探究復雜地質(zhì)條件下止水咬合樁施工難點與應對

趙鑫ZHAO Xin

（中交一航局第三工程有限公司，大連116000）

0 引言

近年來，我國的工程發(fā)展不再局限于地面上，也逐漸的擴張到了天上地下，地下海下工程也在不斷的創(chuàng)新發(fā)展。止水咬合樁作為地下工程深基坑的圍護結(jié)構(gòu)，是地下工程的根本。在國外有成功成熟的施工經(jīng)驗與施工方法，但在我國的應用時間不長，引入時間短，而且研究也并不是很深入。但為了滿足目前地下工程的發(fā)展，把止水咬合樁推到了創(chuàng)新發(fā)展的重要地位，不斷地對止水咬合樁技術(shù)進行研究。止水咬合樁是既可以止水又可以兼顧支護的結(jié)構(gòu)形式，在一些工程上得到采用，但由于地質(zhì)條件的復雜多變，咬合樁成樁的垂直精度難以控制，咬合部位經(jīng)常出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，并且緩凝混凝土技術(shù)不成熟。需要對止水咬合樁不斷地探索研究，促進地下工程的發(fā)展。

1 工程概述

本工程位于大連市梭魚灣海域的臨?；靥顓^(qū)，建成后做為海底隧道工程的沉管預制場地。該回填區(qū)地質(zhì)條件復雜，上層土為雜填土、素填土、粉煤灰等土質(zhì)，含較多的建筑垃圾和碎石，其余還有煤灰；下層是巖石。

對于臨海區(qū)域的深基坑工程，基坑止水無疑是一項重要的工程之一。經(jīng)專家組討論研究，確定在塢壁覆蓋層采用咬合樁止水，在巖基采用帷幕灌漿止水。止水咬合樁分為止水咬合樁和支護兼止水咬合樁。止水咬合樁采用直徑1.0m 的葷素兩種樁間隔布置，按0.75m 的間距布設(shè)，咬合寬度為0.25m，樁底入巖基1.0m。止水咬合樁的斷面示意圖如圖1 所示。

圖1 止水咬合樁的斷面示意圖

支護兼止水咬合樁采用直徑0.8m、1.0m、1.2m 三種的葷素兩種樁間隔布置，素樁樁底入巖1.0m，根據(jù)不同的樁直徑，樁底入巖深度相應有2.5m、3.0m、6.0m 三種。素樁采用C20 超緩凝混凝土，坍落度為200±20mm，緩凝時間大于等于60 小時；葷樁采用的是C35 混凝土的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土的坍落度為200±20mm。支護兼止水咬合樁的斷面示意圖如圖2、圖3 和圖4 所示。

圖2 止水咬合樁直徑0.8m 的斷面示意圖

圖3 止水咬合樁直徑1.0m 的斷面示意圖

圖4 止水咬合樁直徑1.2m 的斷面示意圖

葷樁采用軟咬合工藝，在素樁C20 混凝土澆注完24小時至初凝期間，最多36 小時的時間段，進行葷樁施工，以達到良好的咬合效果。葷樁相較于素樁就是在葷樁中有鋼筋籠，而且施工過程的要求比素樁更高。本工程中，止水咬合樁平面總長1564m，支護兼止水咬合樁平面長275m，咬合樁總長1.6 萬延米，平均樁長約為6.4m，共計2481 根。

2 工程施工重點難點

2.1 復雜地質(zhì)條件 在進行整個地下工程時，由于地下的環(huán)境是未知的，地質(zhì)勘探就十分的重要。地質(zhì)的復雜程度分為簡單，中常和復雜區(qū)，雖然有簡單地質(zhì)，但并不能保證絕對的簡單，是相對程度上的簡單。地質(zhì)的勘察作為整個工程施工的第一步，對后續(xù)的施工計劃的制定是至關(guān)重要的，根據(jù)不同復雜程度的地質(zhì)分析并制定合理的鉆孔工藝和整個工程的施工計劃，對解決后續(xù)出現(xiàn)的疑難點是有用的。

在止水咬合樁的施工工程中，地質(zhì)條件對鉆孔的過程有很大的影響。本工程是在回填區(qū)施工進行，地質(zhì)復雜，上層土為雜填土、素填土、粉煤灰等土質(zhì)，含較多的建筑垃圾和碎石，其余還有煤灰；下層是巖石。為了保證咬合樁的止水和穩(wěn)定，樁底要打入巖基，上層的土質(zhì)不均勻，鉆孔是易出現(xiàn)坍塌。在巖石層，鉆孔無疑也是一個挑戰(zhàn)，巖石是硬度和脆性都很高的物質(zhì)，且塊石、孤石較多，鉆孔困難，易發(fā)生樁孔偏位、斜孔等問題，影響孔的尺寸。對鉆孔工具的要求也就很高，鉆孔工具刀具的性能不僅要硬度高于巖石，還要有很強的韌性。鉆孔施工易出現(xiàn)縮孔、斜孔、坍孔等問題，尺寸偏差，導致鋼筋籠難以下放，增加施工難度，影響工期，對止水和支護效果都會有影響[1]。

除此之外，復雜的地質(zhì)條件還會影響混凝土的澆注，一旦因為鉆孔時孔斜或孔縮都會影響混凝土的澆注，一方面會影響混凝土澆注的進程，從而影響工期，另一方面會影響止水咬合樁的質(zhì)量。若孔斜，混凝土在澆注會受力不均勻，導致止水咬合樁的穩(wěn)定性降低，對止水咬合樁的安全質(zhì)量有較大的影響，而且止水咬合樁是成規(guī)模澆注的，一旦一個孔斜，其余的止水咬合樁也會受到相應的影響?？s孔會直接影響止水咬合樁的尺寸，止水咬合樁是一根素樁和一根葷樁相互咬合建造而成，一旦尺寸發(fā)生變化，就會降低一葷一素兩樁之間的咬合，降低止水咬合樁的工程質(zhì)量，還會出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。

2.2 止水工程 在回填區(qū)的上層土質(zhì)結(jié)構(gòu)中，有一些動植物的殘骸經(jīng)多年有機微生物的反應變化，就有粉煤灰層，煤灰層松散、飽和，受震動后易液化，再加上海水中富含的多種物質(zhì)，會對巖石的表面有腐蝕的影響，使巖面起伏不平；煤灰松散液化易流走，從而就還會引起溶溝、溶槽、溶洞的出現(xiàn)，導致土質(zhì)不穩(wěn)定，易塌陷。在此類地區(qū)進行開挖施工時，會有大量水涌入，混成泥漿，施工極其困難。海水由于月球引力的影響，在不同的季節(jié)和時間段中，不可避免地發(fā)生潮漲潮落，潮汐造成的涌水量是不同的，會增加施工過程的難度，所以在施工時就要把握最佳的施工時間，避免大量的涌水量造成施工不便。

作為止水咬合樁，止水性能無疑是最重要的性能。在止水咬合樁澆注時，澆注的時間和方法把握不正當會出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。由于地質(zhì)條件復雜和鉆孔施工控制不當，會使孔垂直發(fā)生偏差，從而導致樁與樁之間咬合不完整或根本沒發(fā)生咬合，產(chǎn)生滲水現(xiàn)象，除了會產(chǎn)生涉水的現(xiàn)象，還會影響止水咬合樁的工程質(zhì)量，水滴石穿，增加了水和止水咬合樁的接觸面積，加快止水咬合樁的腐蝕，而且咬合位置作為節(jié)點是整個止水咬合樁結(jié)構(gòu)最薄弱的位置，從而就會降低止水咬合樁的使用年限。另一方面滲水現(xiàn)象也會發(fā)生在澆注的過程中，由于混凝土的特性，凝固的時間不均勻，沒有把握好最佳的澆注時間，在樁體混凝土澆筑過程中拔管過快，混凝土未完全凝固，泥漿就會運動到止水咬合樁的樁身中，造成成分不均勻，出現(xiàn)孔洞和薄弱部位；或者泥漿碎渣在澆筑過程中由于混凝土壓力作用將其從底部帶到樁身，而造成樁身局部孔洞而形成滲水，從而影響止水咬合樁整體的性能[2]。

3 應對措施

3.1 鉆孔施工過程 復雜的地質(zhì)條件是無法避免的，想要完全避免復雜地質(zhì)給鉆孔帶來的問題困難，除非換施工地點，不然面對復雜的地質(zhì)條件只有迎難而上。在施工鉆孔前就要考察地質(zhì)環(huán)境，前期的考察工作是必不可少的，在劃定的范圍內(nèi)，根據(jù)工程的要求和內(nèi)容，合理選擇最適合的施工點并制定施工計劃和施工內(nèi)容，并繪制正確的施工圖紙，為整個工程的進行提供堅實的基礎(chǔ)。

鉆孔前防護筒的應用，防護筒作為鉆孔下的第一刀，直接確定了孔的各方面尺寸，重中之重還在于孔的垂直度。在防護筒的制造過程中就有很高的要求，要綜合地質(zhì)信息，根據(jù)所需防護筒的性能，選取合適的防護筒材料，選取正確的加工過程，保證防護筒的性能滿足施工條件。防護筒最重要的組成部分就是筒底的刀具，回填區(qū)的下方是巖石，鉆孔需要延伸到巖石層，對刀具的性能要求是很高的，既要保證刀具的硬度強度能挖土鑿石，又要保證韌性，刀具不易斷裂。對于防護筒還要考慮散熱和排土，在高強度的施工中，無疑會產(chǎn)生熱量，熱能增加便會影響機械的性能，影響工作效率。還有多余的土、碎石和石塊能夠及時地排出，使整個防護筒鉆孔的過程能夠有序地進行。

3.2 鋼筋的選擇和下放 混凝土鋼筋材料的選擇一般都是冷軋鋼筋，市面上售賣的混凝土鋼筋一般也都是冷軋鋼筋，鋼筋和混凝土的粘合是好的。對于止水咬合樁的鋼筋性能要求就是強度高，耐腐蝕。目前的鋼筋性能基本是能夠滿足這兩項性能的。鋼筋加工位于鋼筋加廠房內(nèi)，通過折彎、捆綁、焊接等工序，將鋼筋制作成鋼筋籠，然后運送的施工現(xiàn)場下放到鉆孔中，等待后續(xù)混凝土的澆注?，F(xiàn)在有新型的滾籠機可以直接將鋼筋加工成鋼筋籠，機械的自動化減少了工序，也縮短了工期。對于鋼筋籠的下放，本次工程就是采用新型的滾籠機將鋼筋籠整體加工12m 長節(jié)段，要根據(jù)止水咬合樁的高度制作合適的鋼筋籠大小，過大由于重力的影響會使鋼筋籠變形，不能保持高標準的垂直度，過小由于海水的浮力會使鋼筋籠無法與孔底直接接觸，影響樁體多的結(jié)構(gòu)與質(zhì)量。一些較高的止水咬合樁，為了避免鋼筋籠上浮，鋼筋籠和孔底、鋼筋籠和鋼筋籠直接無法直接接觸，就可以通過焊接的方法，在鋼筋籠的底部使用輕薄板進行焊接，提高其抵抗力，不發(fā)生變形，使其能夠抵抗管套上浮時產(chǎn)生的力，避免鋼筋籠的上浮現(xiàn)象。

3.3 混凝土的選擇和澆注 在止水咬合樁在樁體施工的過程中，對于混凝土的選擇，應采用混凝土的初凝時間在60 小時以上，來保證葷樁有足夠的時間來澆注[3]。在葷樁澆注時，不可避免地會出現(xiàn)一些問題，要有足夠的時間思考解決辦法，并在基坑樁未凝固前行葷樁的澆注，保證止水咬合樁之間的咬合程度，避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)質(zhì)量不達標，出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。為了使混凝土的凝固時間增加，需要選擇適當?shù)木從齽┨砑釉诨炷林校娱L其初凝時間，保證止水咬合樁之間的咬合能順利完成?；炷齽┌葱螒B(tài)區(qū)分，分為固體緩凝劑和液體緩凝劑，由于止水咬合樁的體積龐大，需要的混凝土較多，工程量較大，在選擇緩凝劑時，應盡量選擇液體形式的緩凝劑，避免使用固體緩凝劑如粉劑等，大量的混凝土在攪拌時，若加入粉劑的混凝劑，容易攪拌不均勻，為了保證混凝土間的凝固是均勻的，也不可能少量的混凝土攪拌，只要有間斷不連續(xù)就會有節(jié)點，節(jié)點是整體結(jié)構(gòu)性能薄弱的部位，節(jié)點多就會影響止水咬合樁整體的性能，從而影響整體混凝土的凝結(jié)效果。緩凝劑的使用能夠在一定程度上延緩混凝土的凝結(jié)時間，合理的摻入量可以有效地延緩混凝土的凝結(jié)時間，過多會影響混凝土的性能不達標，過少也會減少混凝土凝固的時間。適當?shù)靥砑泳從齽┠軌蚪档湍Y(jié)過程中產(chǎn)生裂縫的可能性，因為混凝土在凝固的過程中有足夠的時間進行原子間的擴散，使成分均勻，進而提高混凝土強度和質(zhì)量。

在混凝土配置的過程中，施工人員應先按照標準的配比進行試驗，并根據(jù)施工場地的實際情況，考慮到海水和地質(zhì)等的影響因素，對現(xiàn)有的材料配合比進行合理調(diào)整，對適配混凝土進行各項指標的檢驗，進行各種沖擊等檢測實驗，檢測混凝土的性能，混凝土在凝結(jié)過程中是否出現(xiàn)滲水和離析的情況，并且強度硬度韌性和初凝時間在標準范圍內(nèi)，反反復復進行實驗，最終選取最適合的混凝土原料配比。也并不是試驗出的數(shù)據(jù)是最終數(shù)據(jù)，在實際現(xiàn)場中也會有各種意想不到的意外影響混凝土結(jié)構(gòu)的性能，能根據(jù)多次的試驗經(jīng)驗及時地找出最佳的解決辦法。在不同適配結(jié)果中，選擇質(zhì)量最優(yōu)的配合比，按照標準的混凝土灌注方式進行施工[3]。止水咬合樁的澆注過程在澆注前，對于鋼筋籠要先設(shè)置混凝土保護層來保證鋼筋籠的強度，并且隔絕鋼筋籠與外界的接觸，確保在使用年限鋼筋籠不被腐蝕。在鉆孔的工程中就要預先留出設(shè)置保護層的間隙，規(guī)劃合理尺寸。保護層可以修整咬合樁孔的尺寸，在鉆孔時出現(xiàn)的偏差，就可用保護層修補。在澆注過程中嚴格按照制定的施工工藝標準進行施工，在采買材料的時候也要采買工藝要求的材料，避免出現(xiàn)不達標的材料影響性能，威脅人們的生命財產(chǎn)安全。在混凝土澆注完成后也要進行強度等性能檢測試驗，為保證后續(xù)的施工能順利有序地進行，不影響到后續(xù)的施工，在使用期間，止水咬合樁的性能是能達標的。

4 結(jié)語

對于止水咬合樁，在復雜的地質(zhì)條件下，鉆孔、混凝土的澆注技術(shù)依然一直都是需要改進完善的，并且地質(zhì)勘探也是一個極其重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，只要技術(shù)達標，止水和支護的性能還是十分良好的，得到了很多地下工程的應用。中國地大物博，海洋陸地資源都是十分豐富，地下海下的礦產(chǎn)資源有待發(fā)掘，但地質(zhì)條件也是十分的復雜，對于發(fā)掘資源的工程就是特別大的問題。咬合樁工程技術(shù)在隨著時代的發(fā)展而發(fā)展，雖然技術(shù)較難，但有廣闊的發(fā)展前景，有很多的技術(shù)人員在不斷地探究發(fā)現(xiàn)，在不久的將來，止水咬合樁的技術(shù)也就會更加的專業(yè)先進，發(fā)展得越來越好。