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摘要：近年来，随着临海（湖）建筑的兴起，深基坑工程也越来越多，如何在临海（湖）等复杂地质条件下进行深基坑支护，成为设计及施工亟需解决的问题。本文以临海（湖）的筼筜污水处理厂进水系统改造工程为例，简要介绍该工程深基坑支护施工技术，以此结合临海（湖）深基坑工程的具体实践，对咬合式排桩作为支护体系及止水帷幕等关键技术进行分析，为临海（湖）地区深基坑支护施工提供参考。
关键词：深基坑 止水帷幕 咬合排桩 基坑支护
1 工程概况
筼筜污水处理厂进水系统改造工程位于东临厦门市筼筜湖旁，距离筼筜湖不到50米距离，西邻夏禾泵站集水池不到50米距离，东侧与筼筜湖之间为西提东路，西提东路为采用填海方式作为路面基础，填海采用抛石加杂填土回填而成，因抛石层具有良好的通水性，让筼筜湖及集水池的水与基坑形成了过水通道。该施工区域地下水位还受海水影响严重，有的甚至与海水直接贯通。
该改造工程位于筼筜污水处理厂内，主要建设内容包括：1、新建一座规模2.5万吨水量调节池及配套提升泵站；2、新建1座10万吨/日往海天泵站的转输泵房（设备暂不实施）；3、新增建筑面积4750平方米，配套管网最大管径DN1600。其中，调节池结构为钢筋砼半地下式结构，平面尺寸为28.6m×12.5m，池体施工时基坑基本深度为-10.2m，局部深度达-13.2m，属于典型的临海（湖）深基坑工程。
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图1 基坑支护结构平面布置图
2 基坑支护及咬合式排桩施工
2.1 深基坑支护方案
由于地下水丰富，潮汐水位落差大、流动性强、基坑开挖深度大、地质条件复杂等特点，给深基坑支护及地下结构施工带来很大难度，根据设计图纸，并结合现场实际情况，本工程采用混凝土咬合式排桩和钢支撑作为基坑支护体系，咬合式排桩还可以兼做止水帷幕。咬合式排桩是指混凝土桩或其他桩型相互咬合搭接形成的具有挡土和止水作用的连续桩墙。由于混凝土咬合桩强度高、垂直度好，在地下水位高、流动性强的场地具有良好的止水效果，况且具有施工工艺成熟，工程造价低廉等优点。施工时，只要能控制好冲(钻)孔灌注桩的垂直度，采用成孔后再灌注混凝土成桩的施工工艺，咬合搭接效果好，能有效堵截海水补给。
基坑施工顺序为：场地清表并平整至4.500标高->桩基施工->咬合桩围护施工基坑内高压旋喷桩重力式挡墙->基坑区域放坡开挖至标高2.000->开挖至1.100，施工混凝土围檩及第一道钢支撑->盆式开挖至第二道支撑底标高->施工第二道钢支撑->盆式开挖至-5.700米标高->浇筑-4.600米标高底板->施工北区第三道围檩及钢支撑->北区开挖至底标高->施工北区底板、池壁->拆除第二道支撑->施工调节池结构（包括内部0.100标高框架）至第一道钢支撑下方->施工换撑->拆除第一道钢支撑->施工池体主体结构->进行整池闭水试验->基坑回填至钢支撑下0.5m->拆除型钢支撑->基坑回填至4.5标高。
2.2 施工准备
首先，施工前应平整场地，并能保证场地平整后可提供安全可靠的施工场地。施工采用的桩机为全国最先进的双动力多功能机械，此机械需挖机、空压机、履带吊等机械设备的配合，对施工场地要求非常高。
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图3 双动力多功能桩机
其次，进行施工场地围挡打围，并在围挡上方装上喷淋及场地内准备雾炮机，避免桩机在施工过程中产生飞土对场地外人员及车辆造成伤害，也可以大大降低扬尘污染，形成良好的施工环境。
2.3 定位放样及导墙施工
为了提高冲孔咬合桩孔口的定位精度和提高钻孔咬合桩垂直度，在钻孔咬合桩桩顶设置钢筋混凝土导墙，导墙上定位孔直径宜比桩径大20 mm。钻场地平整后采用RDK对围护桩进行定位，定位完毕开始导墙施工，施工采用定型化钢模板加木模混合，导墙为咬合桩两边1M的范围，高度400mm，配双层双向直径12mm螺纹钢，间距150mm钢筋网片，砼强度等级大于C20，导墙高度高于地面10cm，以此来保证导墙的稳定性、准确桩体定位及施工机械安全。
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图4 导墙施工
2.3 咬合式排桩施工
导墙施工完毕后的下一道工序即为施工咬合桩，当导墙达到设计强度后，双动力多功能打桩机应立即就位，利用打桩机将钢护筒套在钻杆外，调整机械垂直度，在定位准确后下钻。
目前工程界最多采用的是冲孔机械，此机械功效慢，噪音大，为提高工作效率、保证施工进度要求、降低环境污染，该工程采用的是全国最先进的双动力多功能桩机施工，该桩机是双动力（旋转及锤击）。采用该桩机的优点为施工工期短，噪音小，安全可靠。由于该场地地下土层为杂填土和抛石层，杂填土深度5米左右，抛石层深度10米左右，除此以下全是海泥。施工桩基主要困难在于抛石层，而采用该桩机可以将土层及抛石击碎并采用大功率空压机送气到钻头以内将渣土从钻杆内冲出。
咬合桩施工工艺流程：平整场地▬▬测量放样▬▬施工混凝土导墙▬▬冲钻孔机就位对中▬▬吊装安放钢护筒▬▬测控垂直度▬▬泥浆护壁、冲孔成孔▬▬测量孔深▬▬清除虚土、检查孔底▬▬若是B桩则吊放钢筋笼一下灌注导管▬▬水下混凝土灌注▬▬测定混凝土面▬▬拔护筒并钻机移位。
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图2 咬合桩施工工艺流程图
图中A桩为素混凝土桩，B桩为钢筋混凝土桩，按桩成孔时桩基材料的凝结情况,可分为“软法切割”和“硬法切割”,“软法切割”时A桩一般采用超缓凝混凝土,“硬法切割”则对A桩材料没有特殊要求,因此，本工程采用普通混凝土材料。A桩采用冲孔钻机（加全套筒）施工，B桩采用全套管全回转钻机施工。总的施工原则是先施工A桩，后施工B桩。导墙应在冲孔机械进场前先施工，待导墙有足够的强度后，方可进行混凝土A桩施工，后施工B桩，采用“跳二打一”的施工方法(见图2)。挡土结构采用冲孔灌注桩，并与混凝土桩咬合搭接，亦作为止水帷幕的一部分，搭接长度250 mm。
桩基施工过程中，应注意以下几点：
1、钻机就位后应对钻管进行垂直度控制，垂直度应小于 1/350。咬合桩排桩垂直度允许偏差为1/300。若发现偏差应及时纠偏，如A桩发生较大偏移，可向孔内填入碎砖渣或粘土，回填偏斜、弯曲处竖向向上2～3 m，吊住钻锥进行反复扫孔，直到纠正为止。B桩纠偏方法与A桩基本相同，不同之处是向孔内填入与A桩相同的混凝土， 避免在桩间留下土体夹层，从而影响咬合桩的止水效果。
2、咬合式排桩施工前应进行试桩，试桩数量应根据工程规模和施工场地地层特点确定，且不应少于1组，每组不应少于3根，其中A桩不应少于2根，B序桩不应少于1根。
3、单桩混凝土灌注应连续施工，混凝土灌注的充盈系数不得小于1，水下混凝土实际灌注高度宜超灌50cm以上，设计桩顶接近地面时桩顶混凝土泛浆应充分，凿去浮浆后应确保桩顶混凝土满足强度要求。当孔内有水，采用导管法水下砼浇筑，导管提升应缓慢、平稳、避免出料冲击过大或钩带钢筋笼上浮，本工程采用硬切割方式咬合桩，所以在砼浇筑过程中应及时拔套管，起拔量不应超过100mm，保持砼高出套管底端2.5m，套管应来回转动，拔到最后一节时，应先拔套管，后拔导管，导管拔出后应进行补灌，宜超灌50cm以上，防止桩顶浮浆能清理干净。
4、咬合式排桩工程应进行桩位、桩长、桩径、垂直度和桩身质量的检验，并符合相关规范及技术标准的要求。
2.4 施工桩基采用的预防措施
在临海基坑支护咬合桩施工过程中，控制好混凝土的浇筑环节尤为关键。在本工程实际地质情况下，抛石层具有良好的透水性，使基坑底部产生透水通道，从而让海水与基坑之间形成了一个大的连通器。因此，在浇筑砼的时，涨潮和退潮会对浇筑的未凝固混凝土产生巨大的吸力和冲击力，造成拔完护筒而混凝土未完全初凝时被海水带走，产生断桩，从而导致在基坑开挖时发生大量的海水涌入基坑，造成止水帷幕失效，严重影响工程进度，产生不可预估的损失。
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图3 围护桩咬合桩产生局部漏水
针对该情况，在施工过程中，可以采取一定的预防措施，来阻止上述不良情况的发生。首先，在浇筑混凝土前，应事先了解当地的气象情况，记录每天涨潮、退潮的高峰时间段，施工过程尽量错开涨退潮，选择在海面最平静的时候浇筑混凝土，从而避免在施工咬合桩过程中，造成桩身混凝土被海水涨退潮原因带走，形成断桩。其次，在临海（湖）深基坑施工前，应事先对施工区域进行地下障碍探测，可采用基坑周边及道路地下病害体（地质雷达法）检测，查清基底是否有大的水流通道，基底是否与海水相连通，并在基坑支护施工时，严格按照设计图纸及规范要求做好止水措施，保证止水帷幕的有效性，避免出现漏水情况发生。
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图4 大面积漏水导致基坑严重滞水
2.5 事故桩处理
在咬合桩施工过程中，如果发生局部甚至大面积漏水现象，应立即分析事故原因，并采取疏堵结合的方式进行补救。主要事故桩有单侧不咬合和双侧不咬合两种情况，桩基不咬合的主要原因是A桩混凝土出现早凝现象或人为因素(如机械设备故障)等。
发生单侧不咬合事故桩时，可能因为在B1桩成孔施工时，其一侧A1桩的混凝土已经凝固或A1桩混凝土强度高于A2桩，使冲钻成孔不能按正常要求冲切咬合A1、A2桩。使得B1桩容易偏离A1桩向A2桩方向平移并咬合，形成单侧不咬合。采取的补救措施是在A1桩和B桩外侧另增加一根旋喷桩作为止水帷幕处理。
发生双侧不咬合事故桩时，可能因为B1桩成孔施工时，其两侧A1、A2桩的混凝土均已凝固，成孔时易偏桩位中心线，使得B1桩不能正常冲切咬合A1、A2桩，形成双侧不咬合。采取的补救措施是放弃B1桩的施工，调整桩序继续后面咬合桩的施工，施工完毕后，在B1桩外侧增加三根咬合桩及两根旋喷桩作为补强止水处理。在基坑开挖过程中将A1和A2桩之间的夹土清除干净，及时喷上混凝土。
本工程施工过程中，在基坑开挖过程中发现断桩及漏水厉害的桩身，我们采取的措施是立即将开挖出来的土回填，然后在咬合桩的外侧及内侧同时采用增加旋喷桩等止水帷幕，将周围抛石的通水空洞填实及固化，让大漏水变为小漏水，这种处理办法经实践证明非常有效，可在今后的类似工程中推广使用。经分析研究，如场地允许，可在咬合桩的内排进行补桩处理，增加一排灌注桩作为止水帷幕，针对地下水丰富的地区，宜采用软咬合施工工艺施工，因硬咬合工艺在A桩和B桩之间容易在咬合部位形成施工冷缝，软切割是在混凝土初凝开始咬合，建议采取软切割工艺。
3 结论
临海（湖）基坑一般有砂层、卵石层分布，且地下水充沛、潮汐水位落差大、流动性强，对于该类深基坑，首先要采取有效的措施堵截海水、湖水灌入，止水效果的成功与否，关系到基坑施工的安全，也会对工程进度产生影响。
本文采用的咬合式排桩是近年来发展起来并得到迅速推广应用的一种深基坑支护形式,相较于其他支护方式,咬合式排桩具有平面布置灵活,防渗能力强、施工进度快、环境影响小等多重优点，混凝土咬合桩作为止水帷幕的效果也毋庸置疑。与传统支护形式相比，该技术具有明显的综合优势及显著的社会经济效益,通过不同桩型和施工工艺的配套使用,可应用于各类地质条件的深基坑支护。
咬合式排桩采用的冲孔灌注桩侧向抗压强度大，在基坑支护中经常采用。在临海、临江基坑支护中，根据开挖深度及基坑周边条件，综合安全和经济因素，选择混凝土咬合桩进行基坑支护及止水帷幕，具有一定的推广应用价值。目前,咬合式排桩的设计理论尚未成熟,需要结合工程实践经验进一步研究发展和应用。
参考文献：
[1] 林礼进 ，《刚塑性混凝土咬合桩在临海深基坑支护中的应用》. 福建省第二地质勘探大队，2013。
[2] 喻祥发，陈振明，孙朋，许其武，《咬合式排桩施工技术应用与对比》. 中建钢构有限公司，2019。