陳用偉 劉俊

摘?要：鉆孔咬合樁多用于軟土地層，采用全套管鉆機軟切割法施工，但在上軟下硬的復(fù)合地層中，全套管法成孔困難，無法保證樁體的垂直度，以致于咬合效果達不到設(shè)計要求。為了解決此類工程問題，依托杭州地鐵3號線一期工程工業(yè)大學(xué)站基坑工程，研究了鉆孔咬合樁在上軟下硬復(fù)合地層中的適應(yīng)性及應(yīng)用情況，并與其他圍護方式在可實施性、安全性、經(jīng)濟性、施工效率等方面進行了綜合比較。研究結(jié)果表明，在復(fù)合地層中采用旋挖鉆機硬切割法施工咬合樁，成孔效率高，樁體垂直度高，止水效果好，能產(chǎn)生更好的工期效益、社會效益和經(jīng)濟效益。并且鉆孔咬合樁能夠很好地適應(yīng)復(fù)合地層，經(jīng)濟性好，施工效率高，解決了復(fù)合地層中鉆孔咬合樁的施工工藝和設(shè)備選型問題。研究過程及結(jié)果可為復(fù)合地層中的基坑工程施工提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：地下工程;鉆孔咬合樁;復(fù)合地層;施工工藝;旋挖鉆機硬切割法

中圖分類號：U231.3?文獻標識碼：A

doi： 10.7535/hbgykj.2020yx04006[HJ1*2]

文章編號：1008-1534（2020）04-0246-07

Abstract：The bored interlocking pile is mostly used in soft soil， employing soft cutting method with full casing drilling?machine?. However， there are difficulties for composite strata in the process of hole forming by using full casing drilling technology， which can not guarantee the verticality of the pile in upper-soft and lower-hard soil horizon， so that the occlusion can not meet the design requirements. In order to solve this kind of engineering problems， the study of the adaptability and application of bored interlocking pile in upper-soft and lower-hard soil horizon was carried on in this paper based on the excavation engineering of ZJUT station in Hangzhou Metro Line 3 phase one， and the comparison between bored interlocking pile and other supporting methods in feasibility， safety， economy and efficiency were investigated. The research shows that rotary drilling rig hard cutting method in composite strata has created better efficiency of time limit of project， social benefits and economic benefits due to the high hole completion efficiency， high pile verticality and good water sealing effect. And the bored interlocking pile can adapt to the composite strata well， with good economy and high construction efficiency， which solves the problem of the selection of construction technology and equipment. The research process and results can provide reference for the construction of foundation pit in composite strata.

Keywords：underground engineering; bored interlocking pile; composite strata; construction technology; rotary drilling rig hard cutting method

鉆孔咬合樁兼具支護與止水雙重作用，是現(xiàn)代基坑工程中常用的一種圍護結(jié)構(gòu)，與其他支護方式相比，具有一定的優(yōu)勢。鉆孔咬合樁圍護結(jié)構(gòu)是指樁身密排且相鄰樁樁身咬合形成的具有防滲作用的連續(xù)擋土支護結(jié)構(gòu)，既可全部采用鋼筋混凝土樁，也可采用素混凝土樁與鋼筋混凝土樁相間布置方式，使之形成具有良好止水防滲作用的整體連續(xù)排樁式支護結(jié)構(gòu)[1-4]。目前國內(nèi)對咬合樁的研究主要集中在全套管法上[5-8]，先施工素混凝土樁，再施工鋼筋混凝土樁。前樁使用超緩凝混凝土，要求在該樁混凝土初凝前完成后樁的施工。在后樁施工中，用套管樁機切掉與前樁相接觸部分的混凝土，以確保咬合效果[9-12]。

一般情況下，鉆孔咬合樁多用于軟土地層，而在上軟下硬的復(fù)合地層中，全套管法成孔困難，無法保證樁體的垂直度，以致于咬合效果達不到設(shè)計要求。筆者依托杭州地鐵3號線一期工程工業(yè)大學(xué)站，對復(fù)合地層條件下咬合樁的圍護方案、施工工藝、成樁質(zhì)量控制等進行探索。

1?工程概況

1.1?施工環(huán)境

杭州地鐵3號線一期工程工業(yè)大學(xué)站位于西湖區(qū)留和路與縱六路丁字路口，沿留和路布置。車站總平面圖見圖1。

車站北側(cè)為浙江工業(yè)大學(xué)，臨近護校河，南側(cè)為浙江外國語學(xué)院。車站為地下二層分離式雙島側(cè)式車站，標準段為雙柱三跨箱形框架結(jié)構(gòu)。車站總長473.5 m，標準段寬31.5 m，總建筑面積35 993 m2，共設(shè)置6個出入口，12個疏散口，4組風(fēng)亭。

1.2?工程地質(zhì)

根據(jù)地勘報告，自上而下地層為1）雜填土：松散-中密，主要由碎塊石、角礫、混凝土塊及黏性土組成，層厚為0.30～3.70 m。2）素填土：松散-稍密，主要由黏性土及角礫組成，層厚為0.40～3.00 m。

3）淤?泥質(zhì)填土：主要為軟塑狀黏性土，力學(xué)性質(zhì)差，層厚為0.50～1.20 m。4）粉質(zhì)黏土：硬可塑黏土，中等壓縮性，層厚為0.50～4.40 m。5）含礫粉質(zhì)黏土：硬可塑，主要為砂巖或凝灰?guī)r，層厚為0.50～3.80 m。6）碎石夾黏性土：碎石含量約為52%，黏性土含量為10%～30%，母巖成份主要為堅硬狀砂巖或凝灰?guī)r，所夾黏性土呈硬可塑狀，層厚為1.40～8.10 m，如圖2所示。7）中風(fēng)化泥巖上段：巖體破碎，局部巖芯遇水易軟化。巖芯采取率為55%～80%，RQD為20%。其飽和單軸抗壓強度平均值為4.61 MPa，屬極軟巖，層厚為3.80～19.00 m。8）強風(fēng)化鈣質(zhì)泥巖：節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈碎塊狀狀，層厚為0.30～4.0 m。9）中風(fēng)化鈣質(zhì)泥巖：巖芯呈長柱狀、短柱狀，部分塊狀，巖質(zhì)較硬，巖芯采取率為75%～90%，RQD為60%～80%。飽和單軸抗壓強度平均值為16.60 MPa，最大揭露層厚為?19.20 m?。如圖3所示。地層物理力學(xué)指標如表1所示，地層基坑參數(shù)如表2所示。

車站覆土3 m，車站自上而下主要位于第四系地層和下部基巖層?；孜挥谥酗L(fēng)化鈣質(zhì)泥巖，部分位于中風(fēng)化鈣質(zhì)泥巖上段。圍護結(jié)構(gòu)嵌固深度取3.5 m，最大入巖（中風(fēng)化鈣質(zhì)泥巖）深度約12 m。車站地質(zhì)縱剖面圖如圖4所示。

1.3?水文地質(zhì)

1）地表水：護校河距離主體結(jié)構(gòu)邊線為20.00～25.00 m，水深為0.50～1.90 m，水位隨季節(jié)變化。

2）地下水：場地地下水類型主要分為孔隙潛水和基巖裂隙水2大類?？紫稘撍饕x存于表層填土和淺部粉質(zhì)黏土、碎石夾黏性土中，由大氣降水徑流補給，排泄主要通過蒸發(fā)形式?？紫稘撍怪绷飨虿幻黠@，水平流速較小?；鶐r裂隙水補給來源主要為碎石夾黏性土層承壓水，水量較小、徑流緩慢。地下水位為地面下0.5 m。

2?圍護方案比選研究

2.1?圍護方案比選

工業(yè)大學(xué)站主體基坑標準段深度約為17 m，根據(jù)基坑深度，可選用地下連續(xù)墻、鉆孔灌注樁+止水帷幕、鉆孔咬合樁3種圍護方式，其優(yōu)缺點如表3-表5所示。

通過比較，3種圍護方案在地質(zhì)條件、防水效果上都是適用的。在工程造價上，因下部中風(fēng)化鈣質(zhì)泥巖成槽需要使用銑槽機，因此連續(xù)墻方案造價明顯高于另兩種且連續(xù)墻施工速度較慢[9]。鉆孔咬合樁和鉆孔灌注樁造價相差不大，但咬合樁的防水效果較好，考慮基坑北側(cè)臨近浙江工業(yè)大學(xué)護校河，碎石夾黏性土滲透系數(shù)較大，綜合考慮采用鉆孔咬合樁圍護結(jié)構(gòu)，典型橫剖面如圖5所示。

因素混凝土樁長為10 m，穿過碎石夾黏性土層，只發(fā)揮止水帷幕作用，沒有嵌固深度，圍護結(jié)構(gòu)計算時不考慮素混凝土樁的作用。采用理正深基坑軟件分析計算結(jié)果如圖6-圖8所示。

通過計算，采用800 mm厚地下連續(xù)墻和?D1 000@1 200 mm?鉆孔灌注樁時，圍護結(jié)構(gòu)位移和彎矩均比較小，富余量較大，經(jīng)濟性較差。本基坑采用D1 000@700 mm的鉆孔咬合樁，基坑的受力與變形滿足規(guī)范要求，且比地下連續(xù)墻和鉆孔灌注樁更經(jīng)濟。

2.2?鉆孔樁施工工藝比選

目前，鉆孔咬合樁施工常用全套管鉆機（搓管機）軟切割和旋挖鉆機硬切割2種工藝，其優(yōu)缺點對比如表6所示[3]。

在上軟下硬的復(fù)合地層中，由于下部地層強度較大，全套管鉆機扭矩較小，下管困難，無法保證成樁的垂直度，同時施工效率較低，止水效果較差。通過綜合分析后選用旋挖鉆機硬切割工藝，施工采用旋挖鉆機成孔，液壓振動錘插拔鋼護筒，該施工工藝保證了成樁的垂直度，提升了施工效率具有較好的止水效果。

3?鉆孔咬合樁施工控制

3.1?成孔質(zhì)量控制

1）碎石夾黏性土處理措施?場地內(nèi)存在厚度為1.4～8.1 m的碎石夾黏性土層，根據(jù)鄰近車站鉆孔灌注樁的施工經(jīng)驗，該地層在旋挖鉆機成孔過程中易塌孔，咬合樁施工采用10 m長鋼護筒護壁，鋼護筒底部位于碎石夾黏土與強風(fēng)化泥巖交接處。

2）垂直度控制?為確保咬合樁底部有足夠的咬合量，在成孔過程中要控制好鋼護筒和樁的垂直度。

使用液壓振動錘將鋼護筒夾起吊至樁位，使護筒中心與樁位對齊后緩緩將護筒振動壓入土體，在護筒壓入過程中不間斷使用鉛錘對護筒垂直度進行監(jiān)測，若出現(xiàn)偏差及時校正。垂直度保證在3‰以內(nèi)方可滿足相關(guān)規(guī)范及規(guī)程的要求[10-11]。在成孔過程中對護筒垂直度進行全程監(jiān)控，以便及時發(fā)現(xiàn)和糾正偏差，確保垂直度偏差在規(guī)定范圍以內(nèi)。

3.2?液壓振動錘插拔護筒控制

液壓振動錘配合旋挖鉆機施工咬合樁工藝具有護筒插拔快、工序銜接緊密的特點，在上軟下硬地層中施工，要做好以下幾點：1）液壓振動錘在下壓過程中應(yīng)監(jiān)控護筒的垂直度，垂直度出現(xiàn)偏差時應(yīng)及時進行矯正。2）液壓振動錘在夾運護筒時應(yīng)有防墜落措施，以防液壓失效造成護筒掉落發(fā)生傷人事故。3）混凝土灌注完成前應(yīng)將護筒拔至一定高度（根據(jù)護筒長度所占混凝土量確定）灌滿后再使用振動錘將護筒完全拔出[12-14]。

4?應(yīng)用實踐

4.1?施工機械與工序研究

工業(yè)大學(xué)站鉆孔咬合樁施工采用旋挖鉆機成孔，液壓振動錘插拔鋼護筒。樁的排列方式為一個A樁（素混凝土樁）和一個B樁（鋼筋混凝土樁）間隔布置，采用隔樁跳打的樁序施工[15-16]。鋼筋混凝土樁采用水下C35混凝土，素樁采用水下C25混凝土，每組樁數(shù)應(yīng)根據(jù)混凝土終凝時間、地質(zhì)情況及設(shè)備功率來確定，確保在A樁終凝前完成B樁的施工，在A樁施工完成后應(yīng)及時下壓鋼護筒以打壓切割A(yù)樁混凝土，避免等待時間過長難以下壓，咬合樁施工順序如圖9所示。

4.2?現(xiàn)場實施情況

工業(yè)大學(xué)站主體基坑咬合樁于2019年10月施工完成，目前基坑已經(jīng)開挖至底部。樁體垂直度在2.2‰左右，滿足規(guī)范要求。對坑內(nèi)及圍護樁體之間地下水進行監(jiān)測，僅部分樁身及樁體間有濕漬，未發(fā)現(xiàn)股狀和線狀水從樁體之間流出。從基坑開挖到底板完成，基坑最大變形17 mm，完全滿足設(shè)計要求。實施完成后可以看出鉆孔咬合樁成樁質(zhì)量良好，止水效果良好，達到設(shè)計預(yù)期效果。

4.3?工期分析

工業(yè)大學(xué)站主體基坑咬合樁共計1 747根，其中鋼筋混凝土樁874根，素混凝土樁873根。液壓振動錘配合旋挖鉆機施工，完成1個鋼筋混凝土樁成孔需4 h，完成1個素混凝土樁成孔需1 h，2臺旋挖鉆機每天可施工6根左右鋼筋混凝土樁，總工期約5個月。與采用全套管鉆機的類似工程比較，節(jié)約至少2個月工期，提升效率40%左右。

4.4?效益分析

1）社會效益?旋挖鉆機硬咬合法施工速度快，效率高，噪音低、振動小、無泥漿作業(yè)、成樁質(zhì)量高、防滲性能好、施工安全有保障、文明施工程度高、能很好地滿足環(huán)保要求，真正做到了“高效、環(huán)保、安全”的施工理念。

2）經(jīng)濟效益?旋挖鉆機硬咬合法地層適應(yīng)性廣，樁體垂直度高，外型標準，防滲能力強，無需泥漿護壁，擴孔系數(shù)小，配筋率低，施工速度快，造價低，比地下連續(xù)墻造價低40%，具有良好的經(jīng)濟效益。

5?討?論

鉆孔咬合樁是由相鄰樁互相咬合排列的一種圍護結(jié)構(gòu)，與其他圍護結(jié)構(gòu)綜合比較，在上軟下硬的復(fù)合地層中，咬合樁在受力、防水、地層適應(yīng)性、經(jīng)濟性等方面具有一定的優(yōu)勢。

1）受力?上軟下硬復(fù)合地層中，采用地下連續(xù)墻和鉆孔灌注樁時，圍護結(jié)構(gòu)位移和彎矩均比較小，富余量較大，經(jīng)濟性較差。采用鉆孔咬合樁時，樁體受力合理。

2）防水?與鉆孔灌注樁相比，咬合樁不需要另外設(shè)置止水帷幕，止水可靠性更高。

3）地層適應(yīng)性?鉆孔咬合樁、地下連續(xù)墻、鉆孔灌注樁均適用于多種地層，地下連續(xù)墻在地層強度較高的情況下成槽成本較高。

4）經(jīng)濟性?在復(fù)合地層中，地下連續(xù)墻成槽成本較高，鉆孔咬合樁和鉆孔灌注樁成本相當。

鉆孔咬合樁解決了采用地下連續(xù)墻圍護型式帶來的成槽困難、施工成本高等問題，解決了采用分離式鉆孔灌注樁止水效果差的問題。通過對地層特性分析選擇采用旋挖鉆機硬切割法施工咬合樁，能產(chǎn)生更好的工期效益、社會效益和經(jīng)濟效益。

6?結(jié)?語

筆者以杭州地鐵3號線為例研究了鉆孔咬合樁在上軟下硬復(fù)合地層中的適應(yīng)性及應(yīng)用情況，得出以下結(jié)論：

1）與地下連續(xù)墻、鉆孔灌注樁相比，咬合樁受力更合理;

2）咬合樁和鉆孔灌注樁工程造價相當，但咬合樁止水效果優(yōu)于鉆孔灌注樁，工程造價比地下連續(xù)墻低約40%;

3）在上軟下硬地層中鉆孔咬合樁施工的控制要點包括成孔質(zhì)量控制、液壓振動錘插拔護筒控制;

4）在復(fù)合地層中采用旋挖鉆機硬切割法施工咬合樁，成孔效率高，樁體垂直度高，止水效果好，能產(chǎn)生很好的工期效益;

5）施工過程中噪音低、振動小、無泥漿作業(yè)、施工安全有保障、文明施工程度高、能很好地滿足環(huán)保要求，能產(chǎn)生很好的社會效益;

6）咬合樁擴孔系數(shù)小，配筋率低，施工速度快，造價低，能產(chǎn)生很好的經(jīng)濟效益。研究過程及結(jié)果可為復(fù)合地層中的基坑工程的施工提供借鑒與參考。

本文在咬合樁圍護計算時，對素混凝土樁僅考慮其止水作用，實際上素混凝土樁也能夠分擔一定的水土壓力荷載，但其分擔的比例有待進一步深入研究。研究素混凝土樁分擔荷載的比例，使設(shè)計更加經(jīng)濟合理是以后進一步研究的方向。

參考文獻/References：

[1]刁偉軼.鉆孔咬合樁受力變形規(guī)律及在地鐵車站設(shè)計施工中的應(yīng)用研究[D].上海：同濟大學(xué)，2006.

DIAO Weiyi.Research on the Principle and Design of Borehole Cast-in-place Pile and the Construction in Deep Excavation Next to Metro Station[D].Shanghai：Tongji University，2006.

[2]王旭東，鄭明軍.改進旋挖鉆機成孔咬合樁在含水卵石層和飽和砂巖地層中的應(yīng)用[J].建筑機械，2019（4）：40-42.

WANG Xudong，ZHENG Mingjun. Application of improve rotary drilling machine hole-form bite pile in water-bearing pebble stratum and saturated sandstone stratum[J].Construction Machinery，2019（4）：40-42.

[3]徐朝銳.旋挖硬切割法咬合樁防護工程的創(chuàng)新與應(yīng)用[J].工程技術(shù)與應(yīng)用，2019，4（19）：47.

[4]羅積勝.地鐵車站咬合樁圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計計算方法及其應(yīng)用研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2007.

LUO Jisheng. Study on the Calculation Design of Method and the Application of Secant Pile Wall in the Support Structure of Metro Station[D]. Chengdu： Southwest Jiaotong University，2007.

[5]羅曉生，趙斌，竇玉東，等.復(fù)雜環(huán)境下咬合樁成孔技術(shù)研究[J].施工技術(shù)，2017，46（sup2）：210-212.

LUO Xiaosheng， ZHAO Bin， DOU Yudong， et al. Research on pore-formcng technology of the secant pile in complex environment[J].Construction Technology， 2017，46（sup2）：210-212.

[6]何少鋒，李丙明，黃文欽，等.咬合樁發(fā)展綜述[J].福建建材，2015（7）：12-14.

[7]王慶學(xué).硬切削咬合樁施工工藝研究[J].中國煤炭地質(zhì)，2017，29（12）：68-71.

WANG Qingxue. Study on hard cutting secant pile construction technology [J]. Coal Geology of China，2017，29（12）：68-71.

[8]劉雙武.硬質(zhì)巖傾填石地層及嵌巖咬合樁施工關(guān)鍵技術(shù)研究[J].價值工程，2019，38（30）：163-165.

LIU Shuangwu. Research on key technology of hard rock tilting stone stratum and rock-socketed bite pile construction [J]. Value Engineering，2019，38（30）：163-165.

[9]隋忠慶，于占雙.鉆孔咬合樁施工工藝的探討[J].鐵道工程學(xué)報，2005（6）：70-76.

SUI Zhongqing，YU Zhanshuang. Exploration on the construction technology of drill biting pile[J]. Journal of Railway Engineering Society，2005（6）：70-76.

[10]薛戰(zhàn)龍.全套管搓管機在城市地鐵車站樁基施工中的應(yīng)用分析[J].價值工程，2018，37（31）：144-145.

XUE Zhanlong. Application of full casing pipe rubbing machine in pile foundation construction of urban subway station [J]. Value Engineering，2013，37（31）：144-145.

[11]喻祥發(fā)，陳振明，孫朋，等.咬合式排樁施工技術(shù)應(yīng)用與對比[J].施工技術(shù)，2019，48（7）：29-33.

YU Xiangfa， CHEN Zhenming， SUN Peng， et al. Application and comparison of secant row pile construction technology [J].Construction Technology，2019，48（7）：29-33.

[12]呂成煒.全套管鉆孔咬合樁在深基坑支護的應(yīng)用探討[J].安徽建筑，2019，26（12）：141-142.

[13]張濱，張力華，王宏波，等.強透水性地層基坑鉆孔咬合樁止水工藝[J].水運工程，2019（sup1）：125-128.

ZHANG Bin， ZHANG Lihua， WANG Hongbo， et al. Water-stopping technology of bored occluded pile in foundation pit in strong permeable stratum[J]. Port and Waterway Engineering， 2019（sup1）：125-128.

[14]劉國躍.鉆孔咬合樁施工要點和關(guān)鍵技術(shù)控制[J].山西建筑，2018，44（24）：48-49.

LIU Guoyue. On construction of bored secant piles and key technical control[J]. Shanxi Architecture， 2018，44（24）：48-49.

[15]王衛(wèi)勇，郭效東.鉆孔咬合樁施工技術(shù)的應(yīng)用與經(jīng)濟分析[J].居業(yè)，2018（4）：88-89.

[16]鄭邦友，劉曉麗，王承科，等.強風(fēng)化板巖地基明挖地鐵車站鉆孔咬合樁圍護結(jié)構(gòu)滲漏治理技術(shù)[J].施工技術(shù)，2019，47（3）：93-95.

ZHENG Bangyou， LIU Xiaoli， WANG Chengke， et al. Leakage control technology of drilling bitten pile enclosure structure in strong weathered slate foundation subway station[J].Construction Technology， 2019，47（3）：93-95.