锁脚桩在深基坑工程中的应用

摘 要：结合车站深基坑实例中部分槽段地下连续墙入岩及岩面低于基坑底面的工程特点，从基坑安全、成本、进度等方面考虑，连续墙上部使用液压抓斗成槽机取土，下部使用冲击钻冲出若干圆形嵌岩锁脚桩，形成上墙下桩的特殊形式地下连续墙。通过对该工法的阐述和施工应用，证明该项新的施工方法安全有效，并取得了可观的经济和社会效益。

关键词：嵌岩锁脚桩；地下连续墙；深基坑；成槽机；冲孔钻

1 引言

国内在解决深基坑地下连续墙入硬岩问题时，一部分采用双轮铣铣槽入岩[1][2]，此种施工方法虽进度较快，但成本较高，另有一部分采用冲击钻冲击入岩[3]~[5]，此种方法成本较低，但进度较慢；以上两种方法在施工的具有共同特征，即形成整体为立方体的地下连续墙形式。但在笔者看来，这些施工方法并不适用于所有的入岩深基坑工程。实际中存在硬岩岩面低于基坑开挖面一定深度的情况，经设计验算，深基坑地下连续墙下部仅需连接几根嵌岩锁脚桩即可满足深基坑的各项稳定性要求，达到相对较好的效果。本文即结合工程实例，详细阐述嵌岩锁脚桩在深基坑工程中的具体应用方法。

2 工程概况

2.1 车站设计

朝阳村地铁站为杭州地铁2号线最后一个车站，车站主体结构为地下二层岛式站台，矩形框架结构，站台宽度为12m，车站南北两端设配线区。车站主体围护采用800mm厚带工字钢接头的地下连续墙+内支撑结构。围护结构上行线总长度为347.841m，下行线总长度为402.556m，标准段内净宽为19.3m，配线区内净宽19.65～35.5m，基坑深度15.239~17.904m。车站采用明挖顺做法施工，基坑内支撑共设五道，第一、三道支撑设计为钢筋混凝土支撑，第二、四、五道设计为Φ609，t=16mm钢支撑，钢支撑通过槽钢联系杆与钢格构柱连接。

盾构井围护结构地下连续墙盾构井盾构井图1 朝阳村站围护结构地下连续墙槽段划分平面图

2.2 工程及水文地质概况

根据车站详勘地质资料，地下连续墙设计深度范围内地层依次为杂填土、素填土、砂质粉土、淤泥质粘土、砂质粉土夹粉质粘土、粉质粘土、全风化灰岩以及中风化灰岩。基坑挖深范围内以淤泥质粘土为主，部分基坑底位于淤泥质粘土地层，部分基底位于砂质粉土夹粉质粘土地层。本工程只有少部分连续墙原设计进入中风化灰岩，平均入岩深度6.0m，基坑底高出该段中风化岩面约6.5m。

场地浅层地下水属孔隙性潜水，主要赋存于表层填土。深厚的淤泥质地层渗透系数小于1.5×10-6，地下水被隔断于地表浅层。

3 成槽施工方案

3.1 嵌岩锁脚桩的设计和机械设备选型

地下连续墙的入土深度是根据基坑深度并考虑了基坑抗隆起、抗滑移、抗倾覆及整体稳定等确定的。本工程涉及入中风化灰岩的连续墙有6幅，此段基坑开挖深度为15.61m；原设计假设地下连续墙深度范围全为土层，经进行验算后其深度为28.1m；中风化岩和土层界面深度为22.03m，位于连续墙设计深度以上6.07m。

最初拟定在入中风化灰岩幅段使用双轮铣槽机，后综合基坑安全、进度、成本等多方面考虑，并经专家和设计单位等各方分析，决定连续墙上部采用液压抓斗成槽机抓土成槽，下部入岩部分采用冲击钻冲孔成桩，形成上墙下桩的特殊结构形式。本工程土层及全风化岩层部分连续墙使用液压抓斗成槽机成槽，中风化岩层采用圆形冲击钻冲击成孔。 3.2 入岩段地下连续墙成槽方法 3.2.1 液压抓斗成槽机施工

在施工导墙和泥浆制备完成后，成槽机液压抓斗垂直导墙中心线向下抓进，运用成槽机上自动测斜仪随挖随测，并用液压纠偏装置随时纠偏。通常每单元槽段采用2~3抓组成，根据一般设计幅宽，成槽多采用“三抓法”施工方法，即直线幅先两边后中间的施工原则，地下连续墙成槽过程见图2所示。

由于全风化灰岩层厚较小，一般采用液压抓斗成槽机完全可以将本层抓出，达到中风化灰岩层顶部。 在成槽机完成其可操作深度后、冲击岩层前，应对连接幅或闭合幅进行刷壁。具体采用重量约3吨接头刷进行接头清刷，清刷过程中对刷头采用清水清洗，确保接头无夹泥。

图2 嵌岩地下连续墙成槽示意图

3.2.2 冲击钻入岩

首先在导墙上标记出三个设计锁脚桩位，再采用冲击钻机冲击圆孔，泵吸反循环出渣，冲击钻的施工顺序见图3 所示。

图3 嵌岩地下连续墙成槽示意图

进入中风化灰岩层时，岩面多为斜坡形式，根据查阅勘察资料和观察落锤情况，如发现落锤时不稳

定、摇晃，此时应向孔内抛填片石，填至基岩顶面上30~40cm，然后再开始冲击。冲击过程中，要检经常查钻头直径，如钻头磨损应及时补焊，保证孔径，防止发生卡锤。 3.2.3 清底

待成槽机完成抓土后，即进行第一次清底工作；在锁脚桩冲孔完成后，下钢筋笼之前再进行第二次清底，即用浆泵反循环吸取岩面及孔底沉渣；在灌注混凝土前，利用导管采取泵吸反循环进行三次清底并不断置换泥浆。

3.2.4 圆笼、方笼孔口准确定位和立焊对接

钢筋笼的制作、安装和下放要求精度均较高，是本工程施工的难点。

根据整个连续墙的构造：上部为槽段内立方体，下接三个冲击孔圆柱体。钢筋笼形状如图4 嵌岩地下连续墙钢筋笼制安示意图所示。钢筋笼制作时，方笼和圆笼采取分离加工。钢筋笼下放前，用测绳反复量测，准确定出三个圆孔的实际位置，并在槽口导墙上做出位置标记。根据冲击孔的定位标记，先将三个圆笼下放至孔口，搁置于导墙上。起吊上部方笼至孔口与三个圆笼对接。由于加工的圆笼直径小于方笼厚度，可将圆笼插入方笼一定深度后进行焊接，以增加钢筋笼整体抗弯折能力。确认钢筋笼间焊接牢固后，起吊下放钢筋笼。在入槽特别是圆笼进入冲击孔过程中，应缓缓进行，准确就位，不得猛落强行下放。

图4 嵌岩地下连续墙钢筋笼制安示意图

在加工钢筋笼时，每个圆笼上部、与连续墙方笼相接段设置两根角钢，以增强嵌岩锁脚桩的抗折能力。为监测基坑开挖过程中连续墙的受力情况，在圆笼和方笼的连接位置焊接应变计，每幅连续墙安装三个。钢筋笼下放过程中，应梳理好监测线路。 3.2.5 多导管混凝土同步灌注

地下连续墙灌注混凝土前，为提高孔底混凝土灌注质量，对应三个圆笼位置下放三套导管。三套导管内的混凝土灌注必须均匀进行，并及时量测三个孔位的混凝土液面高度，以防止先上升的圆孔内浮渣进入后灌起圆孔内影响成桩质量。灌注过程中，应适当提升导管，当混凝土液面高出圆孔顶2m高度后，可将中间的一套导管缓慢拔出。利用剩余的两套导管对称下料，直至完成整个地下连续墙的混凝土灌注。

4 基坑开挖及监测

在设置嵌岩锁脚桩位置土方开挖前，连接好连续墙测斜、墙顶位移、钢筋笼应变计和支撑轴力等监测感应线路，监测开挖过程中墙体位移等情况。

基坑土方开挖在充分考虑时间、空间效应的前提下，遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则。随挖随撑，作好基坑排水，减少坑底暴露时间。根据土方开挖要求，横断面方向两侧对称开挖，竖向从上至下分层开挖，纵向分台阶流水作业。

通过对基坑土方开挖过程该区域的监测结果分析，位移和应力变化均在允许范围内；其变化数据和其他槽段开挖位置的变化数据进行比较，结果未现异常。

5 结语

嵌岩锁脚桩的应用不仅在设计上弥补了连续墙插入比不足的缺陷，使连续墙满足围护结构安全稳定的需要；进度上，与入岩段整体成槽相比减少了工作量，缩短了工期；在成本上，与双轮铣槽机成槽和冲击钻全断面整体冲击成槽相比也得到了节约，经济效益比较明显。此项新的施工方法适用于上土下岩的二元地质形式，同时需满足岩面在基坑底面以下的工程特点。因此，在具备类似的工程及地质条件时，嵌岩锁脚桩技术为深基坑围护结构施工提供了新的参考方法。 参考文献:

[1]徐伟,刘玉涛,吕鹏.超深嵌岩地下连续墙承载能力的试验研究[J].建筑施工,2002,24(5):397～400. [2]郑小敏,石春霞.超大型嵌岩地下连续墙施工关键技术研究[J].建筑施工,2008,30(7):3~4. [3]李赞.深圳地铁田贝站入岩地下连续墙施工技术[J].施工技术,2010,39(1):45~47.

[4]宓群,赵建忠,蔡建荣.嵌岩地下连续墙冲孔槽段施工新工艺[J].施工技术,2008,37(S):144~146.

[5]钟建驰,刘玉涛,徐伟.冯兆祥.嵌岩地下连续墙的结构模型试验研究[J].岩石力学与工程学报,2004,23(2):324~328.