钻孔咬合桩施工中常见故障处理技术【摘 要】 天津地铁3号线华苑主体围护结构全部采用钻孔咬合桩,最大桩长深达32.8m,为国内首创。由于钻孔咬合桩施工技术还不十分完善,如何处理施工中常见的故障,成为广大施工技术人员普遍关注的问题。文中介绍了钻孔咬合桩的基本原理,并结合咬合桩的施工实际,分析总结了常见故障的处理方法,为钻孔咬合桩施工提供了新的思路。 【关键词】 钻孔咬合桩; 超缓凝混凝土; 管涌1工程概况 天津地铁3号线华苑站位于迎水道与桂苑路交口处,站北侧为规划中的天大天财科技园和麦迪逊商贸广场,西侧为鑫茂民营科技园,南侧为日华里居住区。华苑站为地下岛式车站,二柱三跨钢筋混凝土框架结构,全长200m,标准段基坑净宽20.54m,深17.9m,地下市政管线错综复杂,有电力、雨水、污水、煤气等共14条管线穿越基坑。地下稳定水位埋深约为2.9m。本基坑地层分布有第四系全新统人工填土层,第Ⅰ陆相层、第Ⅰ海相层、第Ⅱ陆相层及第Ⅲ陆相层。岩性主要为粘性土、粉土及粉砂。各土层的性质、层序、厚度及力学性质见下表。
主体结构深基坑开挖采用钻孔咬合桩作为围护结构,桩径为1000mm,相邻两桩咬合量为250mm,桩长为26.8m～32.8m,共有693根桩。咬合桩分为A桩和B桩,A桩为C15超缓凝水下素混凝土桩,B桩为C30水下钢筋混凝土桩。2钻孔咬合桩工艺原理 钻孔咬合桩采用全套管钻机钻孔施工,在桩与桩之间形成相互咬合排列的基坑围护结构。桩的排列方式为A桩和B桩间隔布置,施工时先施工A桩后施工B桩,并要求A桩的超缓凝混凝土初凝之前必须完成B桩的施工。B桩施工时采用全套管钻机切割掉相邻A桩相交部分的素混凝土,从而实现咬合。 钻孔咬合桩有支护、承重和止水三重功能。钻孔咬合桩施工第一步是在桩顶上部施作混凝导墙,目的是为了提高钻孔咬合桩孔口的定位精度并提高就位效率。导墙设计为每侧宽50cm,厚30cm,强度等级为C20素混凝土。以B桩为例,单桩的施工工艺流程如:平整场地→测量桩位→施工混凝土导墙→套管钻机就位对中→吊装安放第一节套管→测控垂直度→压入第一节套管→校对垂直度→抓斗取土,跟管钻进→测量孔深→清除虚土,检查孔底→A桩吊放钢筋笼→放入混凝土灌注导管→灌注混凝土逐次拔套→测定混凝土面→桩机移位。A型单桩施工工艺与B型桩基本相同,只是没有吊放钢筋笼这一工序。桩墙即排桩的施工工艺流程如图1。
3 施工中常见故障的处理方法3.1 桩孔偏斜 (1)发现钢套管有倾斜趋势时,立即通过反复摇动、微量扭、挪套管支座等方法将套管倾斜消除在初始状态。 (2)如垂直度偏斜超过3‰,无法靠桩机本身调整时,采取向孔内填砂,向上拔出套管,重新校正精度和成孔。 (3)无法利用套管钻机重新成孔时,在待处理桩位的两侧注浆,形成隔渗帷幕拦截地下水。3.2 克服“管涌”的措施 发生管涌有两种情况:随着钻孔深度增加和套管的摇动,淤泥质粘土和砾质粘土在饱和压力水作用下,软化呈流塑状,引起管涌;在B桩成孔过程中,由于A桩混凝土尚未凝固,还处于流动状态,A桩混凝土有可能从A、B桩相交处涌入B桩孔内,也可能发生管涌(见图2)。
克服“管涌”有以下几个方法: (1)在成孔过程中缓冲轻抓,减小对孔底土层的扰动。 (2)A桩混凝土的坍落度应尽量小一些,以便于降低混凝土的流动性。 (3)加长桩机套管,套管底口始终保持超前于开挖面一定距离,孔内留足一定厚度的反压土层,形成“瓶颈”达到瓶塞效果,阻止混凝土流动。如果钻机能力许可,这个距离越大越好,但至少不应小于1.0m。 (4)如果遇地下障碍物套管无法超前时,可向套管内注入一定量的水,使其保持一定的反压力来平衡A桩混凝土的压力,以阻止“管涌”的发生。 (5)B桩成孔过程中应注意观察相邻两侧A桩混凝土顶面,如发现A桩混凝土下陷,则应立即停止B桩开挖,并一边将套管尽量下压,一边向B桩内填土或注水,直到完全制止住“管涌”为止。3.3 遇地下障碍物的处理 钻孔咬合桩A桩超缓凝土要受到时间的限制,遇到地下障碍物处理起来比较困难,因此它一般适用于软土地层的地质环境中,而不宜在岩层中施工。施工前必须对地质情况十分清楚,对一些比较小的障碍物,如卵石层,体积小的孤石等,可以先抽干套管内积水,然后再吊放作业人员下去将其清除。当需进行桩端嵌岩时,可采用十字冲锤进行冲击钻进至设计标高处。3.4分段施工接头的处理方法 本基坑主体围护结构全部采用钻孔咬合桩,为保证工程进度,现场配备4台液压摇动式全套管桩机(简称全套管钻机),为处理好施工段的接头,实现咬合桩的三重功效,在施工段的端头设置一个砂桩(成孔后用砂灌满),后施工段施工时挖出砂灌注混凝土即可,如图3所示。
3.5 事故桩的处理 在钻孔咬合桩施工过程中,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,造成钻孔咬合桩的施工未能按正常要求进行而形成事故桩,处理办法有以下3种: (1)平移桩位单侧咬合:B桩成孔施工时,其一侧A1桩的混凝土已经凝固,使套管钻机不能按正常要求切割咬合A1、A2桩,处理方法是向A2桩方向平移B桩位,使套管钻机单侧切割A2桩施工B桩,并在A1桩和B桩外侧另增加一根旋喷桩作为防水处理,如图4所示。
(2)背桩补强:B1桩成孔施工时,其两侧A1、A2混凝土均已凝固,处理方法是放弃B桩的施工,调整桩序继续后面咬合桩的施工,以后在B1桩外侧增加3根咬合桩及两根旋喷桩作为补强防水处理,并在基坑开挖过程中将A1和A2桩之间的夹土清除,喷上混凝土即可,如图5所示。
(3)预留咬合锲口。在B1桩成孔施工中发现A1桩混凝土已有早凝倾向但还未完全凝固时,此时为避免继续按正常顺序施工造成事故桩,可及时在A1桩右侧施工一砂桩以预留出咬合锲口,待调整完成后再继续后面桩的施工,如图6所示。
4 结束语 (1)本工程地质条件、工程环境复杂,整个基坑处于软土地区中,且地下水丰富,水位较高,采用咬合桩有较强的针对性,加快了施工进度,保证了施工质量,效果明显。 (2)采用全套管钻机成孔,无须排放泥浆,施工现场文明;无缩孔、断桩等常见的钻孔灌注混凝土桩的通病。 (3)咬合桩的关键工序为全套管成孔和成桩的垂直度控制以及混凝土超缓凝技术。出现故障时,采用上述处理方法,能快速、有效地处理施工过程出现的常见事故,加快了施工进度,保证了施工质量,为钻孔咬合桩施工提供了新的思路,对同类工程施工有参考和借鉴价值。
