摘  要：钻孔咬合桩作为一种新型的基坑维护结构已经成功的应用于深圳、南京、天津的地铁建设等多个项目中,施工工艺已较为成熟。本文介绍苏州轨道交通一号线星湖街站车站轨排井围护结构采用大直径钻孔咬合桩的施工工艺及施工要点。
    关键词：钻孔咬合桩；基坑维护；软土；工艺流程；超缓凝混凝土

    1 工程概述
   苏州轨道交通一号线星湖街站为一号线的第21座车站，位于苏州工业园区翠园路地下，跨星湖街布置，车站外包结构长328.8m，标准段外包结构宽度为20.3m，标准段基坑深度16.6m，盾构井段深度18.4m，为两层岛式车站。地层主要为粘土、粉质粘土、粉砂层，地下水位在－3.8m～－0.54m。车站结构底板位于④－2粉砂层（-15.34～-11.81m）中，是对车站施工影响较大的含水层；承压水含水层埋深较大，对本工程施工影响不大。车站主体围护结构设计在两层段采用800厚地下连续墙，单层外挂部分采用ф850@600mmSMW工法桩，内插700×300H型钢隔一插一，在轨排井段采用ф1200@1000套筒钻孔咬合桩作为该段的维护结构，呈拱形南北对称排列，圆拱半径26.6m，本工程套筒钻孔咬合桩，共计108根，其中素砼桩砼为C20超缓凝砼，共计52根，钢筋砼桩砼强度等级为C30，共56根；有效桩长31m，插入底板下14.4m。
    2  咬合桩工艺原理
    套管钻孔灌注咬合桩，即采用磨桩机压套管下沉，50t履带吊配冲抓出土成孔，桩与桩之间相互咬合排列的一种基坑围护结构。桩的排列方式为一个素砼桩(A桩)和一个钢筋砼桩 (B桩)间隔，见图一。这种排列方式在施工时需先施工A桩，后施工B桩，A桩砼采用超缓凝型砼，要求必须在A桩砼初凝之前完成B桩的施工， B桩施工时，利用套管钻机的切割能力切割掉相邻A桩相交部分的砼，实现咬合的一种施工工艺。 

    3  咬合桩工艺流程及施工要点
    3.1 导墙的施工
    为了提高钻孔咬合桩孔口的定位精度并提高就位效率，应在桩顶上部施作砼或钢筋砼导墙。导墙施工步骤如下：
    (1)平整场地：清除地表杂物，填平碾压地面管线迁移的沟槽。
    (2)测放桩位：根据设计图纸提供的坐标按外放50mm(为抵消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的基坑结构净空减小变化)计算排桩中心坐标，采用全站仪根据地面导线控制点进行实地放样，并作好护桩，作为导墙施工的控制中线。
    (3)导墙沟槽开挖：在桩位放样线符合要求后即可进行沟槽的开挖，采用人工配合开挖施工。开挖结束后，立即将中心线引入沟槽下，导墙中心线的正确无误。
   (4)砖砌体施工：导墙采用MU10水泥砂浆M10机制红砖砌筑高800～1000mm厚370mm砖墙连拱式导墙，预留定位孔直径为套管直径扩大3cm，内侧抹20厚1：2水泥砂浆。
    3.2  单桩的施工工艺流程
    3.2.1钻机就位
    等导墙有足够的强度后，重新定位放样排桩中心位置，将点投放到导墙顶面上，作为钻机定位控制点。移动套管钻机至正确位置，使套管钻机抱管器中心对应定位在导墙孔位中心。
    3.2.2取土成孔
    在桩机就位后，吊装第一节管在桩机钳口中，找正桩管垂直度后，磨桩下压桩管，压入深度约为2.5～5m，然后用抓斗从套管内取上，一边抓土、一边继续下压套管，始终保持套管底口超前于开挖面的深度不小于2.5m。第一节套管全部压入土中后(地面以上要留1.2～1.5m，以便于接管)，检测垂直度，如不合格则进行纠偏调整，如合格则安装第二节套管继续下压取土……，如此继续，直至达到设计孔底标高，抓出土方在孔边堆放，然后每天用土方车向外拉运。
    3.2.3吊放钢筋笼
   如为钢筋砼桩，成孔检测合格后进行安放钢筋笼工作，本工程的钢筋笼长度为31.5m左右。按设计规格、材料及制作规范，在场地边钢筋加工棚里整体制作，然后搬运至孔口边安装钢筋笼时应采取有效措施保证钢筋笼标高的准确性。
    4.2.4灌注混凝土
    如孔内有水时需采用水下砼灌注法施工，如孔内无水时则采用干孔灌注法施工，先将混凝土倒入集料斗中，然后用吊机吊倒孔口，倒入导管上部的贮料斗中，如此直至将混凝土灌至桩顶标高。
     3.2.5拔管成桩
    一边浇注砼一边拔管，应注意始终保持套管底低于砼面不小于2.5m。 
    3.3 排桩的施工工艺流程
    总的施工原则是先施工A桩，后施工B桩，其施工工艺流程是： A1—B1—A2—A3—B2—A4—B3－An—Bn-1 ，如需设交界桩则须将A1或An桩填设为砂桩；如图二所示：

    3.3.1成孔工艺控制：
    (1)成孔采用液压式摆动积压式全套管成桩机施工，成孔以套管正反扭动、加压下切、管内抓斗取土(若遇大石可用十字冲击锤冲砸击碎)。
    (2)根据成桩顺序，要求B桩切割A桩形成咬合，所以A桩砼中加入高效缓凝剂控制初凝时间为大于70个小时。
    (3)桩体垂直度控制
    吊放第一节套管时，采用两台测斜仪(或重力线锤)在套管外壁梁垂直方向进行校核，并通过互相垂直方向的两台经纬仪复核合格后方可开钻，按此控制第二、三节接管垂直度及纠偏，在套管切压过程中采用经纬仪全过程监控，发现偏差及时纠正，要求成孔精度为3‰。成孔后套管随砼灌注逐段起拔，起拔套管应视起拔状况而精心操作，如阻力过大则应转动慢拔，保持套管拔起过程中的顺直，严禁强拔。
    (4)咬合桩施工必须保持连续作业，在施工中应合理安排劳力、机械。
    (5)如遇不可抗因素造成咬合桩流水作业中断，应迅速移机对末端成桩进行切割单侧咬合面成孔，然后在孔内灌注粗砂拔管形成砂桩，待后续咬合桩施工至该桩位时重新成孔，完成连续咬合成桩的施工。 
    3.3.2水下灌注砼工艺控制：
    (1)素桩采用高效缓凝流动性砼，坍落度16±2cm，缓凝时间大于70小时，钢筋砼桩采用用C30砼，坍落度18±2cm。成空后及时验孔，并做好原始记录。
    (2)安放好导管隔水塞用铁丝牢系在储料槽上、第一次下料时在储料槽内注满砼(满足初灌量要求)。
    (3)灌注砼应连续灌注，随着管内砼面的增高，逐步调整导管深度，必须保证导管底埋在已浇筑的砼中2米以上且不大于6米，导管上拔必须保证垂直。
    (4)灌注过程中如果孔内有积水，应将孔内溢出的泥浆引至沉淀池，用密封罐车外 运至指定场所排放。
    (5)当砼面超出设计标高50cm时停灌，拔出导管冲洗干净，准备灌注下根桩。
    34.3.3干孔灌注砼控制：
    为防止砼离析，灌注时应保证导管底口距孔底距离不超过2米，灌注时随着砼面的提高，逐步提高导管但始终保证导管底口距砼面距离不超过 2米。
    4.3.4钢筋笼加工：
    (1)原材料报验，请监理工程师旁站见证抽样送验，未经试验合格不进场使用，试验合格，双方共同挂牌存放。
    (2)钢筋笼制作前应除锈、调直，主筋保护层70mm，主筋根据设计要求采用16Φ32(8Φ32)螺纹钢筋(HRB335)、内箍筋采用Φ20，间距2000mm，箍筋螺旋间距200mm，为Φ10圆钢。箍筋与主筋间采用焊接。主筋焊接时保证同一截面内接头数目不大于主筋总数的50%，接头采用搭接焊，钢筋笼成型堆放时应覆盖防水、防雨布。
    (3)本工程钢筋笼主筋高出桩顶设计标高约850mm，伸入冠梁和冠梁钢筋连接成整体。
    (4)钢筋笼入孔采用履带式吊车整体吊装，在钢筋笼两侧按十字方向焊钢筋定位辅筋，保证钢筋笼居中及砼保护层厚度。
    (5)为防止钢筋笼就位后下沉，在钢筋笼底部安装100mm厚钢筋砼预制托盘，预制钢筋砼托盘在钢筋笼吊放前焊在底部。
    4  咬合桩施工要点
    4.1孔口定位误差的控制
孔口的定位精度，主要靠导墙砌筑或浇筑精度控制，即导墙的垂直度和导墙上定位孔的直径控制；导墙垂直度±3mm，定位孔的直径宜比桩径大20mm。 
    4.2桩的垂直度的控制 
    咬合桩质量控制的一个重点就是确保咬合量，除对其孔口定位误差严格控制外，还应对其垂直度进行严格的控制。
    4.2.1成孔前及过程中桩的垂直度监测和检查
    (1)钢套管的顺直度检查和校正 
    钻孔咬合桩施工前在乎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进行整根套管(15～25m)的顺直度偏差宜小于1Omm。检测方法：于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，然后用线锤和直尺进行检查。
    (2)地面监测：在地面选择两个相互垂直的方向采用经纬仪或线锤监测地面以上部分的套管的垂直度，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自终坚持，不能中断。
    (3)孔内检查：每节套管压完后安装下一节套管之前，都要停下来用测斜仪或“测环”进行孔内垂直度检查，不合格时需进行纠偏，直至合格才能进行下一节套管施工。
    4.3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三种：
    (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)A桩纠偏：如果A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，可向套管内填砂或粘土，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)B桩的纠偏：B桩的纠偏方法与A桩基本相同，其不同之处是不能向套管内填土而应填入与A桩相同的砼，否则有可能在桩间留下土夹层，从而影响排桩的防水效果。
    4.4如何克服“管涌”
    在B桩成孔过程中，由于A桩砼未凝固，还处于流动状态，A桩砼有可能从A、B桩相交处涌入B桩孔内，称之为“管涌”，克服“管涌”有以下几个方法：
    (1)A桩砼的坍落度应尽量小一些，不宜超过18cm，以便于降低砼的流动性。
    (2)套管底口应始终保持前于开挖面一定距离，以便于造成一段“瓶颈”，阻止砼的流动，如果钻机能力许可，这个距离越大越好，但至少不应小于2.5m。
    (3)如有必要(如遇地下障碍物套管底无法超前时)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桩砼的压力。阻止“管涌”的发生。
    (4)B桩成孔过程中应注意观察相邻两侧A桩砼顶面，如发现A桩砼下陷应立即停止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。
    4.5克服钢筋笼上浮的方法
    由于套管内壁与钢筋笼外缘之间的空隙较小，因此在上拔套管的时候，钢筋笼将有可能被套管带着一起上浮。一般采取控制B桩砼的骨料粒径不宜大于20mm，同时在钢筋笼底部焊上一块比钢筋笼直径略小的混凝土底板以增加其抗浮能力。
    4.6遇地下障碍物的处理方法
   总的来说，套管钻机施工过程中如遇地下障碍物处理起来都比较困难，特别是施工钻孔咬合桩还要受时间的限制，因此在进行钻孔咬合桩施工前必须对地质情况十分清楚，否则会导致工程失败。对一些比较小的障碍物，如卵石层、体积较小的孤石等，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即可，如果人工无法完成清除，则需要采用十字冲锤将其冲碎后用冲抓取出。
    4.7 事故桩的处理方法
    在钻孔咬合桩施工过程中，因A桩超缓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，事故桩的处理主要分以下几种情况：
   （1）平移桩位单侧咬合
    如《平移桩位单侧咬合示意图》（图三）所示，B桩成孔施工时，其一侧A1桩的砼已经凝固，使套管钻机不能按正常要求切割咬合A1、A2桩。在这种情况下，宜向A2桩方向平移B桩桩位，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。                          　　
    (2)背桩补强
    如《咬合桩背桩补强示意图》（图四）所示，B1桩成孔施工时，其两侧A1、A2桩的混凝土均已凝固，在这种情况下，则放弃B1桩的施工，调整桩序继续后面咬合桩的施工，以后在B1桩外侧增加三根旋喷桩作为补强、防水处理。在基坑开挖过程中将A1和A2桩之间的夹土清楚喷上混凝土即可。

    5.  结束语
    苏州地铁星湖街车站轨排井维护结构的钻孔咬合桩施工达到了成孔垂直度3‰的精度要求，攻克了钢筋笼的变形、偏位、外套管起拔时钢筋笼的上浮，钢筋笼在混凝土灌筑过程中下沉及混凝土离析、坍落度和超缓凝混凝土初凝时间的控制等技术难关，为我公司大直径钻孔咬合桩在深基坑的应用积累了经验。