叶颖炜
摘要：目前，地下连续墙因工效高、工期短、质量可靠、经济效益高，墙体刚度大，适用地层广等优点，成为大部分地铁车站围护结构的优先选择。而当车站选址位于孤石发育区域，地下连续墙施工前需要先对孤石进行预处理，工序较为复杂繁琐，施工工期和难度大大提高。针对这一现状，提出孤石发育地区，围护结构选型采取墙改桩，采用旋挖钻配合合金钻头，成孔时一并进行孤石处理，减少围护结构施工工序，节约工期，对咬合桩适用性进行分析，为孤石地区车站围护结构选型提供更多选择。
关键词：咬合桩；地铁车站；围护结构；孤石处理；旋挖钻
引言：
随着国内地铁建设的大范围开展，地铁线路不可避免的需要穿过孤石发育地区。孤石，顾名思义，是由于风化不均匀，导致残积土层，全风化层里夹杂中风化、微风化的球状风化体。
目前明挖车站围护结构大多数采用地下连续墙结构，地下连续墙结构对于残积土里的孤石，需要采取预处理措施，孤石的预处理措施一般有2种：先采取一槽两钻探明围护结构范围内的孤石，1）、对已探明的孤石采取深孔爆破的方式处理，对已完成爆破的爆破孔及探明孤石的孔采用素土封堵密实；2）对已探明的孤石采用冲击钻或旋挖钻处理，完成后回填素土封堵再成槽浇筑连续墙。以上两种方案均有各自的缺点：1）若采用爆破处理孤石，爆破振动对周边建构筑物有较大影响，易造成公众恐慌，社会影响较大；2）若采用冲击钻处理孤石，该工艺成槽时间长，对土体扰动较大，容易造成塌孔，施工质量不易控制，冲击钻产生的振动也影响周边建构筑物；如果采用旋挖钻机处理地下连续墙施工中的孤石，相邻钻孔之间形成的三角区域在成槽时不易处理，影响成槽质量，成槽时间长，且综合费用较高。
本文研究孤石地区，选用咬合桩代替连续墙的可行性，从以下两点进行分析：1、咬合桩与连续墙计算对比；2、咬合桩施工偏差对咬合厚度的影响。
1）围护结构采用咬合桩，采用增量法模拟施工全过程，采用弹性支点法和极限平衡法，模拟开挖支撑的实际施工过程。基坑外侧土压力按朗金土压力计算，砂性土和7H-b强风化层、填土层为水土分算，其余的采用水土合算。开挖面以下用一组弹簧模拟地层水平抗力，土的水平抗力系数按m法确定，计算用“理正深基坑支护结构设计软件（F-SPW7.0 PB5）”按弹性支点法进行计算。连续墙采用1000厚钢筋混凝土墙，咬合桩荤桩采用Ф1200@1600，素桩采用Ф1000@1600，其余计算参数一致。咬合桩平面布置如下：
通过计算得出，当采用C35，1000厚钢筋混凝土墙时，基坑位移，弯矩及剪力包络图如下：
当采用C35，Ф1200@1600钻孔咬合桩围护结构时，基坑位移，弯矩及剪力包络图如下：
对比以上计算结果，可以得知，当围护结构从连续墙改为咬合桩后，围护结构位移有所增大，但仍然处于规范一级基坑允许范围内，弯矩及剪力对比剪力墙增加较多。
根据《咬合式排桩技术标准》公式计算
咬合桩荤桩采用Ф1200@1600，素桩采用Ф1000@1600，考虑直径1000的素桩的作用，等效连续墙的厚度为1.14m，强度为C30，刚度比原连续墙刚度稍大。理正深基坑计算中未考虑素桩作用，故按单纯排桩计算最大水平位移偏大。实际计算水平位移与连续墙接近。
2）咬合桩成桩过程中，受施工误差影响，实际咬合范围可能会打折扣，通过公式计算桩长对咬合距离的影响，公式如下
根据《建筑基坑支护技术规程》，咬合式排桩允许偏差不大于50mm，
经计算得，桩偏差与桩直径无关，垂直度按30%考虑，当考虑双面偏差，咬合桩咬合厚度300mm，桩长35m时，桩底最小咬合距离为50mm。
由此可得，当咬合桩咬合厚度为300mm，桩长<35m时，咬合桩考虑施工偏差和垂直度偏差，最小咬合厚度满足规范要求。
考察实际采用咬合桩案例：
1）广州地铁七号线二期萝岗站主体围护结构，车站范围孤石较为发育，详勘地质探孔共98个（含部分附属和边坡钻孔），孤石揭露率约37/98=37.76%，个别孔揭露为串珠状分布（4个孔揭露孤石9个），最高强度达93MPa。针对车站主体围护结构，四周范围（左右线+端墙）共有钻孔38个，其中16个揭示孤石，详勘孤石揭露率约16/38=42.1%。考虑如此高的孤石揭露率，车站主体围护结构从1000mm连续墙改为Ф1200@1600咬合桩（素桩采用Ф1000@1600），实际施工效果良好，旋挖钻成桩时，对孤石采取旋挖钻+合金筒钻取芯等处理方案，实际施工时，桩侧预埋袖阀管，可对成桩效果不好，咬合厚度不够时，采取跟踪注浆，实际施工效果如下：，
成桩同时处理的孤石：
2）广州市轨道交通十三号线二期农林下路站风井及出入口围护结构由连续墙调整为咬合桩，较好的解决了孤石及硬岩地层成槽问题。根据现场参观考察的情况看，已挖基坑围护结构施工质量良好。
3）广州地铁二十一号线科学城站出入口桩基施工亦采用旋挖钻+合金筒钻取芯方式处理孤石，相对爆破及冲击钻处理孤石方式，工效及施工质量有较大提高，同等施工条件下，冲击钻成孔需要4天/桩，而旋挖钻+合金筒钻取芯方式只需1天/桩。
总结
1）咬合桩考虑施工误差和垂直度影响，需要保证咬合厚度，根据施工工艺的特点，咬合厚度a一般为20~30cm，桩越长咬合厚度越大，国标基坑规范4.3.10条规定不宜小于20cm。咬合桩施工现场反馈得，一般采取咬合厚度为30cm时，桩长控制在30m以下基坑底部的咬合质量较为合适，能保证咬合的之水止水效果。
2）如基坑较深，对止水效果要求较高，可采用全回转全套管钻机，可控制垂直度要求≤0.2%；孔位误差≤5cm。
3）咬合桩对于孤石发育地区，成桩速度快，处理孤石效率高，基坑深度适中的情况下，是较为适合的围护方案，因整体性相对于连续墙低，固建议在实际中对咬合桩围护结构进行大量而广泛的监测，在大量实测数据的基础上不断完善理论计算，让咬合桩成为一定条件下对比连续墙的更优选择方案。
主要参考文献：
1、上海地区钻孔咬合桩的变形分析和设计、施工方法 谢钦方《同济大学硕士学位论文》2006年；
2、钻孔咬合桩围护结构设计要点及设计优化研究 郭杰《铁道建筑》2009年第6期；
3、钻孔咬合桩的配筋计算方法 杨虹卫，杨新伟 地下空间与工程学报 2008年第3期 ；
4、《建筑基坑支护技术规程》
5、《咬合式排桩技术标准》。