修咬合樁在杭州奧體主體育場深基坑支護工程的應(yīng)用

鋼筋混凝土咬合樁在杭州奧體主體育場深基坑臨江堤支護工程的應(yīng)鄭建榮1，陸學(xué)水2（1.杭州奧體博覽中心濱江建設(shè)指揮部,浙江杭州310053;2.浙江江南工程建設(shè)管理有限公司,浙江杭州310007）摘要：本文介紹了杭州奧體博覽中心主體育場地下深基坑工程中采用鉆孔咬合樁作為基坑圍護結(jié)構(gòu)的施工工藝及其特點、重點、難點和技術(shù)質(zhì)量控制措施。對今后臨近江河、基坑變形要求高的深基坑工程提供了一種比較可靠的方法和思路。關(guān)鍵詞：鉆孔咬合樁超緩凝混凝土特大型工程臨江堤深基坑支護應(yīng)用1.工程概況和水文地質(zhì)條件1.1工程概況杭州奧體博覽中心主體育場位于濱江區(qū)地界內(nèi)的錢塘江與七甲河交匯處南側(cè)。用地西北側(cè)為錢塘江，西南側(cè)為奧運路，東南側(cè)比鄰利民河及地鐵，東北側(cè)為七甲河。圖1-1主體育場鳥瞰圖主體育場為8萬座特級（結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限100年）特大型體育建筑。主體育場建筑面積為212310㎡（地上151451㎡，地下60859㎡），地上六層，地下一層（局部二層），建筑高度59.4米，為鋼筋混框架結(jié)構(gòu)。屋面鋼結(jié)構(gòu)罩棚輪廓平面形狀為近似橢圓形（長軸×短軸=333×285m，環(huán)型花瓣由空間管桁架+懸支單層網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)體系組成），如圖1-1所示?！?.000相當(dāng)于絕對標(biāo)高7.400m，室內(nèi)外高差0.150m，場地自然地面平均相對標(biāo)高-1.20m，東北面緊鄰七甲河堤部位自然地面標(biāo)高為+2.45m圖1-1主體育場鳥瞰圖第一作者：鄭建榮（1963.2-），男，工學(xué)學(xué)士，高級工程師，主要從事建筑施工和工程項目管理，E-mail:516789528@第二作者：陸學(xué)1983.7-）,男，工學(xué)學(xué)士，工程師，主要從事建設(shè)工程監(jiān)理和工程項目管理，E-mail:153289077@第17頁共17頁層底標(biāo)高﹣7.600m，獨立承臺底面標(biāo)高－9.200m。圖1-2主體育場基坑平面圖基坑設(shè)計安全等級為一級，為特大型深基坑。平面形狀為近似南北向為長軸、東西向為短軸的環(huán)形橢圓(如圖1-2所示)?；油廨喞?-M軸外側(cè)，長軸×短軸=385×358m）；內(nèi)環(huán)（1-D軸內(nèi)側(cè)的長軸×短軸=200×130m）。整個基坑采用了復(fù)合土釘墻、排樁（咬合樁）+混凝土內(nèi)支撐等多種形式相結(jié)合支護形式，在1-M軸坑外3～12m不等設(shè)一排?850@600三軸水泥攪拌樁止水帷幕（樁長有16米和19.8米兩種，總長44828米）或咬合樁墻；坑內(nèi)采用自流井疏干降水，坑外除北面緊靠七甲河一側(cè)不降水外，其余坑外采用自流井控制性降水；坑中坑及高低差交界部位采用土釘墻支護或放坡開挖。沿1-M軸外側(cè)周長約1300m，開挖面積約為11萬m2，開挖土方量約為60萬m3。圖1-2主體育場基坑平面圖基坑設(shè)計方案對橢圓環(huán)分兩步實施，第一步先施工至1-H軸（長軸×短軸=325×275m）以內(nèi)至1-D軸，開挖面積約為4.5萬m2，開挖土方量約為23萬m3；待1-H軸以內(nèi)的上部鋼結(jié)構(gòu)罩棚吊裝完成后，第二期施工從1-H軸以外至1-M軸外側(cè)，開挖面積約為6.5萬m2，開挖土方量約為37萬m3。1.2咬合樁（排樁）簡況基坑北面緊臨七甲河標(biāo)準(zhǔn)堤塘（地下室外墻皮距離七甲河最近距離9.85m），七甲河與錢塘江相通，錢塘江常年受潮汐影響，當(dāng)泄洪與潮汐相迭時達(dá)到年最高水位，最高潮水位為8.0～9.0m，最低潮水位為3.59～5.35m。該區(qū)域采用一排Ф1000@1500咬合樁結(jié)合二道鋼筋砼支撐支護（計291根，樁長21.7米,樁墻總長217.5米，共5028.4m3砼，分別在+0.8m、-4.7米設(shè)置了兩道鋼砼內(nèi)支撐；樁墻兩端與主體育場外圍一周的一排Ф850@600三軸水泥攪拌樁無縫連接，形成一道止水擋土帷幕。該止水帷幕先行于其他圍護排樁和工程樁施工。鉆孔咬合樁+鋼筋混凝土圍檁+深井降水形式：其中鉆孔咬合樁樁徑Φ1000，采用C25鋼筋混凝土樁（主筋保護層厚度75㎜）和C15素混凝土樁交替布置，鋼筋混凝土樁切入素混凝土樁內(nèi)250㎜，即兩樁相互咬合250㎜，相鄰鋼筋混凝土和素混凝土樁長均為21.7米。1.3工程地質(zhì)和水文地質(zhì)根據(jù)地質(zhì)勘查報告，場區(qū)地貌屬錢塘江河口沖海積形成的灘地，經(jīng)后期人工圍墾而成。組成物質(zhì)以砂質(zhì)粉土為主，但場地大部分有回填土分布，厚度約0.4～4.9米。場區(qū)地下水主要為空隙潛水和承壓水，水位隨季節(jié)而變化，埋深為0.8～4.2米，相對高程一般在2.85～5.22m左右，地下水對混凝土無腐蝕性。工程范圍內(nèi)涉及地層主要有（0）雜填土、耕植土層；=1\*GB3①粘質(zhì)粉土層；=2\*GB3②砂質(zhì)粉土層；=3\*GB3③淤泥質(zhì)粘土層；=5\*GB3⑤砂細(xì)砂層；=6\*GB3⑥-1圓礫層；=6\*GB3⑥-2卵石層；=6\*GB3⑥-3卵石層。其主要物理學(xué)指標(biāo)詳見表1—1所列：表1-1土層主要物理學(xué)指標(biāo)層號土層名稱厚度（m）含水量W(%)天然重度孔隙比e有效粘聚力c(kkPa).72.咬合樁的工藝原理和施工流程2.1工藝原理和關(guān)鍵技術(shù)Ф1000@1500鉆孔咬合樁，是在兩根直徑Ф1000、中心距1500的素砼樁中間嵌入一根Ф1000鋼筋砼樁，樁與樁之間相互咬合相間連續(xù)排列而成的一種圍護結(jié)構(gòu)。其關(guān)鍵技術(shù)是采用專用樁機來保證樁身的垂直度，使得鋼筋砼樁與素砼樁能可靠咬合、不分叉，形成連續(xù)的止水擋土帷幕。素砼樁必須采用超緩凝砼，方可在兩邊兩根素砼沒有初凝前，在中間嵌入一根鋼筋砼樁，切割掉鋼筋砼樁與兩邊兩根素砼樁重疊部分的超緩凝砼，實現(xiàn)咬合，從而使鋼筋砼與素砼共同終凝，使其成為一個整體。咬合樁采用全套管液壓樁機施工，套管由主機液壓油缸壓入底層后再進(jìn)行管內(nèi)取土。即咬合樁的排列方式為：一個素混凝土樁（簡稱A）和一個鋼筋混凝土樁（簡稱B）間隔，先施工A序樁，后施工B序樁，A樁混凝土采用超緩凝型混凝土，要求必須在A樁混凝土初凝之前完成B樁的施工，B樁施工時，利用套管鉆機切割掉相鄰A樁部分的混凝土，則實現(xiàn)了咬合。如圖2-1所示圖2-1鉆孔咬合樁的排列方式2.2排樁施工順序總的施工原則為先施工素混凝土樁A序樁，后施工鋼筋混凝土B序樁，其施工工藝流程是：A1→A2→B1→A3→B2→A4→B3……→An-1→Bn-2→An→Bn-1，如圖2-2所示。圖2-2鉆孔咬合樁施工順序圖單根樁的施工順序：定位放樣→地表障礙物處理→原土夯實→導(dǎo)墻施工→樁位編號→套管就位對中→吊裝安放第一節(jié)套管→測控垂直度→壓入第一節(jié)套管→校對垂直度→抓斗取土，套管鉆進(jìn)→測量孔深→清理虛土，檢查孔底→（B序樁吊放鋼筋籠）→放入砼灌注導(dǎo)管→灌注砼并逐漸上拔→測量砼面→樁機移位。2.3本工程咬合樁的參數(shù)設(shè)計超緩凝素砼樁緩凝時間≥60小時，砼強度等級為C15，三天強度≤3.0Mpa，樁位水平偏差＜50,豎向垂直度偏差＜5‰（本工程我們的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)為3‰），充盈系數(shù)1.05～1.1。鋼筋砼咬合樁砼強度等級為C25，主筋保護層厚度75，超灌高度600，素砼樁不超灌。本工程樁長21.7米，B序樁鋼筋籠主筋：上段長11.8米配筋26C28-螺旋箍C10@200，下段長10.5m.配筋13C28-螺旋箍C10@200。鉆孔咬合樁在全面施工前進(jìn)行試成孔（數(shù)量不小于2個），以核對地質(zhì)資料、檢驗設(shè)備、工藝、材料以及技術(shù)措施是否適當(dāng)。3.咬合樁施工方法和控制要點3.1施工場地平整：施工前平整場地，清除地表的植物及其他附著物，進(jìn)行平整、壓實。3.2測量放樣：采用全站儀放出鉆孔咬合樁中軸線，以確定導(dǎo)墻位置。圖3-1導(dǎo)墻實物照片3.3導(dǎo)墻施工：根據(jù)設(shè)計要求及本工程所采用的套管機的特點，在咬合樁頂部設(shè)置混凝土導(dǎo)墻，導(dǎo)墻厚度500mm，導(dǎo)墻寬度3500mm，導(dǎo)墻內(nèi)配鋼筋5C16/C10@150，導(dǎo)墻的混凝土強度等級C20。如圖3-1所示。導(dǎo)墻模板采用自制整體木模，導(dǎo)墻預(yù)留定位孔模板，直徑取套管直徑擴大30mm。導(dǎo)墻采用商品混凝土，人工入模，插入式振動棒振搗。在混凝土強度達(dá)到70%后拆模，拆模后立即加設(shè)對口撐，以防施工動載導(dǎo)致導(dǎo)墻水平位移，同時，在導(dǎo)墻上用紅漆標(biāo)明樁號，分段表明各設(shè)計段的樁底標(biāo)高，并將點位從側(cè)面引至導(dǎo)墻頂面上，作為鉆機定位控制點?；炷琉B(yǎng)護時間為7天。圖3-1導(dǎo)墻實物照片圖3-2液壓搖動套管鉆機成孔3.4成孔施工：鉆孔咬合樁擬采用MZ-2B型液壓搖動套管鉆機成孔，鉆機由吊機、主機、液壓工作站、沖擊抓斗及套筒組成。該套設(shè)備可施工直徑800～1200mm的鉆孔樁，最大施工深度達(dá)45m，搖動力達(dá)1255kN，最大扭距1470KN·m，根據(jù)杭州地區(qū)類似工程施工經(jīng)驗，可以滿足本工程施工需要，如圖3-2所示圖3-2液壓搖動套管鉆機成孔在鉆孔樁成孔過程中，用套管正反扭動加壓下切，管內(nèi)沖擊抓斗取土，使套管壓入至樁的設(shè)計深度，形成套管護壁成孔，施工速度快，成孔精度高、質(zhì)量好，樁間相互咬合排列形成圍護墻。①鉆機就位：待導(dǎo)墻驗收合格后，將套管鉆機就位，使抱管器中心對應(yīng)在導(dǎo)墻孔位中心，并調(diào)整好套管垂直度，首節(jié)偏差不得大于2‰。②取土成孔：壓入第一節(jié)套管，壓入深度約2.5～3m，然后用抓斗從套管內(nèi)取土，一邊取土，一邊繼續(xù)下壓套管，始終保持套管底口超前開挖面2.5m以上。第一節(jié)套管壓入土中后(地面上留1.2～1.5m，以便于接管)，檢測垂直度，如不合格則進(jìn)行糾偏，合格則安裝第二節(jié)套管繼續(xù)下壓取土，如此重復(fù)，直至達(dá)到設(shè)計孔底。3.5鋼筋籠制作安裝（B序樁）：鋼筋籠的制作安裝與鉆孔灌注樁基本相同。需要強調(diào)的是，設(shè)計時適當(dāng)加大保護層厚度，取75mm為宜,為保證鋼筋在樁身混凝土中的保護層厚度，以及套管拔除時產(chǎn)生抱死現(xiàn)象，鋼筋籠主筋上應(yīng)焊接定位鋼筋Φ20，每2m一道，周圈不少于4根，長20cm。倘若主筋為非對稱布置，制作和安裝時還應(yīng)保證主筋方向的正確性。3.6水下澆灌砼：由于本工程地下水水位較高，樁身混凝土均采用水下混凝土灌注法施工，其中A樁為C15超緩凝混凝土，B樁為C25砼，超緩凝混凝土最短緩凝時間按60小時設(shè)計?；炷敛捎蒙唐讽?，施工時砼坍落度控制在180mm～220mm之間。水下混凝土灌注前應(yīng)再次用測繩檢測孔深，以測定沉渣厚度，厚度不宜超過200mm，如超過必須予以清除，可采用抓斗直接清除。水下砼灌注施工與普通砼鉆孔灌注樁相比，有以下幾個特點要引起重視：（1）隨混凝土面上升拔高套管和導(dǎo)管，逐步拆除套管和導(dǎo)管。根據(jù)導(dǎo)管埋深情況，每次拆除1～2節(jié)導(dǎo)管，導(dǎo)管拆除后應(yīng)立即沖洗干凈，以便下次使用。套管提升時，慢慢上拔并左右搖晃，使砼能流入套管所占空間，同時注意觀察鋼筋籠有無上浮，套管埋深應(yīng)控制在2m左右。（2）成樁檢測：樁體強度達(dá)到設(shè)計強度后，開挖到至樁頂高程，鑿除樁頭多余部分，對樁位進(jìn)行檢驗，樁位偏差應(yīng)在50mm內(nèi)。同時采用鉆芯法檢驗樁身質(zhì)量，檢查數(shù)量不少于10根。3.7咬合樁定位與垂直度控制：3.7.1導(dǎo)墻主要起到鎖口和導(dǎo)向定位作用，施工中應(yīng)嚴(yán)格控制精度。要求導(dǎo)墻預(yù)留孔垂直偏差不大于1mm，導(dǎo)墻表面高低差≤2mm，預(yù)留孔中心線與咬合樁縱軸線偏差≤5mm。3.7.2為了保證鉆孔咬合樁底部有足夠厚度的咬合量，除對其孔口定位誤差嚴(yán)格控制外，還應(yīng)對其垂直度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，設(shè)計規(guī)定樁的垂直度標(biāo)準(zhǔn)為5‰，本工程我們的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)為3‰。發(fā)現(xiàn)偏差及時糾正。通常采用以下方法糾偏：（1）利用鉆機油缸進(jìn)行糾偏：如果偏差不大于或套管入土不深（5m以內(nèi)），可直接利用鉆機的兩個頂機油缸和兩個推拉油缸調(diào)節(jié)的垂直度，即可達(dá)到糾偏的目的。（2）A樁糾偏：如果A樁在入土5m以下發(fā)生較大偏移，可先套管內(nèi)填砂或粘土，一邊填土一邊拔起套管，直至將套管提升到上一次檢查合格的地方，然后調(diào)直套管，檢查其垂直度合格后再重新下壓。（3）B樁的糾偏：B樁的糾偏方法與A樁基本相同，其不同之處是不能向套管內(nèi)填砂或粘土而應(yīng)填入與A樁相同的混凝土，否則有可能在樁間留下土夾層，從而影響排樁的防水效果。3.7.3套管的順直度檢查和校正鉆孔咬合樁施工前平整地面上進(jìn)行套管順直度的檢查和校正，首先檢查和校正單節(jié)套管的順直度，然后將按照樁長配置的套管全部鏈接起來，進(jìn)行整根套管（15～25m）的順直度偏差檢查，偏差宜小于10mm。檢測方法：于地面上測放出兩條相互平行的直線，將套管置于兩條直線之間，然后用線錘和直尺進(jìn)行檢測。3.7.4成孔過程中樁的垂直度監(jiān)測和檢查（1）地面監(jiān)測：在地面選擇兩個相互的方向采用經(jīng)緯儀或線錘監(jiān)測地面以上部分的套管的垂直度，發(fā)現(xiàn)偏差隨時糾正。這項檢測在每根樁的成孔過程中應(yīng)自始自終堅持，不能中斷。圖3-3孔內(nèi)檢查示意圖（2）孔內(nèi)檢查：每節(jié)套管壓完后安裝下一節(jié)套管之前，都要停下來用測斜儀或“測環(huán)”圖3-3孔內(nèi)檢查示意圖（3）終孔檢測：在每根樁成完畢，必須進(jìn)行垂直度檢測，選兩個相互垂直的方向進(jìn)行測量。垂直度必須滿足設(shè)計要求，如不合格必須糾偏，使度達(dá)到要求為止。4.重點難點和解決的方法措施及建議4.1如何克服“管涌”如圖3-4，在B樁成孔過程中，由于A樁混凝土未凝固，還處于流動狀態(tài)，A樁混凝土有可能從A、B樁相交處涌入B樁孔內(nèi)，稱之為“管涌”，克服“管涌”有以下幾個方法：=1\*GB2⑴A樁混凝土的坍落度應(yīng)盡量小一些，15～18cm，以便于降低混凝土的流動性。=2\*GB2⑵套管底口應(yīng)始終保持超前于開挖面一定距離，以便于造成一段“瓶頸”，阻止混凝土的流動，超前距離宜大于2.5m。圖3-4B樁施工過程砼管涌示意圖=3\*GB2⑶如遇地下障礙物套管底無法超前時可向套管內(nèi)注入一定量的水，使其保持一定的反壓力來平衡A樁混凝土的壓力，阻止“管涌”的發(fā)生。圖3-4B樁施工過程砼管涌示意圖=4\*GB2⑷B樁成孔過程中應(yīng)注意觀察相鄰兩側(cè)A樁混凝土頂面，如發(fā)現(xiàn)A樁混凝土下陷應(yīng)立即停止B樁開挖，并一邊將套管盡量下壓。一邊向B樁內(nèi)填土或注水，直到完全制止住“管涌”為止。4.2如何配置超緩凝混凝土超緩凝混凝土各項性能指標(biāo)能否滿足設(shè)計施工要求是決定鉆孔咬合樁施工的成功的前提和關(guān)鍵。單樁成樁每循環(huán)時間約為15h，則單機成樁3根需用時約45h,考慮施工中不可預(yù)見因素，取1.3的安全系數(shù)，則混凝土的合理初凝時間為58.5h。施工中實際要求A序樁混凝土的初凝時間為60h。施工前要進(jìn)行工藝試驗，慎重選用高效緩凝減水劑。各種原材料的質(zhì)量應(yīng)保持穩(wěn)定，主要材料應(yīng)專罐專用、專車專送，各車砼運抵工地后按規(guī)定制備試塊，抓好現(xiàn)場施工組織管理，保證施工連續(xù)、有序、高效快速推進(jìn)。4.3遇地下障礙物的處理方法總的來說，套管鉆機施工過程中如遇地下障礙物處理起來都比較困難，特別是施工鉆機咬合樁還要受時間的限制，因此在進(jìn)行鉆孔咬合樁施工前必須對地質(zhì)情況十分清楚，否則會導(dǎo)致工程失敗。對一些比較小的障礙物，如體積較小的孤石、混凝土塊等，可以先抽于套管內(nèi)積水，然后再吊放作業(yè)人員下去將其清楚即可。4.4分段施工接頭的處理方法往往一臺鉆機施工無法滿足工程進(jìn)度，需要多臺鉆機分段施工，這就存在與先施工段的接頭問題。采用砂樁是一個比較好的方法。在施工段與段的端頭設(shè)置一個砂樁（成孔后用砂灌滿），待后施工段到此接頭時挖出砂灌上混凝土即可。砂樁樁位咬合面形成了一道弧形施工縫，在基坑開挖前須在施工縫外側(cè)進(jìn)行壓密注漿處理。如圖3-5所示。4.5事故樁的處理方法圖3-5分段施工接頭預(yù)設(shè)砂樁示意圖在鉆孔咬合樁施工過程中，因圖3-5分段施工接頭預(yù)設(shè)砂樁示意圖4.5.1平移樁位側(cè)咬合B樁成孔施工時，其一側(cè)A1樁的混凝土已經(jīng)凝固，使套管鉆機不能按正常要求切割咬合A1、A2樁。在這種情況下，宜向A2樁方向平移B樁樁位，使套管鉆機單側(cè)切割A(yù)2樁施工B樁，并在A1樁和B樁外側(cè)另增加一根高壓旋噴樁作為防水處理。4.5.2背樁補強圖3-6咬哈樁背補強示意B1樁成孔施工時，其兩側(cè)A1、A2樁的混凝土均已凝固，在這種情況下，則放棄B1樁的施工，調(diào)整樁序繼續(xù)后面咬合樁的施工，以后在B1樁外側(cè)增加三根咬合樁及兩根旋噴樁作為補強、防水處理。在基坑開挖過程中A1和A2圖3-6咬哈樁背補強示意4.5.3預(yù)留咬合企口圖3-7砂樁接縫止水處理示意在B1樁成孔施工中發(fā)現(xiàn)A1混凝土已有早凝傾向但未完全凝固時，此時為避免繼續(xù)按正常順序施工造成事故樁，可及時在A1樁右側(cè)施工一砂樁以預(yù)留出咬合企口，待調(diào)整完成再繼續(xù)后面樁的施工。圖3-7砂樁接縫止水處理示意4.6施工中建議注意事項：由于咬合灌注樁施工連續(xù)性的特點，須切實抓好現(xiàn)場施工組織管理，確?；炷凉?yīng)和工序銜接正常。否則，過多設(shè)置砂樁，不利于圍護結(jié)構(gòu)止水，增加施工成本。由于砂質(zhì)粉土振動易液化，而施工采用的沖抓取土方法不可避免地要對地層產(chǎn)生一定的擾動，