鑽孔咬合樁在基坑圍護結構施工中的應用
      1、前言 
　　天津目前正在進行大規模地鐵建設，其中在市區部分地段采用了明挖法[1].由於城市中心地帶建築物、jiaotongsheshichoumi，guditiegongchengdejikengkaiwazhinengzaizhihujiegoubaohuxiajinxingchuizhikaiwa。muqianditieshenjikengweihujiegouyibancaiyongdexingshiyouzuankongguanzhuzhuangjiashuinijiaobanzhuangfuhejiegou
，dixialianxuqiangjiegouheSMW工法[23].xiangduishangshuweihujiegou，zuankongyaohezhuangzaitianjinjiaoshaoyouyingyong。gaifangfazaiguowaijiguoneibufendiqu，yijubeichengshudeshigongjingyanyugongfa
，youhenduochenggongdegongchengshili。qishiyongyuyanhaidiquruanruodiceng、含水砂層地質情況下的地下工程深基坑圍護結構的施工。它采用的是鋼筋混凝土樁與素混凝土樁切割咬合成排樁的型式，其圍護和止水效果很好，工程造價比地下連續牆和人工挖孔樁要低20%～30%左右。為此，在天津地鐵西南角車站深基坑工程中引入了鑽孔咬合樁工法。

 
　　2
、工程概況 
　　天津地鐵1號線既有線改、擴建工程西南角站
，位於四馬路、南開三馬路與黃河道


、南馬路交口處，呈南北走向。本車站將既有結構全部拆除，按照新的建築平麵重新構築新結構。改建段結構全長244.349m。 
　　（1）工程地質與水文地質改建段區間位於第四係全新統人工填土層（Qml）、新近沉積層（Q43Nsi）、第Ⅰ陸相層（Q43a1）
、第Ⅰ海相層（Q24m）中，岩性以雜填土、粉質粘土、粉土為主，土質鬆軟，多呈可塑～流塑狀，屬中～高壓縮性土。場地地下水類型為孔隙潛水，儲存於第四係粘性土、粉土及砂類土中，地下水埋深0.8～4m，水位變幅1～2m。 
　　（2）設計情況 
　　該(gai)車(che)站(zhan)主(zhu)體(ti)為(wei)地(di)下(xia)一(yi)層(ceng)多(duo)跨(kua)矩(ju)形(xing)框(kuang)架(jia)結(jie)構(gou)
，采(cai)用(yong)明(ming)挖(wa)順(shun)作(zuo)法(fa)施(shi)工(gong)。原(yuan)設(she)計(ji)方(fang)案(an)基(ji)坑(keng)圍(wei)護(hu)結(jie)構(gou)采(cai)用(yong)鑽(zuan)孔(kong)灌(guan)注(zhu)樁(zhuang)加(jia)水(shui)泥(ni)攪(jiao)拌(ban)樁(zhuang)止(zhi)水(shui)帷(wei)幕(mu)，坑(keng)內(nei)設(she)鋼(gang)支(zhi)撐(cheng)係(xi)統(tong)。但(dan)由(you)於(yu)本(ben)工(gong)程(cheng)基(ji)坑(keng)開(kai)挖(wa)較(jiao)深(shen)，達(da)到(dao)了(le)10m
，且其中一段基坑與一棟高層建築――金禧大酒店距離僅6m，而且由於開挖處雜填土中埋有原地鐵修建時拋棄的建築垃圾，有很多如鋼筋、廢木料、模板等各種雜填物，情況非常複雜
，經現場試驗後發現一般鑽孔灌注樁成樁較困難
；此外
，本段地下水埋藏較淺且豐富
，樁孔易發生坍塌變形。鑽孔咬合樁由於采用了全鋼套管護壁，能有效地防止孔內流砂
、湧砂現象的產生，並且通過現場實時監測其成孔精度即可得到有效控製

，其“一葷（指鋼筋混凝土樁）”、“一素（指素凝土樁）”相互咬合排列，擋土和止水效果極佳
，經濟性好。最後經多方麵因素綜合考慮，本工程決定采用咬合樁這一新型圍護結構型式。 
　　3、鑽孔咬合樁施工技術 
　　（1）工藝原理鑽孔咬合樁的排列方式為一根素混凝土樁（A樁）與一根鋼筋混凝土樁（B樁）間隔布置。A樁采用緩凝型混凝土，B樁采用普通混凝土
，先施工A樁
，後施工B樁。天津地鐵西南角站鑽孔咬合樁采用的是全護筒衝弧法，即在兩側A樁成樁後利用護筒鑽機的下壓切割能力，在切割掉A樁部分混凝土的同時使B樁成樁。最後效果是使B樁嵌入兩側A樁一部分，形狀類似於相互咬合

，故形象的稱為咬合樁。 
　　（2）工藝流程 
　　a、導牆施工為了保證鑽孔咬合樁孔口定位的精度並提高樁體就位效率
，應在咬合樁成樁前首先在樁頂部兩側施作混凝土導牆或鋼筋混凝土導牆。 
　　b、單根咬合樁施工工藝流程 
　　（1）護筒鑽機就位　當定位導牆有足夠的強度後，用吊車移動鑽機就位
，並使主機抱管器中心對應定位於導牆孔位中心； 
　　（2）單樁成孔　其步驟為隨著第1節護筒的壓入（深度為1.5～2.5m）

，衝弧鬥隨著從護筒內取土，一邊抓土一邊繼續下壓護筒，待第1節全部壓入後（一般地麵上留1～2m
，以便於接筒）檢測垂直度
，合格後，接第2節護筒
，如此循環至壓到設計樁底標高
； 
　　（3）吊放鋼筋籠　對於B樁
，成孔檢查合格後進行安放鋼筋籠工作，此時應保證鋼筋籠標高正確
； 


　　（4）灌注混凝土　如孔內有水
，需采用水下混凝土灌注法施工；如孔內無水


，則采用幹孔灌注法施工並注意振搗； 
　　（5）拔筒成樁　一邊澆注混凝土一邊拔護筒，應注意保持護筒底低於混凝土麵≥2.5m.3.2.3排樁施工工藝流程流程：A1→A2→B1→A3→B2→A4→B3……

， 
　　3.3控製措施 
　　（1）成孔精度控製 
　　為控製咬合樁的成孔精度達到《地下鐵道工程施工及驗收規範》[4]要求，采用成孔精度全過程控製的措施。本工程采用的是在成樁機具上懸掛兩個線柱控製南北、東西向護筒外壁垂直度並用兩台測斜儀進行孔內垂直度檢查。發現有偏差時及時進行糾偏調整。 
　　（2）A樁混凝土緩凝時間的確定 
　　在測定出單樁成樁所需時間t後
，可根據下式計算A樁混凝土緩凝時間TT=3t+K其中
，K為儲備時間，一般取1.5t。 
　　3.4施工問題與解決方案（1）防止管湧措施　在B樁成孔過程中，由於A樁混凝土未完全凝固，還處於流動狀態，因此其有可能從A
、B樁相交處湧入B樁孔內，形成“管湧”。克服措施有： 
　　①控製A樁坍落度<14cm； 
　　②護筒應超前孔底至少15m； 
　　③實時觀察A樁混凝土頂麵是否下陷，若發現下陷應立即停止B樁開挖，並一邊將護筒盡量下壓，一邊向B樁內填土或注水（平衡A樁混凝土壓力），直至製止住“管湧”為止。 
　　（2）遇地下障礙物處理方法　由於咬合樁采用的是鋼護筒，所以可吊放作業人員下孔內清除障礙物。 
　　（3）克服鋼筋籠上浮方法　在向上拔出護筒時，有可能帶起放好的鋼筋籠。預防措施可選擇減小B樁混凝土骨料粒徑或者可在鋼筋籠底部焊上一塊比其自身略小的薄鋼板以增加其抗浮能力。 
　　4、工程實踐效果與分析 
　　在(zai)對(dui)各(ge)種(zhong)圍(wei)護(hu)結(jie)構(gou)型(xing)式(shi)比(bi)選(xuan)後(hou)，最(zui)終(zhong)在(zai)天(tian)津(jin)西(xi)南(nan)角(jiao)地(di)鐵(tie)車(che)站(zhan)基(ji)坑(keng)工(gong)程(cheng)中(zhong)選(xuan)擇(ze)了(le)鑽(zuan)孔(kong)咬(yao)合(he)樁(zhuang)這(zhe)一(yi)新(xin)工(gong)法(fa)。施(shi)工(gong)中(zhong)，在(zai)靠(kao)近(jin)金(jin)禧(xi)大(da)酒(jiu)店(dian)一(yi)側(ce)的(de)基(ji)坑(keng)采(cai)用(yong)φ1200咬合樁
，其餘基坑段采用φ1000咬合樁
，樁間咬合200mm，樁長為19.2m.由you於yu咬yao合he樁zhuang這zhe一yi圍wei護hu型xing式shi首shou次ci在zai天tian津jin地di鐵tie工gong程cheng中zhong使shi用yong，而er且qie基ji坑keng工gong程cheng又you是shi整zheng個ge項xiang目mu的de重zhong要yao工gong程cheng
，因yin此ci非fei常chang有you必bi要yao在zai基ji坑keng開kai挖wa過guo程cheng中zhong跟gen蹤zong施shi工gong進jin程cheng
，對dui樁zhuang體ti側ce移yi、坑周地麵沉陷和地層位移

、附近建築物、地下管網等變形及受力情況進行監測[5]

，用yong取qu得de的de監jian測ce數shu據ju，與yu預yu測ce值zhi或huo計ji算suan值zhi相xiang比bi較jiao並bing進jin行xing分fen析xi，能neng可ke靠kao的de反fan映ying工gong程cheng施shi工gong所suo造zao成cheng的de影ying響xiang，能neng較jiao準zhun確que地di以yi量liang的de形xing式shi反fan映ying這zhe種zhong影ying響xiang的de程cheng度du，也ye可ke以yi對dui咬yao合he樁zhuang的de適shi用yong性xing進jin行xing客ke觀guan、準確的評價。 
　　監測設備包括：高精度水準儀，經緯儀和測斜儀。根據施工設計，在基坑開挖和主體結構施工期間，主要進行了變位、沉降、咬合樁變位和地下管線位移監測，監測對象及相應使用的儀器 
　　數據分析 
　　從2003年8月初開始監測，到2004年2月(yue)底(di)結(jie)束(shu)
，前(qian)後(hou)共(gong)計(ji)七(qi)個(ge)月(yue)的(de)時(shi)間(jian)。在(zai)基(ji)坑(keng)開(kai)挖(wa)期(qi)間(jian)，工(gong)程(cheng)中(zhong)沒(mei)有(you)出(chu)現(xian)險(xian)情(qing)和(he)事(shi)故(gu)
，咬(yao)合(he)樁(zhuang)防(fang)滲(shen)效(xiao)果(guo)很(hen)好(hao)

，各(ge)項(xiang)監(jian)測(ce)數(shu)據(ju)也(ye)比(bi)較(jiao)平(ping)穩(wen)，現(xian)對(dui)下(xia)麵(mian)幾(ji)個(ge)監(jian)測(ce)內(nei)容(rong)得(de)到(dao)的(de)監(jian)測(ce)數(shu)據(ju)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)說(shuo)明(ming)。 


　　由you監jian測ce數shu據ju結jie果guo所suo繪hui出chu的de樁zhuang體ti側ce向xiang變bian形xing曲qu線xian圖tu可ke以yi看kan出chu，咬yao合he樁zhuang圍wei護hu結jie構gou樁zhuang體ti的de最zui大da側ce向xiang變bian形xing一yi般ban均jun發fa生sheng在zai基ji坑keng開kai挖wa麵mian以yi上shang靠kao近jin坑keng底di的de部bu位wei[6].比較186號樁與52號樁的側移曲線，可明顯看到52號樁的樁頂水平位移和樁體最大側移均比186號樁要大很多。分析其原因
，在圖3中可以看出，186號樁位於一號線靠近金禧大酒店一側的基坑邊，由前述其樁徑為1200mm
，而52號樁樁徑為1000mm.由於圍護樁的樁徑增大，所以其抗彎剛度勢必會相應提高
，在基坑內支撐型式相同的情況下，則樁身各部側向變形量相應的會變小。52號樁樁頂最大側移達到了8.5mm

，遠大於186號樁的2mm.分析原因是由於基坑開挖時第1道dao支zhi撐cheng加jia撐cheng不bu及ji時shi，導dao致zhi開kai挖wa後hou樁zhuang體ti懸xuan臂bi狀zhuang態tai暴bao露lu時shi間jian過guo長chang所suo致zhi。綜zong合he這zhe兩liang個ge樁zhuang體ti位wei置zhi與yu其qi他ta測ce點dian樁zhuang體ti側ce移yi數shu據ju來lai看kan
，絕jue大da部bu分fen樁zhuang體ti變bian形xing值zhi均jun滿man足zu要yao求qiu，最zui大da變bian形xing值zhi11.9mm，小於設計要求的灌注樁
、地連牆等圍護結構水平側移限值14mm.圖6為基坑外地麵沉降隨時間變化曲線。測量從基坑開挖時開始，第1個觀測點（52-1）位於52號咬合樁樁頭
，第2個測點（52-2）與第一個測點相距5m，第3個測點（52-3）與第2個測點相距10m 
　　在開始測量時地麵已經存在微小的沉降。由於場地地下水位埋深較淺（0.8～4m）

，為了防止基坑開挖時坑內外水位差較大而引起的流砂
、guanyongdengshentoupohuaixianxiang，bengongchengcaiqudeshijikengwaijingdianjiangshuicuoshi。suoyikeyirending，chushideweixiaodimianchenjiangshiyouyujikengkaiwaqiankengwaijiangshuiyinqide。dibiaochenjianghuisuizheshigongguochengshijiandezengdaerjiada，zuidachenjiangfashengzai52-2測點處，其次是樁頭測點52-3，而距離基坑最遠的52-1點沉降值已非常小了
，說明此位置處地麵沉降受基坑開挖影響已很小。 
　　為一號線基坑開挖需重點保護的周圍高層建築物金禧大酒店的沉降隨時間變化曲線。 
　　jianzhuwuzaikengwaijiangshuishijiyouyidingdechenjiang

，danchenjiangzhihenxiao。erchuxianchenjiangzuikuaideshihou，zhengshijikengcongkaiwazhikaiwadaodizheduanshijiannei。erhou，zhexiecediansuiranjixuxiachen，danxiachendesulvmingxianbianhuan，zuidachenjiangzhijinwei3.5mm.綜合基坑周圍其他幾幢建築物的沉降值及地下管線的變形情況來看，最大沉降量在15mm以內，完全滿足了規範[7]限定對主基坑周圍建築物和管線的沉降限值20mm的要求。 


　　鑽孔咬合樁新工藝的評價分析 
　　從cong天tian津jin地di鐵tie一yi號hao線xian西xi南nan角jiao站zhan基ji坑keng工gong程cheng采cai用yong鑽zuan孔kong咬yao合he樁zhuang這zhe一yi新xin型xing圍wei護hu結jie構gou型xing式shi的de實shi際ji施shi工gong過guo程cheng和he效xiao果guo看kan出chu，鑽zuan孔kong咬yao合he樁zhuang相xiang比bi較jiao其qi他ta幾ji種zhong常chang用yong的de圍wei護hu型xing式shi有you其qi自zi身shen很hen大da的de優you勢shi： 
　　（1）咬合樁采用的是全護筒衝弧法，能夠克服不良地質條件下灌注樁成樁困難的問題
； 
　　（2）咬合樁采用鋼護筒
，不像灌注樁用的是泥漿護壁，可以大大減小泥漿四溢對周圍環境的影響； 
　　（3）咬合樁垂直度比灌注樁好，不會塌孔，下挖過程中如遇到土體內有雜物影響時可以直接下去作業人員對雜物進行清理
； 
　　（4）從經濟角度

，咬合樁比地鐵隧道基坑常用的地下連續牆結構要省20%～30%的經費，經濟性好。 
　　同tong時shi在zai本ben次ci工gong程cheng的de施shi工gong過guo程cheng中zhong也ye總zong結jie出chu了le一yi些xie鑽zuan孔kong咬yao合he樁zhuang施shi工gong的de改gai進jin方fang法fa
，如ru咬yao合he樁zhuang導dao牆qiang若ruo采cai用yong預yu製zhi結jie構gou而er代dai替ti現xian澆jiao結jie構gou，不bu僅jin可ke以yi更geng加jia方fang便bian施shi工gong，而er且qie經jing濟ji性xing更geng好hao等deng等deng。 
　　5
、結論 
　　（1）在zai本ben文wen所suo涉she及ji的de工gong程cheng地di質zhi條tiao件jian複fu雜za的de情qing況kuang下xia進jin行xing地di鐵tie隧sui道dao施shi工gong，基ji坑keng開kai挖wa圍wei護hu結jie構gou采cai用yong鑽zuan孔kong咬yao合he樁zhuang這zhe種zhong新xin的de圍wei護hu結jie構gou型xing式shi，達da到dao了le預yu期qi的de目mu的de
； 
　　（2）在zai基ji坑keng工gong程cheng中zhong，隻zhi要yao圍wei護hu結jie構gou的de擋dang土tu和he止zhi水shui效xiao果guo好hao，並bing及ji時shi架jia設she支zhi撐cheng，基ji坑keng開kai挖wa時shi對dui周zhou圍wei環huan境jing不bu會hui造zao成cheng太tai大da的de影ying響xiang
，完wan全quan可ke以yi保bao證zheng緊jin鄰lin高gao層ceng建jian築zhu物wu的de沉chen降jiang變bian形xing滿man足zu要yao求qiu； 
　　（3）基坑外地表沉降會隨著施工過程時間的增長而加大，通過對本工程後續觀測的結果來看
，後期的沉降將持續半年左右才逐漸趨於穩定
； 
　　（4）鑽(zuan)孔(kong)咬(yao)合(he)樁(zhuang)圍(wei)護(hu)結(jie)構(gou)型(xing)式(shi)，當(dang)條(tiao)件(jian)適(shi)當(dang)時(shi)，可(ke)應(ying)用(yong)在(zai)城(cheng)市(shi)地(di)鐵(tie)施(shi)工(gong)中(zhong)


，一(yi)定(ding)會(hui)取(qu)得(de)可(ke)觀(guan)的(de)社(she)會(hui)效(xiao)益(yi)和(he)經(jing)濟(ji)效(xiao)益(yi)
，將(jiang)會(hui)有(you)廣(guang)闊(kuo)的(de)應(ying)用(yong)前(qian)景(jing)。