咬合灌注樁技術(shù)在水利工程基礎(chǔ)處理中的實(shí)踐探索

葛旭鋒,陳曉東

(1.杭州余杭林業(yè)水利投資有限公司，浙江 杭州 310000；2.浙江元興工程顧問有限公司，浙江 杭州 310000)

水利工程的施工建設(shè)具有規(guī)模巨大、施工周期長(zhǎng)、施工環(huán)節(jié)眾多以及內(nèi)容復(fù)雜的特點(diǎn)，在實(shí)際施工中也容易遇到復(fù)雜的施工環(huán)境，需要施工單位結(jié)合實(shí)際情況，做好施工技術(shù)的選擇和優(yōu)化，強(qiáng)化基礎(chǔ)處理工作。咬合灌注樁是一種新型的排樁式圍護(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)比傳統(tǒng)的灌注樁施工技術(shù)，咬合灌注樁的施工質(zhì)量更好，施工速度更快，而且施工成本更低，經(jīng)濟(jì)效益良好，在很多工程項(xiàng)目中得到了應(yīng)用。

1 咬合灌注樁技術(shù)概述

咬合灌注樁所在樁和樁之間形成相互咬合排列的結(jié)構(gòu)形式，樁的排列方式采用的是一條不配筋且使用超緩凝素混凝土樁(A樁)與一條鋼筋混凝土樁(B樁)間隔布置。在實(shí)際施工環(huán)節(jié)，需要先施工A樁再施工B樁，要求必須在A樁混凝土初凝后終凝前完成B樁的施工。不管是A樁還是B樁，在施工中采用的都是全套管鉆機(jī)施工，需要將相鄰A樁相交部分的混凝土切除以實(shí)現(xiàn)咬合。

在對(duì)咬合灌注樁進(jìn)行施工的過程中，需要設(shè)置好混凝土導(dǎo)墻以確保咬合樁定位準(zhǔn)確，混凝土關(guān)注環(huán)節(jié)，B樁的施工需要對(duì)A樁進(jìn)行切割[1]，而如果A樁混凝土沒有達(dá)到一定強(qiáng)度，切割作業(yè)會(huì)導(dǎo)致混凝土損傷。因此，需要延緩A樁混凝土的初凝時(shí)間，例如，可以通過摻加SP型緩凝減水劑的方式，將混凝土初凝時(shí)間延緩到60h左右，確保后續(xù)施工的順利進(jìn)行?；炷凉嘧⒉捎玫氖菍?dǎo)管法，如果孔底出現(xiàn)大量滲水，涌水量達(dá)到了1m3/h以上，則需要采用水下混凝土灌注施工。

2 水利工程基礎(chǔ)處理中咬合灌注樁技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

在水利工程基礎(chǔ)處理中，咬合灌注樁技術(shù)的優(yōu)勢(shì)十分明顯，一是在施工過程中，設(shè)備產(chǎn)生的噪聲較小，沒有振動(dòng)，也不存在泥漿污染問題，與干法取土類似，對(duì)于周邊環(huán)境的影響很小；二是沉降變形控制簡(jiǎn)單，因?yàn)樵O(shè)置有保護(hù)鋼管套，因此可以在靠近建筑基礎(chǔ)或者地下管線的區(qū)域進(jìn)行施工；三是采用全套管根管鉆進(jìn)作業(yè)的方式，可以穿越飽和含水地層[2]，避免了孔內(nèi)流沙和涌泥的問題，也可以進(jìn)行嵌巖作業(yè)，施工安全快捷，樁身質(zhì)量和承載能力可以得到保證；四是第二序列的樁體能夠在已經(jīng)施工完成的第一序列的樁體間進(jìn)行切割和咬合作業(yè)，全套管護(hù)孔的方式能夠最大限度的保障樁間咬合的緊密性，從而形成整體連續(xù)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造；五是不需要對(duì)止水帷幕進(jìn)行施工，對(duì)比其他的基礎(chǔ)處理方式，在成本造價(jià)方面有較為明顯的優(yōu)勢(shì)。

3 咬合灌注樁技術(shù)在水利工程基礎(chǔ)處理中的實(shí)踐

3.1 案例概述

某河道整治工程中，岸線總長(zhǎng)6.75km，堤岸采用的是充填袋砂堤心斜坡結(jié)構(gòu)。新的發(fā)展環(huán)境下，為了能夠更好地滿足河道防洪需求以及預(yù)留船舶?？啃枨?，將長(zhǎng)度約1km的北側(cè)斜坡式堤岸改造成為直立式斷面，斷面結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 直立式斷面結(jié)構(gòu)

3.2 實(shí)踐要點(diǎn)

3.2.1地質(zhì)勘察

結(jié)合相應(yīng)的地質(zhì)勘察報(bào)告，工程所處區(qū)域內(nèi)土層結(jié)構(gòu)自上到下依次為淤泥層、粉質(zhì)黏土、和沖洪積相粘土，上部軟土層厚度較大，對(duì)于工程基礎(chǔ)的施工要求較高[3]。

3.2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一是應(yīng)該切實(shí)做好結(jié)構(gòu)選型工作。結(jié)合地質(zhì)條件分析，工程施工中，需要先在堤岸位置形成斜坡式圍堰，形成干地施工條件，然后才能對(duì)直立式結(jié)構(gòu)進(jìn)行改建。從工程特點(diǎn)著眼，針對(duì)多個(gè)施工方案進(jìn)行綜合評(píng)估，最終決定采用雙排咬合灌注樁搭配格構(gòu)式水泥攪拌樁的方式來對(duì)地基進(jìn)行處理；二是應(yīng)該確定好相應(yīng)的結(jié)構(gòu)方案。結(jié)構(gòu)樁體的總寬度為6.5m，頂部高程3.7m，雙排咬合灌注樁包含了樁基和連系梁，咬合灌注樁的直徑為1500mm，咬合厚度300mm，雙排樁樁心的間距為4.5m，頂部和底部高程分別為1.5m和-30.0m[4]；三是需要重視相關(guān)參數(shù)的計(jì)算分析。咬合灌注樁參數(shù)的計(jì)算內(nèi)容有很多，如樁基嵌固穩(wěn)定性計(jì)算、抗傾覆計(jì)算、內(nèi)力計(jì)算、樁體承載力計(jì)算等。依照J(rèn)GJ 120—2012《建筑基坑支出技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，咬合灌注樁嵌固穩(wěn)定性安全系數(shù)和抗傾覆安全系數(shù)均為2.24，抗隆起安全系數(shù)為3.01，都能夠滿足在規(guī)范的要求。雙排樁各個(gè)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算采用的是規(guī)范中推薦的平面剛架結(jié)構(gòu)模型，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 咬合灌注樁結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果

3.2.3測(cè)量定位

在對(duì)咬合灌注樁進(jìn)行施工前，測(cè)量定位不可或缺，要求工程技術(shù)人員重視起來，保證測(cè)量定位的精度和準(zhǔn)確，在樁體頂部設(shè)置相應(yīng)的漿砌石及混凝土導(dǎo)墻。實(shí)際施工設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)該做好套管鉆機(jī)行走面的合理設(shè)計(jì)，導(dǎo)墻寬度可以依照工程的具體要求確定，做好導(dǎo)墻厚度的精準(zhǔn)計(jì)算，定位控制的直徑也需要保證準(zhǔn)確性，通常要超過樁徑2cm左右[5]。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①老年高血壓患者；②年齡≧60歲；③所有患者主要表現(xiàn)為鼻腔反復(fù)出血或一次性大量出血，出血量＞200ml，采用填塞法治療無(wú)效，手術(shù)時(shí)均在急性出血期；④血常規(guī)及凝血時(shí)間等指標(biāo)正常。

3.2.4鉆機(jī)就位

咬合灌注樁施工搭配的是液壓搖動(dòng)式全套管灌注樁機(jī)，設(shè)備采用的是管內(nèi)沖抓出土方式，雖然也就可以使用螺栓式鉆機(jī)設(shè)備，但是會(huì)導(dǎo)致施工成本的增大。在技術(shù)方面相對(duì)先進(jìn)且性能優(yōu)越的鉆機(jī)有旋挖式鉆機(jī)和回旋式套管鉆機(jī)，正式施工前，必須對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行檢查，確保其狀態(tài)良好，對(duì)鉆機(jī)的位置進(jìn)行調(diào)整，確保其與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)一致。校對(duì)環(huán)節(jié)，需要確保混凝土導(dǎo)墻達(dá)到了一定強(qiáng)度等級(jí)，然后使用50t級(jí)起重設(shè)備對(duì)套管鉆機(jī)進(jìn)行移動(dòng)，要求主機(jī)抱管器中心能夠?qū)?zhǔn)樁位中心[6]。

3.2.5開孔清孔

鉆機(jī)就位后，需要將第一節(jié)管吊裝到樁機(jī)鉗口，對(duì)其垂直度進(jìn)行調(diào)整，確保出制度達(dá)到施工設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求后，下壓樁管，做好壓入深度的嚴(yán)格管控，當(dāng)深度達(dá)到2.5m左右時(shí)，可以使用抓斗從套管內(nèi)取土，要求將套管底口超深開挖面控制在2.5m以上，第1節(jié)套管全部壓入后，可以進(jìn)行第2節(jié)套管的施工。在施工過程中，需要注意，達(dá)到設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高后，需要對(duì)孔底進(jìn)行檢查，測(cè)量孔的深度和垂直度，做好清孔工作，將虛土浮土全部清除[7]。

3.2.6鋼筋籠施工

一是鋼筋籠制作，咬合灌注樁的鋼筋籠與傳統(tǒng)灌注樁的鋼筋籠存在一定區(qū)別，必須整根進(jìn)行制作，因此需要在施工現(xiàn)場(chǎng)制作然后借助履帶吊放。在施工過程中，必須切實(shí)保證鋼筋籠的穩(wěn)定性和牢固性；二是鋼筋籠安裝，需要對(duì)吊點(diǎn)的位置進(jìn)行合理選擇，要求鋼筋籠的中心能夠?qū)?zhǔn)樁孔中心，保持較高的垂直度，采用正反旋轉(zhuǎn)的方式緩慢下放，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，需要對(duì)鋼筋籠進(jìn)行固定?？梢砸勒仗坠茼敹说臉?biāo)高來對(duì)鋼筋籠吊放的標(biāo)高進(jìn)行明確，保證樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高，將允許誤差控制在±20cm的范圍內(nèi)。若孔底為軟土，需要墊上厚度20cm的預(yù)制混凝土板或者碎石，以此來避免鋼筋籠下沉的問題。

3.2.7混凝土灌注

3.2.8施工工藝

咬合灌注樁傳統(tǒng)施工工藝是全套管樁基施工工藝配合超緩凝混凝土構(gòu)筑素混凝土樁，要求相鄰鋼筋混凝土樁的成孔可以在素混凝土樁初凝前完成，借助相鄰樁間混凝土的初凝時(shí)間差，完成相鄰混凝土排樁間的圓周相嵌，以此來形成咬合樁。但是結(jié)合該工程的實(shí)際情況分析，傳統(tǒng)咬合灌注樁施工工藝在實(shí)際應(yīng)用方面存在一定的局限性，即施工清障能力不足，在施工環(huán)節(jié)，需要于混凝土初凝前強(qiáng)度相對(duì)較低時(shí)進(jìn)行切削和咬合作業(yè)，施工的成效會(huì)受到緩凝劑的影響。而單樁緩凝作用會(huì)因?yàn)槌蓸稐l件差異有所不同，導(dǎo)致了咬合灌注樁的施工局限性大，無(wú)法很好地保障施工質(zhì)量，也會(huì)增大工程事故發(fā)生的概率[9]。

對(duì)此，結(jié)合該工程的實(shí)際情況，在施工中引入了硬法切割咬合灌注樁工藝，不需要添加緩凝劑，因此也不會(huì)受到緩凝作用的影響，可以使用多臺(tái)設(shè)備同時(shí)進(jìn)行施工，對(duì)比傳統(tǒng)施工工藝，能夠極大的縮短工期，提高工作效率。硬法切割咬合樁的共同流程為：施工準(zhǔn)備階段，對(duì)設(shè)備、材料進(jìn)行檢查，做好場(chǎng)地憑證，于樁頂位置澆筑鋼筋混凝土導(dǎo)墻(如圖3所示)，導(dǎo)墻的尺寸為4m×0.5m(寬×厚)，確保咬合樁孔口位置的精確性，然后在樁位放樣驗(yàn)收合格后，進(jìn)行溝槽的人工開挖。定位成孔以及鋼套管接管后，可以進(jìn)行取土作業(yè)，該工程本身處于深厚淤泥地質(zhì)區(qū)域，需要搭配鋼護(hù)筒護(hù)壁工藝，避免出現(xiàn)塌孔和縮頸的問題。在水側(cè)咬合樁素混凝土灌注樁施工中，為了最大限度地保障垂直度和咬合的效果，采用了全鋼護(hù)筒施工。咬合樁中的鋼筋混凝土灌注樁及陸地側(cè)鋼筋混凝土灌注樁則根據(jù)實(shí)際情況，以16m位置為分界線，16m以上使用了鋼護(hù)筒，16m以下則采用泥漿護(hù)壁的形式[10]。

結(jié)合圖2分析，A類樁為素混凝土樁，B類樁為鋼筋混凝土樁，施工順序?yàn)椋篈1→A2→B1→A3→B2→A4→B3。

圖2 試樁樁位及施工順序

3.2.9質(zhì)量檢測(cè)

從驗(yàn)證雙排咬合灌注樁及上述硬法切割咬合工藝施工效果的角度，在工程正式施工前，選擇典型結(jié)構(gòu)段開展試驗(yàn)，結(jié)果表明施工工藝能夠很好地滿足施工要求。對(duì)于前排的咬合灌注樁，鋼筋混凝土樁的施工需要在素混凝土樁灌注完成后等待至少5d才能進(jìn)行，素混凝土灌注樁與鋼筋混凝土灌注樁各自的充盈系數(shù)為1.46和1.41。依照試驗(yàn)段得到的結(jié)論，進(jìn)行大范圍施工，在施工后依照相關(guān)規(guī)范及工程設(shè)計(jì)施工要求，針對(duì)咬合灌注樁的使用質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示，施工質(zhì)量能夠很好地滿足要求[11]。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，水利工程項(xiàng)目施工建設(shè)中，咬合灌注樁得到了十分廣泛的應(yīng)用，經(jīng)過不斷的調(diào)整改進(jìn)，相應(yīng)的施工工藝和施工技術(shù)得到了優(yōu)化和完善，不過也需要注意，咬合灌注樁的施工需要對(duì)照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及工程項(xiàng)目的具體情況進(jìn)行調(diào)整，加強(qiáng)施工質(zhì)量控制。結(jié)合該工程的實(shí)際情況，采用了雙排咬合灌注樁結(jié)構(gòu)，其適用于后方作業(yè)空間狹小，軟土層厚度大，可以在陸上進(jìn)行施工的水利工程項(xiàng)目，不需要進(jìn)行河道的斷流以及大面積開挖；硬法切割咬合工藝的應(yīng)用，使得素混凝土樁不再需要添加緩凝劑，促進(jìn)了工作質(zhì)量的提高，而且可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備同時(shí)作業(yè)，工作效率能夠得到保證。