第３９卷第６期 ２ ０ １ ３年２月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨｒｒＥＣＴＵＲＥ Ｖ０１．３９ Ｎｏ．６ Ｆｅｂ． ２０１３ ・３３・ 文章编号：１００９—６８２５（２０１３）０６—００３３－０３ 老城区复杂地质道路改造基坑围护咬合桩施工 吴 际 （中铁四局集团有限公司，安徽合肥２３０００９） 摘要：结合南京城西干道清凉门隧道明挖施工采用的一种新的基坑支护结构形式——咬合桩，介绍了咬合桩工艺原理，对比分 析了类似复杂地质条件下传统基坑支护方式的不足及采用咬合桩的必要性，最后通过实践总结该方案的施工经验，以供类似工程 中推广应用。 关键词：复杂地质，基坑围护，咬合桩，施工 中图分类号：Ｕ４１６ １ 工程概况 南京城西干道改造工程是为改善南京交通状况，同时保证 ２０１４年青奥会的交通便利的项目。城西干道位于南京主城西部， 紧邻明城墙与秦淮河。该项目中的清凉门隧道Ｋ２＋１１１～Ｋ２＋ ６００、水西门隧道ｌ（３＋７０３一Ｋ４＋８９５区段地质条件复杂，施工采 用明挖法，最大开挖深度１７．１８ ｍ，基坑围护桩设计桩底进入中风 化岩层平均强度达到２０ ＭＰａ，局部达到６０ ＭＰａ；水西门隧道地下 存在大量防空洞、古城墙基础及木桩，本工程在地下３ ｍ一５ ｍ承 压水丰富。原设计采用钻孔灌注桩加搅拌桩止水及ＳＭＷ工法 桩，因地质条件复杂、施工困难并难以保证质量，施工周期长。经 过比选决定采用咬合桩作为围护结构。咬合桩为套管钻机在桩 身混凝土处于塑性状态下完成切割咬合过程形成的排桩围护结 构，其整体性好，防渗效果佳，无须另外辅助截水帷幕等防水措 施；成桩过程噪声低、振动小、无泥浆作业，施工环境洁净、易保 持；考虑到成桩过程中须严格控制桩身垂直度及桩身质量，桩身 的混凝土不得有离析现象，施工采用了３６０。全回转套管机施工。 ２地质条件 ２．１设计地质状况 ①，杂填土：灰黄色一褐灰色，松散，为粉质粘土混碎石、碎砖 等堆填。部分地段表层有２０ ｅｍ地坪或路面。层厚０．３ ｍ一６．５ ｍ； ①，杂填土：灰～灰黄色，可塑为主，土质不均。由粉质粘土混卵 石、块石填积，含大量木桩等，局部分布，填龄超过１Ｏ年。层顶埋 深３．０ ｍ一４．５ ｍ，层厚２．５ ｍ～９．２ ｍ；② 粉质粘土：灰黄～黄灰 色，可塑，部分软塑，含铁锰氧化物，切面有光泽反应，韧性、干强度 中等。分布于坳沟之中。层顶埋深９．０ ｍ～２２．８ １１１，层厚０．９ ｍ一 ２２．７ ｍ；⑤．强风化泥岩、泥质粉砂岩：棕红色，风化强烈，结构已 破坏，矿物成分显著变化，岩芯用手易碾碎，局部夹少量中风化岩 块，属极软岩，遇水极易软化。层顶埋深０．５ ｍ～４２．３／１１，层厚 ０．５ ｍ～５．６ ｍ；⑤ 中风化泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩：棕红色，泥 质胶结，泥质及粉粒状结构，层状构造，岩质软硬相问，岩体基本 完整，有裂隙发育，属极软岩，间夹软岩，为可软化岩石，遇水易软 化。层顶埋深５．７ ｍ一４４．２ ｍ；⑤ 中风化砂砾岩、砾岩：棕红色， 主要为钙质胶结，砾状结构，块状构造，有少量节理发育，岩质硬， 属较软岩，夹软岩、较硬岩，为不可软化岩石，层顶埋深０．３ ｍ一 ２３．８ ｍ。 ２．２现场勘查情况 水西门隧道东侧围护桩地下存在大量防空洞、城墙基础及木 桩，人防设施顶盖由２０ ｅｍ厚的红砖，４０ ｅｍ厚的城砖及１５ ｃｍ厚 收稿日期：２０１２—１２－２６ 作者简介：吴际（１９６８．），男，高级工程师 文献标识码：Ａ 的钢筋混凝土组成，侧墙由４５ ｅｍ厚的条石及４５ ｃｍ厚的砖组成， 人防设施埋深为１．５ ｍ～５．５ ｍ；结构净宽２．３ ｍ，净高３．１ ｍ，基 础底部存在厚约３０ ｅｍ的石砌基础。为了解地质情况进行了试桩 施工，采用旋挖钻施工，安装护筒长度为３ ｍ，情况如下： 围护桩东１４号一２３号桩（Ｋ４＋６３７．５）地面下１ ｍ～５ ｍ为干 性杂填土（黑土、石块、红砖块），钻进至地面以下５ ｍ时出现的砖 块、大块石，并夹杂黑色淤泥质土，地面下５ ｍ一１３ ｍ以内全部为 砖块、大石块与淤泥的混合物，该地层赋水量较高，其中距地面下 ７ １／１时钻孔内泥浆外渗流失严重，泥浆无法保存在孔内，孔内泥浆 面高度无法上升。钻进至距地面下１３ ｍ后，渣土中出现较多破 碎的木桩。围护桩东１３号～２５号桩，钻进至距地面１．５ ｒｔｌ处时 渣土中出现砖块，距地下３ ｍ处时渣土为较大石块。为探明情 况，安排挖机对该处进行大面积深坑开挖，开挖处宽２ ｍ，长５ ｎｌ， 深７ ｍ。开挖后发现一处东西走向拱涵。涵洞采用大块片石砌 筑，洞壁厚０．７ ｍ，涵洞上方为１ ｍ厚砖砌筑。 ３基坑支护方案选定 清凉门、水西门隧道基坑开挖最深达ｌ７．１８ ｍ，为确保施工安 全顺利，基坑支护方案必须能够承受基坑开挖后的土压力和水压 力，保证工程附近构筑物和临时交通的安全。 原设计采用了两种支护方式：１）钻孔灌注桩加搅拌桩止水； ２）ＳＭＷ工法桩。由于特殊的地质情况，上述两种支护方式均难 以施工，不能保证防渗水效果。地下孔洞的存在、中风化岩层的 高强度和地下因为古城墙出现的一些条石基础和木桩，使得旋挖 钻机无法使用，采用冲击钻机施工，会出现施工干扰大，施工周期 长等困难，且能否顺利成孔和成孔质量均难以保证。鉴于以上情 况，决定选用３６０。全回转套管机咬合桩施工方案，主要考虑如下： １）本工程围护桩施工需穿越岩层、防空洞、城墙条石基础、木 桩，因此采用常规钻孔灌注桩，成孔困难，单桩施工时间较长； ２）市区施工文明施工要求高，套管机施工成桩过程噪声低、 振动小、无泥浆作业，施工环境洁净、易保持； ３）本工程基坑面积大，如此大面积基坑施工周期长，支护桩 施工一个环节出问题，会给后续基坑开挖带来极大的危险，咬合 桩施工必须采用可靠的施工工艺，施工垂直度控制是关键，３６０。 全回转套管机施工可以保证。 ４咬合桩基本原理和施工工艺 咬合桩是指采用机械磨孔、套管下压、套管内抓斗取土，在桩 与桩之间相互咬合排列，达到承载和抗渗止水作用的基坑围护结 构形式。桩的排列方式一般为一个Ａ桩（钢筋方笼或素桩）和一 第３９卷第６期 ・３４・ ２ ０ １ ３年２月 山 西 建 筑 个Ｂ桩（钢筋圆笼）间隔布置，施工时先施工Ａ桩，后施工Ｂ桩 深３ ｍ一５ ＩＴＩ，切割咬合时要控制垂直度，放慢钻进速度，防止钻进 （见图１）。 时钛合金磨损太快而无法切割至桩底部。根据施工经验，Ｂ桩硬切 割钻进速度控制在０．９ ｒｒｄｈ一１．０ ｍ／ｈ，钢套管转速为１．２ ｒ／ｍｉｎ一 １．５ ｒ／ｒａｉｎ，切割钢筋混凝土结构时钻进速度控制在６ ｅｍ／ｈ一 ８ ｅｍ／ｈ，钢套管转速控制在１ ｒ左右。 施工准备 桩位测量放线 图１咬合桩施工工艺流程图 咬合桩混凝土导墙施工 套管机就位 由于本项目地质条件复杂，施工面积大，为确保工程后续基 坑开挖的安全，本工程围护采用硬法咬合桩施工工艺，硬法咬合 桩是采用３６０。全回转套管机施工，该设备具有成孔垂直精度高可 达１／３００；硬法咬合桩是在软法咬合桩存在诸多问题的基础上开 发应用的，在上海地区地下水位较大并且地下障碍物较多的情况 下多有采用，通过大量工程施工证明硬法咬合桩避免了软法咬合 桩的缺点，成桩质量明显优于软法咬合桩；该工艺一序桩（Ａ桩） 采用的混凝土同样为常规混凝土，在一序桩强度达到终凝后进行 二序桩（Ｂ桩）咬合切割施工，不受单桩施工时间的影响，大大减 小了混凝土初凝前在地下水中的冲刷时间；在二序桩咬合切割成 孑Ｌ过程中钢套管旋转带动的块石也不会对终凝后的一序桩造成 破坏。 ５设备的选择与关键工序 ５．１设备的选择 施工的咬合桩桩长１０ ｍ～３２ ｍ不等，桩径为１ ｍ，１．２ ｍ，１．５ ｍ 三种。由于地下存在古城墙条石基础、木桩、岩层，加上对垂直度 ５％ｏ的要求，选用了全进口的３６０。全回转套管机施工，该设备的主 要性能如下： １）能够对单轴压缩强度为１３７ ＭＰａ一２０６ ＭＰａ的巨砾、岩床 进行切削。２）在砂砾、软岩层等地层的挖掘深度可达６２ ｍ，在淤 泥、粘土层等的挖掘深度可达７３ ｍ。３）垂直精度可达１／３００。４） 起拔力可达３００ ｔ。５）对于地下存在钢筋混凝土结构、钢筋混凝土 桩、钢桩、块石等的地层具有切割穿透的能力，并能将其清除。６） 通过自动控制套管的压人力，可以保持符合切削对象最合适的切 削状态，以及防止切割钻头的超负荷。 ５．２施工工艺流程图 施工工艺流程图见图２。 ５．３关键工序 ５．３．１ 咬合桩成孔 １）Ａ桩成孔施工。Ａ桩为方笼或素桩先施工无需咬合，根据 本工程的实际情况，上部有大量障碍物及强度较高的岩层，因此 在施工时３６０。全回转套管机结合清障一次性成孔，成孔时因上部 土层情况较差透水性较大时，必须使钢套管的深度比钢套管内的 土面深３ ｍ～５ ｍ，防止出现钢套管内涌水现象，钢套管人土深度 进入一定深度后，边旋转钢套管边重锤或大功率旋挖钻机破碎障 碍物抓斗清除至孔底标高后浇筑混凝土。根据施工经验，Ａ桩的 钻进速度控制在１．２ ｍ／ｈ，钢套管转速控制在１．５ ｒ／ｍｉｎ一 ２ ｒ／ｒａｉｎ，切割钢筋混凝土结构或强度较高的岩层块石时钻进速度 控制在６ ｅｍ／ｈ～１０ ｃｍ／ｈ，钢套管转速控制在１ ｒ左右。 ２）Ｂ桩成孔施工。Ｂ桩同样采用３６０。全回转套管机成孔，因 Ａ桩为方钢筋笼或素混凝土桩，在混凝土强度达到３０％后进行Ｂ 桩硬切割咬合施工，同样需切障碍物及岩层；还需考虑土质透水 性情况，在咬合桩施工时必须使钢套管的深度比钢套管内的土面 吊装安放套管 测量调整垂直度 套管钻进切割障碍物并清除 清除孔底、检查孔底 验孔签认 制作钢筋笼 吊放钢筋笼 隐蔽验收 混凝土运输 安放导管、浇筑混凝土 Ｈ制作混凝土试块 测量混凝土、拔除导管及套管 套管机移位 图２施工工艺流程图 ５．３．２混凝土的缓凝时间 混凝土采用商品混凝土。按硬切割工艺要求，混凝土的缓凝 时间应不小于６ ｈ，在施工过程中，对不同批号的水泥及不同批号 的外加剂，应提前做好配合比试验。 ５。３．３超挖控制 常规咬合桩采用缓凝混凝土对于Ｂ桩施工需超挖，防止发生 管涌现象，对于本工程施工的咬合桩为硬切割的方法，等Ａ桩混 凝土强度达到３０％后再进行咬合切割的施工方法，因此对Ｂ桩施 工时就无需进行超挖，以达到设计桩长即可。 ５．３．４ 纠偏 如因地层原因或其他原因，使得桩孔垂直度大于规定值，此 时应拔管纠偏，对Ａ型桩，可采用回填砂后拔管纠偏的办法处理， 对Ｂ型桩，可采用回填低标号混凝土后拔管纠偏的办法处理（混 凝土需要缓凝），根据需要量回填完成后，拔管校正套管垂直度并 迅速开始重新钻进开挖。 ６施工情况 清凉门隧道Ｋ２＋１１１～Ｋ２＋４６３咬合桩共９４１根，投入１５台 全回转套管机；水西门隧道Ｋ３＋７０３～Ｋ４＋８９５咬合桩共ｌ ２９８根， 该区段成孔深度相对较深，投入１８台３６０。全回转套管机。据统 计单桩成孔时间Ａ，Ｂ桩平均２２ ｈ～２４ ｈ，设备进场组装及调试约 １０ ｄ（包括前期导墙施工及养护），总施工期９０ ｄ。基坑开挖后咬 合桩围护结构承载止水效果良好。 ７结语 随着社会进步，城市的发展，老城区的改造项目日益增多。 由于历史的沉积，老城区施工地下不明物多，地质条件复杂，城市 施工对居民生活保证、地表构筑物保护要求高，寻找恰当的施工 方案不仅关系到施工安全和进度，还会关系到市民的生活和城市 的运转。采用３６０。全回转套管机施工的咬合桩围护方案具有其整 体性好，防渗效果佳，无须另外辅助截水帷幕等防水措施的优点， 有效减少对周边构筑物的影响；成桩过程中噪声低、振动小、无泥 第３９卷第６期 ２ ０ １ ３年２月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．３９ Ｎｏ．６ Ｆｅｂ．２０１３ ・３５－ 文章编号：１００９—６８２５【２０１３）０６—００３５－０２ 济南厚冲积层大型深基坑监测结果分析 慕旭日 陈摘岩 王永吉 （山东科技大学，山东青岛２６６５９０） 要：通过对济南省会文化艺术中心配套高层深基坑项目监测实例和结果的分析，总结了放坡土钉加桩锚支护体系的工作机 理、施工开挖过程中体系内部应力、应变的变化规律以及围护结构的位移变化情况，对相关地区同类工程的施工、设计具有较好的 参考价值。 关键词：深基坑，基坑监测，水平位移，应力 中图分类号：ＴＵ４６３ 文献标识码：Ａ 山东高速广场项目三座配套高层，高度分别达到１１０ ｍ，１５０ ｍ 坡变形。和２００ ｍ，基坑开挖深度达到２０ ｍ～２２ ｍ，目前济南西部开发处于 本基坑工程采用上部放坡土钉墙支护，结合下部桩锚支护直 ２００ ｍ以上按１：０．５放坡，设置三道 初期阶段，三座超高层建筑施工在所处区域尚属首次。本案南侧 墙开挖的支护形式，基坑一７．ｍ，９ ｍ，６ ｍ，水平间距２ ｍ， 紧邻地铁预埋一号线（开挖时已经支护完毕），北侧为文化艺术节 土钉，土钉长度由上及下长度分别为９ ５，呈梅花形分布。一７．２００ ｍ以下采用单排桩支护 三馆项目，具有重要的社会影响力。因此，对基坑的支护强度和 竖向问距为１．１，８ｏｏ＠１ ２００，桩长２２．５ ｍ，设置三道预应力锚索，锚索与水平方 变形都有较高的要求，本文通过对基坑监测数据进行分析，了解 ，５。，锚孔直径为１５０ ｍｍ，锚索长度由上及下分别为 了黄河冲积平原基坑支护结构变形客观规律，为进一步完善基坑 向的倾角为ｌ支护设计，提供重要的理论数据和工程经验。 ２５ ｍ，２８ ｍ，２５ ｍ，挂网喷混凝土，并且在钻孔灌注桩顶部设置锁 口冠梁。 表１各层土的性质参数 土层名称 重［￣／ｋＮ・ｍ一 １ 工程概况与地质条件 拟建三座高层高度分别为１１０ ｍ，１５０ ｍ和２００ ｍ，总体结构 为框架一核心筒结构，通过地上４层裙房和地下３层连成一体。 总建筑面积约３８万ｍ ，基坑开挖范围２７１ ｍ×１９２ ｍ。地下室基 抗剪强度指标 粘聚力ｃ／ｋＰａ １０ ｌ２．７ ２４．６ ２２．３ ０．０ 内摩擦角 ／（。） 坑实际开挖深度由现自然地坪算起为１８．７ ｍ一２１．２ ｍ。拟建场 地南面紧邻地铁及大剧院各工程，西面和背面为重要的交通公 路，东面较为开阔。钻探揭示地层上部为黄河、小清河冲击成因 的粘性土、粉土等，下部为山前冲洪积成因的粘性土、砂土、卵石 土。基坑工程影响范围内主要有７层土，各层土的性质指标如表 ｌ所示。 ①素填土 ②粉质粘土 ③粉土 ④粉质粘土 ④１粗砂 １８．５ １９．５ ｌ９．６ １９．８ １９．５ １５ ｌ９．２ ２８．２ ｌ６．３ ３５．０ ⑤粉质粘土 ⑤１中砂 ⑥粉质粘土 ⑥ｌ粘土 ⑦粉质粘土 １９．５ ２Ｏ．０ １９．３ １９．７ ｌ９．２ ２４．１ ０．０ ２４．１ ４４．３ ３３．３ １９．２ ３５．０ １９．２ １６．９ ２３．２ ２基坑支护体系 基坑开挖深度可达２０ ｍ，基坑安全等级为一级。综合考虑场 ３监测结果及分析 地工程地质、水文地质条件、基坑周边环境及基坑开挖深度，基坑 ３．１ 锚索轴力监测 工程支护结构采用上部放坡土钉墙、下部单排支护桩联合预应力 锚索轴力是通过振弦式锚索测力计进行的。锚索均为基坑 锚索相结合的支护方式。既利用上部放坡削减土压力，降低荷载 第二道锚索，深度为７ ｍ。所取锚索所在深度位置与深层水平位 重心，发挥锚杆承载能力，又通过桩锚支护增加边坡刚度，控制边 移最大值所在深度相符合。由图１可知，锚索轴力变化较均匀，所监 浆作业，施工环境整洁，能满足城市文明施工的要求。在施工实践 ［］【］ＧＢ ５０００７－２００２，建筑地基基础设计规范［ｓ］ 中取得了良好的效果，值得在今后老城区改造施工中借鉴。 参考文献： ［２］ＪＧＪ ９４－９４，建筑桩基技术规范［Ｓ］． ［３］ ＪＧＪ １２０—２０１２，建筑基坑支护技术规程［Ｓ］． Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｂｉｔｉｎｇ ｐｉｌｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ ｉｎ ｒｅｆｏｒｍ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｇｅｏｌｏｇｙ ｒｏａｄ ｏｆ ｏｌｄ ｃｉｔｙ ａｒｅａ ＷＵ Ｊｉ （Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ ４ｔｈ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｈｅｆｅｉ ２３０００９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｎｅｗ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｓｕｐｐｏ￣ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ・ｂｉｔｉｎｇ ｐｉｌｅ ｕｓｅｄ ｉｎ Ｑｉｎｇｌｉａｎｇｍｅｎ ｔｕｎｎｅｌ ｏｐｅｎ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎａｎｊｉｎｇ ｗｅｓｔ ｈｉｇｈｗａｙ， ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｂｉｔｉｎｇ ｐｉｌｅ，ｃｏｍｐａｒｅｓ ｉｔ ｗｉｔｈ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｓｕｐｐｏ￣ｍｅｔｈｏｄ ｕｎｄｅｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｇｅｏ— ｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｎｅｃｅｓｓｉｔｙ ｏｆ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｂｉｔｉｎｇ ｐｉｌｅ，ａｎｄ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｉｔｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ，ｗｉｔｈ ａ ｖｉｅｗ ｔｏ ｐｒｏｍｏｔｅ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａ－ ｔｉｏｎ ｉｎ ｓｉｍｉｌａｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｇｅｏｌｏｇｙ，￣ｕｎｄａｔｉｏｎ ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ，ｂｉｔｉｎｇ ｐｉｌｅ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ 收稿日期：２０１２—１２－２８ 作者简介：慕旭日（１９８７一），男，在读硕士； 陈岩（１９８７．），男，在读硕士；王永吉（１９８７．），男，在读硕士
