基坑支护工程中旋挖软切割法咬合桩的应用

洪明坚

(深圳市工勘岩土集团有限公司　深圳　518063)



基坑支护工程中旋挖软切割法咬合桩的应用

洪明坚

(深圳市工勘岩土集团有限公司深圳518063)

通过对深基坑支护工程中采用旋挖成孔软切割法施工咬合桩工艺的研究，结合工程实例详细介绍了旋挖机的套管驱动系统，软切割法的施工工艺和原理，对其实际施工效果进行评价。实践证明，旋挖成孔硬切软法施工咬合桩工艺是合理可行的，该工艺具有良好的社会和经济效益，施工工效高，成桩质量良好，文明施工良好，适用于多种地层咬合桩成孔施工，具有广阔的应用前景。

咬合桩；旋挖咬合桩；软切割法；全护筒钻进；基坑支护

0　引言

咬合桩是近年来常用的一种新型围护结构，随着我国经济的高速发展和城市建设的需要，被广泛用于深基坑支护工程中[1]。钻孔咬合桩垂直度高，各桩间止水效果好，成孔时可做到无泥浆作业；易于文明施工、控制桩身质量、保证安全，减少对周边环境的影响，具有良好的社会经济效益[2]。

传统的咬合桩采用套管钻机施工，但其有自身的局限性：全套管钻机设备体积大，施工需要有较大场地，工程边界到边桩中心的距离要求较大，在建筑工程中不利于地下空间的充分利用；受到全套管钻机设备扭矩的限制，在坚硬地层中套管难以下压跟进，使得咬合桩在传统施工工艺条件下无法在这类土层中施工[3]。

旋挖成孔作为一种高效的钻进方法，在国内外各个领域都得到了普遍使用[4]。随着基坑支护技术的发展，围护结构对支护桩的桩径、桩身进入坚硬土层的要求越来越多；同时，随着在城市市区中的工程建设对于文明施工的要求越来越高，采用全护筒跟进的旋挖成孔软切割工艺施工咬合桩的工艺成为一种合理可行的选择。这一工艺近年来逐渐成熟，也不断拓宽了咬合桩的适用范围[5]。

本文结合工程实例，对深基坑支护工程中采用旋挖成孔软切割法施工咬合桩工艺进行了详细介绍，并对实际的开挖效果进行了评价。

1　工程概况

拟建项目规划塔楼43层，高度190m，裙房35m，悬挑群房49m，共5层地下室。基坑深度约为21.65m～24.05m之间，基坑周长约508.8m，基坑平面布置详见图1。

工程场地位于深圳市福田区，周边环境复杂。场地北侧为福中三路，隔福中三路为黄埔雅苑二期；东侧为鹏程一路；南侧为广电大厦已建28层一期塔楼，其为两层地下室；西侧为新洲路，对基坑沉降变形要求严格。

2　地质概况

场地内分布的地层为人工填土层、第四系全新统冲洪积层、第四系全新统坡洪积层、第四系上更新统冲洪积层、第四系残积层，下伏基岩为燕山期粗粒花岗岩。

场地地下水稳定水位埋深4.50～6.30m。

3　设计概况

基坑设计安全等级为一级，基坑支护的安全使用期限为2年，其中支护桩按照永久结构考虑。基坑采用钻孔咬合桩加三道内支撑的支护形式。

支护咬合桩桩径1.2m，间距2.0m，嵌固深度6m或嵌固深度为进入中风化2m；素混凝土桩(A桩)和钢筋混凝土桩(B桩)交错搭接。

其中，A桩为超缓凝混凝土，混凝土缓凝时间≥60h，坍落度为18～20cm，混凝土的3d五强度R3d不大于3MPa。

A桩混凝土强度C15，B桩混凝土强度C25。孔底沉渣厚度不大于100mm。咬合桩不能有严重漏水或渗水现象。

根据设计要求，咬合桩需要进入坚硬土层，局部需要进入中～微风化花岗岩。采用传统全套管钻机施工咬合桩受到机械扭矩的限制难以施工，只能采用旋挖机来施工咬合桩，施工时选择软切割工艺。

典型剖面如图2所示。

4　旋挖机护筒驱动系统

4.1旋挖机性能

根据现场实际情况，施工时选用德国宝峨BG30旋挖机进行施工。其主要性能参数如表1所示。

表1　宝峨BG30旋挖机性能参数

4.2护筒驱动器

旋挖机能够实现护筒跟进工艺是靠KDK动力头和驱动器实现的。

德国宝峨BG系列旋挖钻机KDK动力头配置有万向接头，可用于联结护筒驱动器，直接驱动护筒进行全套管施工。利用钻机动力头的动力输出，主桅杆前的两个油缸可以控制护筒驱动器的提升与下压(见图3所示)。

护筒驱动器的作用是将扭矩和加压力传递给套筒及筒靴。通过动力头与驱动盘、连接盘、套管驱动器及套管、筒靴连接，将扭矩及加压力传递给套管、筒靴，边旋转边下压钻入地层，套管钻入与钻机取土交替进行，降低了埋设套管阻力。护筒驱动器上部通过销轴与连接盘连接，下部与套管连接。护筒驱动器直径需与套筒直径相符；护筒驱动器下部有定位凹槽及止口，便于与套管连接(见图4所示)。

动力头驱动器下套管是利用动力头反正转搓动和加压油缸加压使护筒切入土中。操作方便，并能确保护筒埋置夯实性，缩短挖坑埋置时间，提高成孔效率。

4.3套管及其附属配件

(1)套管

套管(如图5所示)上端通过销轴可与护筒驱动器或套管连接，套管下端可与筒靴或套管连接。套管具有防护支撑及导向作用。

(2)管靴

管靴(如图6所示)前端镶嵌合金钻齿，通过旋转及向下加压，环切各类地层及岩石，减缓埋设套管阻力，提升套管钻入能力。

5　旋挖软切割法施工咬合桩工艺

5.1工艺原理

咬合桩施工时，先施工素桩，后施工荤桩，素桩采用超缓凝混凝土，在素桩混凝土初凝前全套管跟进进行荤桩的成孔作业。荤桩成孔时切割相邻素桩相交部分的混凝土，从而实现咬合。

旋挖软切割法施工咬合桩工艺的基本原理是旋挖成孔时利用上文中的套管驱动系统，实现套管跟进，达到软切割素桩混凝土的效果[6]。

旋挖成孔时护筒驱动器下设护筒至预定深度，测定和保证护筒的垂直度在允许范围内，然后在利用钻头在筒内取土，可以实现干作业成孔。遇土质较硬的地层护筒不能一次下到位时，可采用边拼接、边取土、边跟进护筒的方法，直至将护筒下设到土质稳定或岩层的顶面[7,8]。

在钻至设计标高后，用旋挖钻具清除孔底浮土，然后放入钢筋笼，进行混凝土浇注。

5.2导墙施工

导墙对咬合桩起到控制定位、控制咬合桩的咬合间距，稳定机座提高施工效率的作用，咬合桩施工前必须先施工导墙。

咬合桩桩径为1.2m，为保证护筒顺利钻进，导墙设置间距为1.24m。导墙施工前先对导槽下方进行清障，并用素土分层碾压回填密实。导墙模板采用钢模。

导墙混凝土采用C30商品混凝土，混凝土强度达到设计强度的70%以上时方可上机。

5.3单桩施工流程

旋挖软切割法施工咬合桩工艺流程见图7所示。

5.4套管钻进工艺

套管跟进工艺如图8所示。

套管钻进工艺流程如下：

(1)首先检查驱动器连接器与钻机动力头连接是否牢固并正确连接。选择合适钻具，与旋挖钻杆连接。

(2)管靴与第一节套管用螺栓连接，要求全扣旋入，做到牢固，不退扣。

第一节套管底部装有管靴及呈环状排列的切削齿，以使套管能够较快的切削至密实、坚硬地层中。

(3)用吊机将第一节护筒吊至钻机工作回转半径内(套管靴向下)，并尽量保持垂直，以利于驱动器与护筒的连接。

(4)操作钻机，将驱动器由上方套入套管，微旋动力头并调整钻机角度，驱动器接头下端面与套管公接头承压的端面重合为止，再次微旋动力头，将驱动器接头的4个锁销顺时针旋入护筒公接头的圆锥孔内，并保证为锁闭状态。

(5)利用驱动器将套管压入孔位，如图9所示。

压入双臂套管前，检测和调整套管的垂直度。在套管压入地面数米后，对护筒的垂直度再次进行校验。

(6)采用接销连接第一、二节套管，继续进行孔内掏土。

(7)套管钻进与孔内掏土交替进行，每次确保孔口露出的套管长度尽可能不超过2m，根据套管长度合理选择孔内掏土每轮次的钻进深度。

6　工艺效果评价

采用旋挖软切割法施工咬合桩工艺，通过实践证明，取得了良好的施工效果。

(1)钻孔速度快，工效高

BG设备通过全液压传动，扭矩、驱动力及提升能力大大提高，钻孔速度快，本项目采用套管直径1.2m，下放护筒深度22m，护筒钻进与孔内掏土单桩用时约2.5h。

(2)钻孔能力强、钻孔质量好

该设备有电脑自动控制，钻进过程中一些施工参数如转速、钻进压力、深度等有电脑显示，可有效的控制成桩的垂直度、防止超挖和欠挖。采用全程钢套跟进还可以避免缩径等桩身质量缺陷，切实解决了复杂地层护壁难的问题，钻孔质量好。

(3)钻孔不需泥浆、孔底无沉渣，施工场地整洁

与正、反循环不同，旋挖钻机自带取土器取土，不需泥浆循环携带沉渣，造孔泥浆少，仅为正、反循环钻机所需泥浆量的1/20～1/10，特别是针对嵌岩桩孔底无浮渣；采用全程钢套筒后，钻孔不需泥浆，故而桩周无泥皮，且孔底无沉渣，有利于保证设计桩基承载力；同时，由于无泥浆，取出的渣土能及时运出现场，施工场地整洁，易于现场文明施工。

(4)桩身质量有保证

采用全程护筒跟进成孔，孔底无沉渣；根据低应变及高应变检测结果，采用全程护筒跟进钻孔的施工工艺，桩身完整性好，单桩承载力高于常规钻进(泥浆护壁)成桩条件下的单桩承载力。

旋挖软切割法咬合桩在基坑开挖后的表观质量由图10所示。

(5)施工机具适用地层广

施工时利用旋挖钻机护筒驱动器进行压、拔护筒，护筒长短不一(钻机需配备护筒：7.0m长2根、3m长3～5根、2m长2～4根、1.5m长2～4根、1m长2～4根、0.5m长2根、与护筒连接的接口2个)，根据地层基岩面深度的不同，可配出不同的长度；护筒接口处为外平连接，内螺栓固定。BG钻机配有短螺旋、

嵌岩钻、旋挖钻、嵌岩旋挖钻等多种钻具，能针对不同的地层条件选用不同的钻具进行从护筒内取土，最终满足桩端入岩的要求。

7　结语

旋挖钻配合不同的钻具，适合各种土层钻进施工，旋挖机驱动全护筒钻进施工较之于采用振动或液压方式压入钢护筒护壁施工，成本更低，减少工序交叉，提高施工效率。该工艺有以下优点：

(1)对周边建筑物基础扰动小，无泥浆排放，不污染环境；

(2)适用于淤泥层、流砂层、填土层等复杂地层；

(3)不存在泥浆护壁产生的泥皮及孔底沉渣对桩的承载力侧摩阻力影响；

(4)混凝土灌注中避免了灌注桩可能产生的塌孔、缩颈、泥浆侵入断桩等问题。

采用旋挖软切割施工咬合桩工艺具有良好的施工效果及经济效益，适用地层广，值得其它项目借鉴。

[1]刘国彬，王卫东.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社,2009.

[2]杨引娥.全套管旋挖钻进技术及其应用[J].探矿工程,2009,36(12):39-42.

[3]王召磊，吴旭君，彭帅，等.旋挖咬合灌注桩在基坑支护工程中的应用[J].岩土工程学报,2013,35(Supp.2):1192-1195.

[4]杨志银，付文光，吴旭君，等.深圳地区基坑工程发展历程及现状概述[J].岩石力学与工程学报,2013,32(Supp.1):2730-2745.

[5]赵伟，吴旭君，王召磊，等.旋挖灌注桩在(深圳)沿海地区复杂地层中的应用[J].岩土工程学报,2013,35(Supp.2):1196-1199.

[6]田川江，高元.利用旋挖机施工咬合桩替代现行基坑围护桩的设想[J]公路.2011,7:35-39.

[7]黎中银，王宏伟，王三文，等.旋挖钻机与钻孔咬合桩施工工法[J]建筑机械.2006,278(5):44-47.

[8]黎中银，王宏伟，王三文，等.旋挖钻机与钻孔咬合桩施工工法[J].建筑机械,2006,278(5):44-47.

Application of occlusive pile using rotary drilling rig soft-cutting method in deep excavation engineering

HONGMingjian

(Shenzhen Gongkan Geotechnical Group Co.Ltd, Shenzhen 518063)

By studying on occlusive pile using rotary drilling rig soft-cutting technology in deep excavation engineering, this paper introduces its principle and construction technology in detail based on engineering example.Also, this paper evaluates its actual construction effects.Practice has proved that this technology is reasonable and feasible and it has broad application prospects as its good social and economic benefits, that is, fast construction efficiency, good quality of pile, well civilized construction, suitable for multi-stratum.

Occlusive pile; Rotary drilling occlusive pile; Soft-cutting method; Full casing drilling; Retaining and protection of excavation

洪明坚(1986.06-)，男,助理工程师。

E-mail:geozwr@126.com

2016-03-22

TU4

A

1004-6135(2016)06-0047-05