钢筋混凝土咬合桩在杭州奥体主体育场深基坑临江堤支护工程的应用.pdf

浙 江建筑 ， 第 3 3卷 ， 第 7期， 2 0 1 6年 7月 Z h e j i a n g C o n s t r u c t i o n ，V o 1 3 3， N o 7 ，J u 1 2 0 1 6 钢筋 混凝土咬合桩在杭 州奥体主体 育场 深基 坑 临江堤支 护工程 的应用 Ap p l i c a t i o n o f t h e S t e e l Re i n f o r c e d Co n c r e t e Se c a n t Pi l e i n Su p p o r t i n g En g i n e e r i n g o f t h e De e p F o u n d a t i o n Pit Ne a r Ri v e r B a n k f o r t h e Ma i n Oly mp ic S t a d i u m i n Ha n g z h o u 郑建 荣 ， 陆 学水 ， 杨 威 长 Z HENG J i a n r o n g ，LU X u e s h u i ，Y A NG We i c h a n g ( 1 杭州奥体博览中心滨江建设指挥部 ， 浙江 杭州 3 1 0 0 5 3 ； 2 浙江江南工程建设管理有限公司 浙江 杭州 3 1 0 0 0 7； 3 五洋建设集 团股份有限公 司 ， 浙江 杭 州 3 1 0 0 0 9 ) 摘要： 介绍 了在杭州 奥体博 览中心主体 育场地 下深基坑工程 中， 采用 钻孔咬合 桩作为基 坑 围护 结构 的施工工 艺及其 特点 、 重点 、 难点 和技术质量控制措施 。这对今 后临近江河 、 基坑变形要求高的深基坑工程 ， 提供了一种 比较可靠的方法和思路 。 关键 词： 钻孔 咬合桩 ； 超缓凝混 凝土 ； 特大型工程 ； 临江堤深基坑支护 ； 应用 中图分类号： T U 4 7 3 2 ； T U 7 5 3 3 文献标志码 ： B 文章 编号 ： 1 0 0 83 7 0 7( 2 0 1 6 ) O 7 0 0 1 6 0 5 1 工程概况和水 文地 质条件 1 1 工 程 概 况 杭州奥体博览 中心主体育场位于滨江区地界 内 的钱塘江与七 甲河交汇处南侧。用地西北侧为钱塘 江 ， 西南侧为奥运路 ， 东南侧 比邻利 民河及地铁 ， 东 北 侧为 七 甲河 。 主体育 场 为 8万 座 特 级 ( 结 构 设 计 使 用 年 限 1 0 0年 ) 特 大型 体 育建 筑。主体 育 场建 筑 面积 为 2 1 2万 m ( 地 上 1 5 1万 m ， 地 下 6 0 9万 m ) ， 地 上 6层 ， 地 下 1 层 ( 局 部 2层 ) ， 建 筑 高 度 5 9 4 m， 为 钢 筋混 凝 土框 架结 构 。屋 面钢 结构 罩棚 轮廓 平 面形 状为近似椭 圆形( 长轴 短轴 = 3 3 3 m 2 8 5 m， 环型 花瓣由空间管桁架 +悬支单层 网壳钢结构 体系组 成 ) ， 见 图 1 。 0 0 0 0 m 相 当 于绝 对 标 高 7 4 0 0 m， 室 内外高差 0 1 5 0 m， 场 地 自然地 面平 均相对标高 一 1 2 0 m， 东 北 面 紧邻 七 甲河 堤 部 位 自然 地 面 标 高 为 +2 4 5 m， 底 板 垫 层 底 标 高 一 7 6 0 0 m， 独 立 承 台 底 面标 高 一 9 2 0 m。 图 1主体育场鸟瞰 图 基坑设计安全等级一级 ， 为特大型深基坑。平 面形 状 为近 似南 北 向为 长 轴 、 东 西 向为 短 轴 的环 形 椭圆 ( 图 2) 。基 坑 外 轮 廓 ( 1 M 轴 外 侧 ， 长 轴 X 短轴 = 3 8 5 1T I X 3 5 8 m) ； 内环 ( 1 一 D轴 内 侧 的 长 轴 短轴 = 2 0 0 m X 1 3 0 m) 。整 个 基 坑 采 用 了 复 合 土 钉 墙、 排桩 ( 咬合桩 )+混凝土 内支撑等多种形式相结 收稿 日期 ： 2 0 1 6 0 31 4 作者简介 ： 郑建荣( 1 9 6 3 一 ) ， 男 ， 浙 江江山人 ， 高级工程师 ， 从事建筑施工和工程项 目管理工作 。 第 7期 郑建荣等： 钢筋混凝土咬合桩在杭州奥体主体育场深基坑临江堤支护工程的应用 l 9 3 4 成 孔 施 工 钻孔 咬合桩 拟 采 用 MZ 一 2 B型 液 压 摇 动 套 管 钻 机成孔 ， 钻机由吊机 、 主机、 液压工作站、 冲击抓斗及 套筒 组 成 。该套 设 备可施 工 直径 8 0 01 2 0 0 m m 的 钻孔 桩 ， 最 大施工 深 度 达 4 5 m， 摇 动 力 达 1 2 5 5 k N， 最大 扭距 1 4 7 0 k N m， 根 据 杭 州 地 区类 似 工 程 施 工 经验 ， 可 以满 足本 工 程施 工需 要 ， 见 图 5 。 图 5液压摇动套管钻机成孔 在钻 孔 桩 成 孔 过 程 中 ， 用 套 管 正 反 扭 动加 压 下 切 ， 管 内冲击 抓斗取土 ， 使套管 压入至桩 的设计深 度 ， 形 成套 管护 壁 成孑 L ， 施工 速 度快 ， 成孔 精度 高 、 质 量 好 ， 桩 间相互 咬 合排 列形 成 围护墙 。 1 ) 钻机就位 ： 待导墙 验收合格后 ， 将套 管钻机 就位 ， 使套 管器 中心对 应在 导墙 孔位 中心 ， 并 调 整好 套 管垂 直 度 ， 首节 偏差 不得 大 于 2 。 。 2 ) 取 土成 孔 ： 先 压 入 第 一 节 套 管 ， 压 入 深 度 约 2 5 3 m， 然 后 用 抓 斗从 套 管 内取 土 ， 一 边 取 土 ， 一 边 继续 下 压 套 管 ， 始 终 保 持 套 管 底 口超 前 开 挖 面 2 5 m以 上 。第 一 节 套 管 压 人 土 中 后 ( 地 面 上 留 1 21 5 m， 以便于接 管) ， 检测垂 直度 ， 如不 合格 则 进行 纠偏 ， 合 格则 安装 第 二节套 管 继续 下压 取 土 。 如 此重 复 ， 直至 达 到设计 孔 底 。 3 5钢 筋笼制 作安 装 ( B序 桩 ) 钢 筋 笼 的制作 安装 与钻 孔灌 注桩 基 本相 同 。需 要强调 的是 ， 设计时适当加大保护层厚度 ， 取 7 5 mm 为宜。为保证钢筋在桩身混凝土 中的保护层厚度 ， 以及套 管 拔 除时产 生抱 死 现 象 ， 钢 筋 笼 主筋 上 应 焊 接 定位 钢 筋 2 0 ， 每 2 m 一 道 ， 周 圈不 少 于 4根 ， 长 2 0 0 m m。倘 若 主筋 为非 对 称 布 置 ， 制 作 和 安装 时还 应 保 证 主筋方 向的正 确性 。 3 6如何 配置超 缓凝 混 凝土 超缓 凝混 凝 土各 项性 能指 标 能否 满足 设计 施工 要求 ， 是决定钻孔咬合桩施工成 功与否的前提和关 键 。单 桩成 桩 每 循 环 时 间 约 为 1 5 h ， 则 单 机 成 桩 3 根 需用 时 约 4 5 h ， 考 虑 到施 工 中 的 不 可 预 见 因 素 ， 取 1 3 的 安全 系数 ， 则混 凝 土 的合 理初 凝 时 间为 5 8 5 h 。施工 中实际要求 A序桩混凝土 的初凝 时间 为 6 0 h 。施 工 前要 进 行 工 艺 试 验 ， 慎 重 选 用 高 效 缓 凝 减水 剂 。各种 原 材 料 的质 量 应 保 持 稳 定 ， 主 要 材 料应专罐专用 、 专车专送 ， 各车混凝土运抵工地后按 规定制备试块 ， 抓好现场施工组织管理 ， 保证施工连 续 、 有序 、 高 效快 速推 进 。 3 7水 下浇灌 混凝 土 由于本 工程地下水水位较高 ， 桩 身混凝土均采 用水 下混 凝 土灌 注法 施 工 ， 其 中 A桩 为 C 1 5超缓 凝 混凝 土 ， B桩 为 C 2 5混凝 土 。混凝 土 采 用 商 品混 凝 土 ， 施工 时混凝 土坍 落度 控制在 1 8 02 2 0 m m 之 间 。水 下混 凝土 灌 注 前应 再 次用 测 绳 检 测 孑 L 深 ， 以 测定 沉渣 厚度 ( 厚 度不 宜超 过 2 0 0 mm) ， 如 超过 必须 予 以清 除 ， 可 采 用抓 斗 直接 清 除 。水 下 混凝 土灌 注 施工 与普 通 混凝 土钻 孔灌 注桩 相 比 ， 有 以 下几 个 特 点要 引起 重 视 ： 1 ) 随混凝土面上升拔高套管 和导管 ， 逐步拆 除 套管和导管。根据导管埋深情况 ， 每次拆除 1 2节 导管 ， 导管拆除后应立 即冲洗干净 ， 以便下次使用。 套管提升时 ， 慢慢上拔并左右摇晃 ， 使混凝土能流入 套管所 占空 间 ， 同时注 意观 察 钢筋 笼有 无上 浮 ， 套 管 埋深 应控 制在 2 m 左右 。 2 ) 成桩 检测 ： 桩 体 强 度 达 到 设 计 强 度 后 ， 开 挖 至桩顶高程 ， 凿除桩头多余部分 ， 对桩位进行检验 ， 桩位 偏 差 应 在 5 0 m m 内 。同 时 采 用 钻 芯 法 检 验 桩 身质 量 ， 检 查数 量不 少 于 1 0根 。 3 8 咬合 桩 定位 与垂 直度控 制 3 8 1 咬合 桩定 位 导 墙 主 要 起 到锁 口和 导 向定 位 作 用 ， 施 工 中应 严 格控 制 精 度 。要 求 导 墙 预 留孔 垂 直 偏 差 不 大 于 1 mm， 导墙 表 面高 低 差 2 m m， 预 留孔 中心 线 与 咬 合桩纵轴线偏差 5 m m。 3 8 2 垂 直度 控制 为了保证钻孔 咬合桩底 部有足够厚度 的咬合 量 ， 除对其 孑 L 口定位 误 差严 格控 制外 ， 还 应对 其垂 直 2 0 浙江建筑 2 0 1 6年第 3 3卷 度进 行 严 格 的 控 制 ， 设 计 规 定 桩 的 垂 直 度 标 准 为 5 o ， 本工 程我 们 的 内控标 准 为 3 。 3 8 3 套 管 的顺直 度 检查 和 校正 钻孔咬合桩施工前在平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( 1 5 2 5 m) 的顺直度偏差检查 ， 偏差宜小于 1 0 m m。 3 8 4成 孔过 程 中桩 的垂 直度 监 测和 检查 1 ) 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 。 2 ) 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 。见 图 6 。 用笼子将 图 6孔 内 检 查 示 惹 图 3 ) 终孑 L 检测 ： 在 每根 桩 成 孔完 毕 ， 必须 进 行垂 直 度检测 ， 选两个 相互垂 直 的方 向进 行测 量 。垂 直度 必 须满足设计要求 ， 如不合格必须纠偏 ， 达到要求为止。 3 9遇特 殊 情 况下 的处理 方 法和 措施 3 9 1“ 管 涌 ” 在 B桩 成孔 过 程 中 ， 由于 A桩 混 凝 土 未 凝 固 ， 还 处 于流 动状 态 ， A桩 混凝 土有 可 能 从 A、 B桩 相交 处 涌 入 B桩 孔 内 ， 称 之 为 “ 管 涌 ” ( 图 7 ) ， 克 服 “ 管 涌 ” 的方 法 是 ： 1 ) A桩混凝 土的坍 落度应尽量 小一些 ， 1 5 0 1 8 0 mm， 以便 于 降低 混凝 土 的流 动性 。 2 ) 套管底 口应 始终保持超前 于开挖面 一定距 离 ， 以便 于造 成一 段 “ 瓶 颈 ” ， 阻止 混 凝 土 的流 动 ， 超 前距 离 宜大 于 2 5 m。 浪 凝 土 导 凝 土 导 讲 套 l I 4 取土面 d _ 1 _ r 超前套管底口 距取 寸 管 4 l 面距离， 2 5 0 0 ra m 口 凝土 钢； 方向 4 筋 混凝土管涌方向 寸 4 混 4 凝 I 寸 A 桩 老 A 桩 i ll ， ， l i I ( 成孔) 图 7 B桩施工过 程混凝土管涌示意 图 3 ) 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 混凝 土 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 混 凝 土顶 面 ， 如发 现 A桩 混 凝 土 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 。 3 9 2遇地 下 障碍 物 基 本与 普通 钻孔 桩 的方 法相 同 ， 此 略 。 3 9 3分段 施工 接头 的处理 方法 在施 工 段 与段 的端 头 设 置 一个 砂 桩 ( 成 孔 后 用 砂灌满 ) ， 待后施 工段到此接 头时挖 出砂灌 上混凝 土 即可 。 3 9 4 事故桩的处理方法 基本 与 普通 钻孔 桩墙 的抗 渗 补漏 相 近 ， 此 略 。 3 9 5 施 工 中 的注意 事项 1 ) 由于咬合灌注桩施工连续性 的特点 ， 须切实 抓 好 现场施 工 组织 管 理 ， 确 保 混凝 土 供 应 和 工 序衔 接 正常。否则 ， 过多设置砂 桩， 不利 于 围护结构 止 水 ， 增 加施 工成 本 。 2 ) 由于砂 质粉 土振 动 易液 化 ， 而施 工采 用 的 冲 抓 取 土方法 不 可避 免 地 要 对 地 层 产 生 一 定 的扰 动 ， 所 以在地下管线密集或周围建筑物沉降要求较高的 地 段应 注意 做好 管 涌 的预 防措施 。以免 对周 边 环境 造成大的影响。故可采用旋挖取土工艺。 3 ) 严格控制桩 体的垂直度是保 证咬合桩 的关 键 ， 在施工前要制订完善的垂直度控制及纠偏措施 ； 同时， 加强施工人员的质量意识教育 ， 在施工 中要求 严格 执行 。 ( 下转 第 2 3页 ) 第 7期 景凯等 ： 深基坑施工时对邻近既有建筑的保护措施 2 3 2 4 2 深 层土 体 水 平 位 移 、 地 下 水 位 、 支 撑 轴 力 的 监 测 深层水 平 位移 能 够很好 地 反 映边坡 结 构 自上 至 下 的水平位移， 某段的水平位移较大， 则说明此段后 的土压力较大， 锚杆拉力 、 支撑轴力较小或发生了其 他异常情况 ， 此时必须检查锚杆拉力 、 支撑轴力偏小 的原因， 检查坡后土体 中的水位是否上升。根据现 场 及周 边环 境 ， 在基 坑 沿 既有 建 筑 一 侧 共 设 置 5个 水 平 位移 监测 点 。 地 下 水 对 基 坑 的安 全 影 响 较 大 ， 根 据 现场 及 周 边 环境 ， 在 基坑 沿 既有 建筑 一 侧 共 设 置 6个 水 位 监 测点 ， 其 中坑内 2个。根据支撑结构形式 ， 现场共布 置 3组 应力 计 。监测 结 果见 表 2 。 表 2 深层土体水 平位移及支撑轴力监测值 基坑最大水平位移控制值为 4 0 m m， 支撑轴力 控制值为 1 0 0 0 0 k N， 监测结果均在设计控制值范围 内， 周边房屋及道路未出现明显沉降与裂缝。 3 结 语 深基 坑 施 工 必然 会 对 周边 建 筑 产 生 影 响 ， 本 项 目在深基坑施工前对周边建筑物有充分 了解 ， 并安 排 第 三方 专业 机构 对 房 屋 进 行 安 全监 测 ， 避免 了事 后建筑物出现质量问题 时责任不清 ， 引起纠纷。整 个深基坑施工过程 ， 措施得当， 对周边建筑物的沉降 影 响也 在设 计控 制 范 围内 。 参 考 文 献 1 济南 大学 ， 莱西 市建 筑总公 司 ， 山东省 工程 建设 标准 造价 协 会 G B 5 0 4 9 7 -2 0 0 9建筑基坑工程监测技术规范 S 北京 ： 中 国计划 出版社 ， 2 0 0 9 2 赵志缙 ， 应 惠清 简 明深基坑工程设 计施工手册 M 北京 ： 中 国建筑 工、 出版社 2 0 0 0 ( 上 接 第 2 0页) 4基坑监 测结果 基坑 从 2 0 1 3年 1 2月 开 始 至 2 0 1 4年 的 1 1月 止 ， 经全 程 基 坑 监 测 ： 土 体 最 大 水 平 位 移 +3 0 一 4 0 m m( 4 5 mm) ； 坑 顶 最 大 沉 降 为 一4 8 9 m m (一1 0IT l m) ； 水平撑最大轴力 一 5 6 6 0一一 3 2 2 0 k N (N 1 6 0 0 0 k N、 N 2 7 5 0 0 k N) ； 地 下 水 位 变化 最 大值 2 5 0 m m d ( 5 0 0 mm d ) 。均控制在设计警戒 值 内， 安全有效。 5 结 语 钻孔咬合桩基坑围护施工速度快 、 止水效果好。 从 杭 州奥 体 主体育 场 临七 甲河 标准 堤塘 侧 基坑 开挖 出的桩体来看 ， 在桩身垂直度、 桩芯混凝土质量及挡 土止 水等 方 面均达 到 了预期 效 果 。通过 对 坑外 土体 位移 、 水位观测 、 沉 降观测等效果来看 ， 也达到 了理 想 的效果 ， 具有较高的工程推广价值 。 钻孔咬合桩是在全套管灌注桩技术基础上发展 起来 的一项基坑围护新技术 ， 近年来在杭州地铁深 基坑 施工 中得到 应用 和 发展 ， 民用 建 筑 深 基 坑 首 次 在杭 州奥 体 主体 育场 基 坑 支 护 工 程 中得 到 了应 用 ， 从技术可行性、 经济合理性及环保要求等方面来看 ， 其优点如下 ： 由于采用了全套管 的跟管钻进及其取 土方法( 冲抓或螺旋钻 ， 本工程用 的是 冲抓 ) ， 避 免 了塌孔 、 缩颈等质量通病 ， 有效防止了孔内流砂 、 涌 砂现象 ， 全套管的护孔方式保证 了成桩质量 ， 桩间紧 密咬合 ， 形成整体无施工缝连续基坑围护结构 。对 沉降及变位易控制 ， 能够紧邻相近的建筑物、 地下管 线、 江湖河堤施工 ； 相 比较地下连续 墙围护工艺 ， 性 价比高 ； 相 比较钻孔灌 注桩结合旋喷止水的围护 工 艺 ， 具 有桩 体成 型效 果好 ， 可 以避 免桩 孔灌 注桩 塌孔 的缺陷 ； 施工 中可干孔作业 ， 无须排放 泥浆 ， 环境 污 染小 。