瞄囵囫翟蓬阉 … 工程技术 城市立交桥支护中咬合桩挡土结构及其应用方法探析 薛岗 （上海城建（集团）公司，上海２００１２５） 摘要：随着城市化建设的不断发展，基坑工程不仅数量增多，而且向更大、更深方向发展。咬合桩是一种非常好的支护结构，对咬合 桩作为永久结构使用的咬合桩复合结构设计 沦和方法进行了研究。同时 研究了不同搭配形式的咬合桩作为主体结构使用的可行 性，认为荤荤搭配的咬合桩可以作为主体结构一部分使用，但荤素搭配的咬合桩作为主体结构一部分使用要控制素桩的裂缝发展。 关键词：咬合桩；咬合桩施工；桩土相互作用 １弓Ｉ言’ 咬合桩闱护结构是一利嘶型的连续排桩支 护，咬合桩围护结卡句是一种桩身密排且相邻桩 桩身相割形成的具有防渗作用的连续挡土支护 廊防止钢筋笼上浮，当混凝土进人钢筋笼底端 １－２ｍ后，可适当提升导管。导管提升要平稳，避 免出料冲击过大或钩带钢筋笼。 （４）拔管成桩：边灌注混凝土边拔管，始终 控制问题。当荤素桩搭配咬合桩用作临时结构 时，设计足不考虑素桩的作用，而从试验的情况 看，素桩的存在相当于加大了钢筋混凝土桩受 压区混凝土的面积，这样对整个结构承载力的 结构，既可全部采用钢筋混凝土桩，也可以采用 素混凝土桩与钢筋混凝土桩相问布置。其优点 在于当成槽不稳定或要求地层扰动小的场合代 替连续墙的一种方案，而且其造价相对连续墙 而言要低。 ２钻孔咬合桩的施Ｔ工艺 钻孑Ｌ咬合桩是采用全套管钻机钻孔施１ ， 在桩与桩之问形成相互咬合排列的一种基坑围 护结构。桩的排列方式为Ａ桩和Ｂ桩间隔布置。 施工时，先施＿丁Ｂ桩，后施工Ａ桩．存Ｂ桩混凝 土初凝之前完成Ａ桩的施工。Ｂ桩一般采用超 缓凝混凝土，Ａ桩采用全套管钻机，切割掉相邻 Ｂ桩相交部分的混凝土，从而实现咬合（如同１ 所示）。咬合桩的钻孔平面布置形式灵活，且两种 类型的Ａ，Ｂ桩可以根据基坑开挖深度、场地的 水文地质情况、是否作为永久结构的一部分等 条件进行选择。比如两种桩＿丌『以是钢筋混凝土 桩和素混凝土桩的搭配，也可以是圆形钢筋笼 桩和矩彤钢筋笼桩搭配，还有圆形钢筋笼桩和 型钢加劲桩搭配，或 圆形钢筋笼桩和水泥土 搅拌桩搭配，国外还有钢筋混凝土桩和混合材 桩搭配使用的情况。 图１更 Ａ、Ｂ桩实现咬合示意图 ） ２．１单桩施工丁艺 Ａ型（配筋）单桩施工工艺流程如下：平整场 地一测放桩位＋施工混凝土导墙一套管钻机就 位对中一吊装安放第一节套管一测控垂直度一 压人第一节套管一校对垂直度一抓斗取土，跟 管钻进一测量孔深一清除虚土，检查孑Ｌ底一Ａ 桩吊放钢筋笼一，放人混凝土灌注导管一灌注混 凝土逐次拔套＋测定混凝土面一桩机移位。具 体为： ｆ１）钻机就位：精确测定桩中心位置，作为钻 机定位的控制点。 ｆ２诹土成孔：在桩机就位后，吊装第１节管 在桩机钳ｆ１中，找正桩管垂直度后，磨桩下 桩 管，压人深度约为１．５－２．５ｍ。用抓斗从套管内取 土，一边抓上、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２．５ｎｌ。第１ 节套管全部压人土巾后（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 行纠偏渊整，合格则安装第２节套管，继续下压 取土，直至达到设计孔底高程。 ｆ３）混凝土灌注：水下混凝土灌注采Ｊ玎导管 法，导管为￣２５０ｍｍ的法兰式钢管，埋人混凝 土的深度宜保持在２＿６ｎ、之间，最小埋入深度不 得小丁１ ｍ。严禁将导管提出混凝土而或埋人过 深，一次拔出高度不得超过４ｍ。混凝土灌注中 一７２一 中国新技术新产品 保持套管底低于混凝土面不小于２ｍ。 提高有很大的作用，所以有必要讨论素桩的作 ２．２排桩施．［工艺 用。在工程实践中，咬合桩的计算通常有如下几 施工原则是先施工Ｂ桩Ｉ１ ６１，后施工Ａ桩， 种情况： 其施工流程为Ｂ １一Ｂ２一Ａ １一Ｂ３ Ａ Ｂ４ Ａ３ 当荤素搭配的咬合桩作为永久结构使用 ……，如图２所示． ．时，不允许素桩出现裂缝；ＩＩ状态为素桩开裂阶 段，荤桩朱开裂，相当的计算截面为一Ｔ形，高 一度为ｈ０，翼缘高为ｈｌ。该阶段是过渡阶段 １不 必确定；当荤素搭配的咬合桩作为临时结构使 用时，可以允许素桩 现裂缝；当荤素搭配的咬 合桩作为临时结构使用时，可以把素桩的承载 图２ 力作为对结构安全储备，只考虑荤桩的作用。根 往往一台钻机施工无法满足—ｒ程进度，需 据混凝土结构基本原理，可以推导出上述状态 要多台钻机分段施］二，这就存在与先施工段的 的临界弯矩Ｍｃ 这里需要说明的是，此状态下 接头问题。处理方法为在施工段与段的端头设 素桩不能出现裂缝，其受拉区边缘最大应力达 置１个砂桩（成 Ｌ后用砂灌满），待后施工段到 到混凝土抗拉应力ｆｌｋ，拉应变达到ｅｔｋ，此时钢 此接头时挖 砂子，灌上混凝土即町。 筋的应变很小，为方便计算，计算时不考虑钢筋 ２．３钻孔咬合桩的技术耗 的作用： 算截面的临界弯矩Ｍｃｒ。取一微元面 环保效果好：由＿Ｆ利用全液压强动和加压 装置。使套管逐节均匀地旋转、错动压人土层 积：ｄ ２Ｒ ｃ０ｓ ０ｄ０微元的应力为（１ｓ ｓ，对ｘ轴 ｆ． 擘 中。同时用锤式抓斗 套管内取土，振动小、噪 ｄｓ业ｘｙ＝２ Ｒ ＣＯＳ ８ ｓｉｎＯｄＯ 音低；不使用泥浆，无泥浆污染环境的忧虑。施Ｔ 取矩有： Ｒ一 ： ， 现场整洁文明、很适合１二在城区内施工。 则积分有成孔和成桩质量高：自地表至孔底、整个孔 ： Ｍ，：３２ ｆｇ２０ ｙ￣ Ｒ ｃｏｓ３ＯｄＯ ，则 壁都用套管护壁，孔壁不会塌落：易于控制桩断 Ｍｃｒ－＝一３ｆ ，Ｒ 式中：Ｒ表示咬合桩半径，０表示夹 面尺寸与形状；禽水比例小，既方便外运，也容易 角。 处理孔底虚土，清底效果好；充盈系数小，节约混 ３．２状态ＩｌＩ的ｆ临界弯矩推导 凝土。在饱和地下水的土层中成孑Ｌ作业，套管自 ＩＩＩ状态的计算截面变为Ｔ形截面梁，根 动将地下水封闭，町继续干孑Ｌ作业，易于清除孑Ｌ 据剐度等效ｈ ０ ｈ，其中受压区高度系数，通 底虚土。 过圆彤截面受弯构件的承载力公式。因为该公 直观 好：随时丌Ｊ查验锤式抓斗内的土质 式重复考虑咬合部分混凝土作用会导致设计偏 情况，便于判断桩端持力层的位置，选择合理的 不安全，须按Ｔ形截面梁设计。相应的计算方 桩长．优化设计。 法主要有： 在套管保护下，人员可安全下到孔底 结合 （１）包络、叠加法；通过明挖法施工的基坑工 冲锤或人Ｔ控制爆破的方法清除障碍物。 程，按照施工顺序分丁况加荷，逐次求得最不利 成孔和浇捣桩身混凝土时，对周边土体几 内力组合。开挖阶段：同护墙各工况内力按支撑 乎无影响。 道数独立计算，求得各个工况的内力，而后包 与柱列式排桩支护结构相比其桩体数量较 络；回筑阶段：存逐层回筑内部结构的底板、侧 多，土体开挖量大，不能有效的利用土的拱效 墙、中板以及顶板时结构体系在逐步改变，因此 应，成本较高且施工丁期较长。 回筑阶段的结构内力宜随不同的结构体系分布 ３咬合桩受力机理分析 加荷和分布计算后叠加求得，侧墙的内力应按 由于咬合桩是桩与桩相瓦咬合，形成墙体， 单层墙和双层墙分别叠加。 共同承担止水和挡土作用，刚度较大，变彤小， ｆ２１增量法；适用于逆作法施ｌ丁的以及其他 一般将其作为主体结构或主体结构的一部分设 特殊Ｔ：法施工的车站，在施工过程中结构体系 ¨’和使用。咬合桩作为挡土结构，其破坏形式主 和荷载随着开挖、支撑、浇筑顶板、中板、底板以 要有两种：①、基坑的失稳破坏或者荤素桩出现 及立柱在不断发生变化，先计算由于荷载增量 弯｝抖｛断裂破坏，通过计算可确定桩的相关参数 引起的内力，再与前面的各工况荷载增量引起 触长、桩径、配筋）。②、桩与桩咬合面部分混凝 的内力叠加。 土 裂或者剪切破坏，通过咬合面强度验算可 ｆ３）有限元内力分析方法；随着计算机技术 以确定咬合量。 的普及，有限元法咆括连续介质有限元法和弹 ３．１素桩受力分析 性杆系有限元法１发展迅速，成为有着很好应用 荤素搭配的咬合桩受力时，需要考虑两个 日口景的基坑设计计算方法。目前连续介质有限 问题：素桩对整个结构受力的贡献和素桩的裂缝 元法由于土的本构关系还在发展中，缺乏真实 至Ｑ Ｑ：！ 工程技术 Ｃｈｉｎａ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ 水下土工布铺设施工技术研究 李虎 王敏 李鹏举： （１、邯郸市水利水电勘测设计研究院水利水电工程专业，河北邯郸０５６０００ ２、邯郸市水利水电勘测设计研究院工程管理专业，河北邯郸０５６００４） 摘要：围垦技术的发展与进步在滩涂围垦工程建设中作出了巨大的贡献。对软弱基础围垦工程中的关键施工技术从以下几个方面 进行分析研究：水下铺设土工布、水下碎石垫层铺设、堤身抛石、堤身沉降观测等，本项课题的研究，对进一步掌握软弱地基围垦施工 技术，为同类工程从主要施工设备选择、主要技术风险控制等方面提供可借鉴的施工经验。 关键词：软弱地基；围垦工程；土工布铺设 １水下土工布铺设施工技术 １．１铺设方案 免因为碎石抛洒完成，两块土工布搭接质量不 好。土工布铺设完成后，吊起滚筒，收起定位锚。 堤身抛石分别按加载计划分层梯级推进， 每层抛 顷序横向先抛中间后抛两边的方向进 滩面铺设前对基础加以平整，滩面上的杂 单张土工布铺设完成。（８黼布质量及碎石垫层 行，即先抛堤心，再抛内外海侧镇压层。 物如杂草、鱼网等应清除干净。土工布开始铺设 质量检查。土工布铺设质量检查，主要有水上钢 ２Ａ分区施工控制 时，作业船舶按定位方法进入铺设位置，然后抛 管探查和水下摸查两种。水上探查在施工过程中 根据施工进度要求和水上施工作业面，并 锚定位，船四角的四支锚按八字形抛设固定。之 进行，采用探测工具为直径４ｃｍ厚度３ｍｍ的钢 考虑施工时潮位影响和堤身抛石和面层石施工 后将卷好的土工布滚筒固定在土工布铺设船上， 管，钢管长度大于２．５～３ｍ米，当水深过深时，采 相结合等因素，对施工区域进行了划分。施工船 再将土工布滚筒缓慢ｔＪＬ，￣．ｋ中，土工布起始端用 用直径３ｅｒａ钢管，防止钢管过沉造成人员落水。 考虑—个浅水工作面和—个深水工作面，保证在 小锚固定好，通过作业船上四台铰锚机将船只缓 探查方法为，在土工布铺设过程中，乘坐交通艇 小潮水时也可以连续施工。水下分层抛填施工时 缓移动，拖动滚筒铺设土工布，随铺随抛船载碎 在土工布边缘处用钢管向下插设至涂面，通过钢 要在抛填的位置做好标识，填写抛投记录，避免 石。同样的程序进行下一块土工布的铺设。 管触底的感觉来判断土工布是否铺设到位，有土 漏抛、多抛，并详细记录加荷时间及加荷厚度，己 １．２施工流程和技术要点 工布的触底有弹性且无法再向下插探，没有弹 便控制堤坝的沉降速度。网格全部抛投完成后。 施工流程：土工布加工一土工布运输检 性，且可以继续插探的则没有土工布。碎石垫层 在退潮时，检查水上抛填部位的填筑断面，对于 测一土工布卷设—铺布船装料一铺布船抛锚定 检查采用水下潜水员摸查。 退潮后仍不能露滩部位，由测深仪或测深杆检 位—滚筒下放，土工布铺设一刁抛碎石镇压一本 １３水下铺设土工布施工船只和定位方法 查，对于欠填部位，做好标记，在下个高潮位补 块土工布铺设完成。 定位系统由３台高精度的ＧＰＳ、电脑、打印 抛，直至合格。 技术要点：（１）测量控制网设置及测量放样。 机及相关软件等组成，其中岸上１台，舟合上２ ３堤身沉降观测 建立基站，绘制土工布放样图并导人船载导航 台形成实时差分定位，能准确确定船舶的行走轨 ３．１沉降观测实施方案 图，形成施工导航图。确定土工布卷设边缘在滚 迹，定位精度为５厘米，且可以实现全天候作业； 测试目的：测得地基在各级荷载下的沉降 筒上位置，调整船上使船只航海导航图上显示两 土工布铺设装置由铺设滚筒、吊索、臂架、提升卷 量，了解地基的沉降规律，判断地基的固结、稳定 红色坐标点为土工布边缘坐标，并用移动站校核 扬机等组成。土工布铺设中，吊索为起吊滚筒的 情况，起到控制施工加荷速率的目的；测试项目 船载坐标准确性，无误后方可卷布。（２）涂面清 绳索，由于在铺设时的拉力较大，因此吊索必须 的布置：海堤地表沉降测试设计有１２个地表沉 理。采用两艘船拖长钢丝绳对施工范围内的涂面 具有足够的抗拉强度才能保证不被破坏。臂架为 降观测断面。在促淤堤轴线、内海侧和外海侧布 进行扫海工作，拖钢丝绳时要保证钢丝绳贴紧涂 滚筒的悬臂支承架。提升卷扬机主要为提升滚筒 置地表沉降观测设施，监测断面沿堤轴向间距为 面，来回各一遍，两艘船上均配备定位系统，以保 提供动力，在铺设时用以调节滚筒的深度，以防 ３００ｍ；监测仪器的埋设与观测。由于全部测点均 证清理范围不小于设计铺设区域。（３）土工布加 止滚筒过分的压紧泥涂面，使土工布滚筒因受阻 位于海上，且只有少数断面测点在低潮时可以出 工、运输、检测和卷布。土工布加工、存放首先将 力太大而滚动困难，造成土工布不能连续张开。 露，因此采用全站仪和水准仪进行测量。 土工布在陆地上进行缝制拼接，将单幅宽度６米 １４随铺布同时同步抛洒石料镇压土工布 ３－２沉降观测分析 的土工布拼接成宽度２３米的土工布，并按设计 石料抛填方法为，每移动一次船只移动距 通过对施工过程的原位观测及其成果的分 加工长度进行剪断。土工布经检测合格后，进行 离为１米左右，自滚筒—侧至另—侧抛填块石。 析，我们得出：在海堤建设中，要采取有效措施保 卷布工作。（４）石料装料及运输。土工布卷设完成 做到不漏抛不重抛，抛设完成后方可下一次移动 证加筋土工布的铺设质量，铺谚前救ｌ于堤面整平 后，铺布船靠在装料码头装载石料，船只装完料， 船只。碎石镇压方面，每完成３－５块土工布铺设， 工作，铺设后及时用小粒径石料压牢，尽量避免 自行行驶到施工区域，在计划实施的铺布位置抛 紧接着进行碎石垫层及抛石镇压。 大块石直接抛填到加筋土工布上；滨海相淤泥质 锚。（５）船只定位。使用定位装置国际较为先进的 ２堤身抛石施工技术 软土的流塑高，强度低，水平挤淤沉降往往占预 ＧＰＳ实时差分定位系统。（６）土工布铺设。土工布 ２．１堤身抛石施工技术流程 压期间总沉降的２５％－．，３５％；￣ＣＪｚ地基上筑堤时， 在水下正常打开后，通过控制绞锚机按着设定的 施工船装料一施工船运输一施工船定位一 可采用分级填筑法进行施工，使软土地基强度逐 铺设区域位置进行水底摊铺，移动时必须４个锚 石料抛投一检查抛投断面一验收一补抛位置标 渐适应上部荷载的增加，保证地基的稳定陛；海 机同时进行，两个拉紧，两个放松，如不同时或走 识—慌工船装料。 堤的轴线—般都较长，为了避免局部低洼段一次 偏必须及时进行调整。在摊铺过程中每次移动左 ２．２施工技术要点 性加载过大，在加荷前需对其补抛找平。此外，为 右的距离，反铲挖掘机抛投碎石将摊铺的土工布 具体放样过程本工程堤身抛石施工中采用 了减少工后的沉降和不均匀沉降，必须尽早完成 压住，使其不能上浮。铺至末端时，适当增加碎石 信标机配合罗盘定位，每条施工船舶配置一套信 荷载填筑，尽量使理砌时补填的荷载量小。 抛投量，放松滚筒吊索，将摊铺船移出铺设区，提 标定位系统，定位系统包括一台信标机、一台电 参考文献 升铺设滚筒，整个铺设过程完成，再移动铺设船 脑和施工定位软件。首先测量人员根据堤身设计 【１Ｊ徐承祥，俞勇强．浙江省滩涂围垦发展综述．浙 进行下一幅布的铺设。（７）碎石抛填。碎石抛填施 图纸画出施工放样图，并导人到施工软件当中， 江水利科敲 ．２００３． 工，主要工作有装料—运输＿＋定位一抛填，施工 现场施工人员根据电脑桌面上实时显示的施工 ［２］陈秀良，吴文华．围垦工程中围堤技术研究思 内容及要求与铺布相同，施工重点在于控制碎石 船位置和使用罗盘调整方向，指挥抛石船进行定 路探讨．浙江水利科技叨－２００６． 垫层厚度。土工布搭接处，不得重复抛洒碎石，在 位、施工。 ［３］宫宝军．浅谈海堤施工的施工要点冲国高新技 相邻块土工布未铺设时，预留距离暂不抛填，避 ２．３堤身抛石施工控制 术企业Ｌ刀．２００７． 反映土的应力应变关系的本构关系模型，以及 刚度分担，得到单根Ａ桩和Ｂ桩承受的最大 参考文献 计算参数难以确定，目前还得不到广泛的应用。 弯矩：根据两个弯矩值对两类桩进行配筋后， 【ｌ】郑琴，周文献耐下穿式立交桥排水问题的探 在对荤荤咬合桩进行设计时，常采用一个咬合 重新计算两桩的抗弯刚度；根据新的抗弯刚度重 讨叨．科技资讯，２００８． 桩标准段长度（２ｄ－２ａ）的地下连续墙计算的各工 新计算承受的弯矩，再重复以上计算直到前后 ［２］张志传．钻孔咬合桩施工工艺及常见问题的处 况所承受的最大弯矩Ｍ ｍａｘ，两类桩的内力按 两次配筋结果大致相同。 理叨铁道勘察，２００６． 中国新技术新产品 一７３—