓凝时间；
T—单桩成桩时间；
K—预留时间，一般取24h。
超缓凝混凝土缓凝时间根据上式计算，但不得小于60小时。
3.4 浮笼控制
由于套管内壁与钢筋笼外缘之间的空隙较小，在混凝土灌注过程中上拔套管时，钢筋笼有可能被套管带着一起上浮。预防措施主要有：
(1) 适当调整桩基钢筋笼的主筋净保护层，一般不小于8cm，保证套管内壁与钢筋笼外表之间的距离不小于混凝土中粗骨料最大料径的两倍。
(2) 仔细检查制成的钢筋笼尺寸，钢筋笼搭接时不应有弯曲的现象。
(3) 钢筋笼制成后，在其底部焊上十字型钢筋，将预制混凝土板放置于交叉的底部上，由导管灌注的砼积压在预制板上作为坠重压载。
(4) 随时检查套管尺寸，灌注混凝土后，用水彻底清洗套管内部。
(5) 重复地夹持和松开套管夹紧装置，使套管摇晃使其向同一方向转动1～2次，以消除摩擦阻力。灌注混凝土前，使套管来回摆动并上下移动，以检查钢筋笼是否与套管卡在一起。
(6) 混凝土灌注必须按操作规程进行，混凝土坍落度、和易性必须达到设计规范要求。