咬合樁施工技術在太河水庫除險加固中的應用

劉業(yè)濤，于 蓉

（1.淄博市太河水庫管理中心，山東 淄博 255178；2.山東省水利勘測設計院有限公司，山東 濟南 250014）

太河水庫西溢洪道位于淄博市淄川區(qū)太河水庫大壩東端的金雞山西坡處，為開敞式正槽溢洪道，全長466 m，寬度為56.6～71.0 m。根據(jù)2021年水庫安全鑒定結論，西溢洪道與下游河道交界段賓格石籠和混凝土護底已被水毀，加之長期受小流量水流沖刷影響，渠道兩岸擋墻墻前覆土沖刷流失，下切情況明顯，墻前護腳底部暴露。長此以往，兩岸邊墻底部灌注樁基礎存在樁體暴露、樁間土層淘空的風險，當西溢洪道大流量泄洪時將危及兩側(cè)擋墻穩(wěn)定，容易造成洪水繞過岸墻沖刷壩腳，進而影響壩體穩(wěn)定安全。

為確保水庫安全度汛，2022年實施了太河水庫西溢洪道出口段應急除險加固工程，該項目采用新建咬合樁為基礎的防沖槽對該險工段進行應急除險加固，防沖槽基礎底部采用澆筑C30鋼筋混凝土鉆孔灌注咬合樁進行防護，鉆孔灌注樁直徑800 mm，鋼筋混凝土樁與素樁交叉布置，施工完成后咬合成封閉擋墻，防沖槽共布置咬合樁366根，鉆孔總進尺3 117 m。

1 混凝土咬合樁施工工藝

1.1 咬合樁施工工藝流程

在前期階段，先統(tǒng)一進行導墻（導向槽）的施工，當導向槽混凝土強度達到設計強度70%后，再分兩序分別施工兩型樁。第一序C30素混凝土樁（A型樁）和第二序C30鋼筋混凝土樁（B型樁）；先施工相鄰兩顆A型樁，并灌注混凝土，待48 h后，施工B型樁；B型樁施工時，利用旋挖鉆機的切割能力切割掉相鄰A型樁的部分混凝土，以實現(xiàn)咬合；B型樁下鋼筋籠，并灌注混凝土，依次完成基礎咬合樁連續(xù)墻施工。

1.2 導向槽施工

因后期各型樁之間需要達到咬合成連續(xù)墻的目的，所以導向槽的施工是區(qū)別于其他普通混凝土灌注樁的工藝，這也是咬合樁前期施工必須要嚴格控制的質(zhì)量節(jié)點。導向槽基礎需要安裝在原狀土、壓實度0.94以上密實土基礎上，以確保導向槽后期的安全使用。導向槽混凝土強度達到70%后方允許拆模，混凝土養(yǎng)護期不小于7 d。

1.3 A、B型樁鉆進成孔

本次咬合樁鉆孔選用設備為360旋挖鉆鉆機和235旋挖鉆鉆機，采用干鉆成孔法施工，A型、B型樁鉆孔工藝相同，區(qū)別在于B型樁鉆孔需要切割掉相鄰A型樁部分混凝土。按咬合樁施工要求合理布置好一序孔和二序孔，先施工A型樁，在A型樁成孔并澆筑完成后，在A型樁之間開鉆B型樁。工作內(nèi)容主要有：旋挖鉆鉆機取渣成孔，起重機安裝鋼筋籠，灌注混凝土等作業(yè)。咬合樁主要工作設備由旋挖鉆鉆機、起重機組成。

1.4 B型樁鋼筋籠制安

鋼筋籠制作、吊放與普通混凝土灌注樁鋼筋施工工藝相同。鋼材運到加工場地后隨即取樣送檢，檢測合格后投入使用；鋼筋籠主筋連接采用閃光對焊，對焊接頭做到及時取樣送檢；鋼筋籠采用兩根吊筋固定，以控制鋼筋籠頂標高。

1.5 A、B型樁灌注混凝土

A型樁間隔跳打完成并澆筑完混凝土后，再按要求進行中間B型樁的施工，兩型樁灌注樁混凝土施工工藝相同。為保證設計樁頂混凝土質(zhì)量，混凝土灌注至樁頂標高以上最少0.5 m；為保證C40商品混凝土泵車澆筑的和易性，施工時現(xiàn)場澆筑混凝土坍落度控制在190～200 mm之間、施工現(xiàn)場混凝土含氣量控制在4%～4.5%為宜。

2 咬合樁質(zhì)量控制技術

2.1 孔口定位誤差的控制

鉆孔咬合樁安裝可參考執(zhí)行中國鉆機灌注樁施工的質(zhì)檢與認證規(guī)范，除此之外還需符合以下相關規(guī)定：

1）鋼筋籠外徑要比套管內(nèi)徑小6～8 cm，允許偏差±10 mm；2）樁位順縱軸方向，允許偏差±10 mm；3）樁位垂直縱軸方向，允許偏差±10 mm；4）樁身混凝土3 d強度不小于3 MPa，允許偏差±10%；5）混凝土坍落度小于16 cm，允許偏差±10 mm；6）樁垂直度，允許偏差3‰。

2.2 設置導向槽控制定位

設置導向槽主要用于控制咬合樁平面位置，同時可預防洞口坍塌和支撐樁機的作用。根據(jù)樁直徑不同導向槽寬一般不小于1.5 m，厚度不小于30 cm，混凝土強度不低于C20，這樣便于咬合樁后期施工設備在導向槽上的施工。導向槽內(nèi)側(cè)波浪形模板宜選用定型鋼模，便于導向槽內(nèi)立面垂直度、表面高差的精度控制，模板材料還可得到重復利用。

2.3 B型樁鋼筋籠質(zhì)量控制

鋼筋籠的質(zhì)量控制與鉆孔灌注樁基本相同，為保證鋼筋在樁身混凝土中的保護層厚度，以及套管拔除時產(chǎn)生抱死現(xiàn)象，鋼筋籠主筋上應焊接定位鋼筋，每4 m一道，周圈不少于4根；為防止混凝土澆筑時鋼筋出現(xiàn)“浮籠”現(xiàn)象，在鋼筋籠底部加焊一塊比鋼筋籠略小的薄鋼板。

2.4 B型樁施工時周邊A型樁強度控制

為使B型樁順利成孔，又不破壞A型樁混凝土結構，要嚴格控制鉆機對A型樁的切割時間。本項目前期做了旋挖鉆鉆機對灌注樁C30混凝土澆筑成型后按12 h、24 h、36 h、48 h幾個時段后進行旋挖鉆切割試驗。試驗表明：24 h后切割，A型樁92%完整，局部存在破壞；36 h后切割，A型樁100%完整；48 h后切割，A型樁100%完整。為確保樁基安全，最終選用兩側(cè)A型樁至少澆筑完成48 h后允許進行后續(xù)B型樁的鉆孔作業(yè)。

2.5 B型樁與兩側(cè)A型樁咬合面質(zhì)量控制

對于干鉆成孔工藝，面臨的B型樁成孔后，切割的兩側(cè)A型樁混凝土面都有黏土或灰渣存在，處理不好嚴重影響樁間的咬合質(zhì)量和成墻的整體性。由于樁成孔后較深且下部昏暗難以觀測，選用多種方案進行試驗，最終選用在B型樁成孔后，用旋挖鉆鉆頭分別上下側(cè)磨兩側(cè)A型素樁兩次，使A型素樁側(cè)面露出新鮮混凝土面，經(jīng)后期開挖樁頭和下部錄像檢查，成墻效果良好。

2.6 鉆孔咬合樁垂直度質(zhì)量控制

為保證鉆孔咬合樁的咬合效果，除應嚴格控制孔口的定位誤差外，還應對其垂直度進行嚴格控制，成孔過程中要控制好樁的垂直度。在利用旋挖鉆鉆機進行成孔作業(yè)中，主要利用旋挖鉆鉆機自動垂直度檢測儀器，可自動保證垂直度在3‰以內(nèi)。如遇車輛設備不帶垂直度檢測儀器，則需要隨時人工檢測鉆機鉆桿的垂直度來進行控制。

2.7 A、B型樁咬合長度質(zhì)量控制

本項目A、B型樁鉆孔灌注樁直徑800 mm，A型樁之間間距600 mm，A、B型樁最小咬合長度軸向距離按100 mm控制，也就是本項目用同樣的旋挖鉆鉆頭，對咬合樁依次成孔，過程不再換裝鉆頭，既滿足了規(guī)范要求，又加快了施工進度。經(jīng)后期鑿樁頭和檢測單位檢測，基礎墻的連續(xù)性、整體性良好。

2.8 干鉆成孔與混凝土澆筑時間節(jié)點控制

A型樁旋挖鉆干鉆成孔后，受各類復雜地質(zhì)條件及上部施工荷載作用影響，成孔時間一長，孔內(nèi)可能存在落渣或塌孔現(xiàn)象。由于本項目地層中含多道黏土層、砂層及礫石層等特殊情況，經(jīng)不同時段多次撈渣測定試驗，在干鉆成孔后6 h內(nèi)孔壁基本穩(wěn)定，孔底落渣基本忽略不計，超過6 h，孔內(nèi)黏土層和砂層會出現(xiàn)局部塌孔，孔底落渣開始增加。根據(jù)實驗結果，最終采用在A型樁成孔6 h內(nèi)進行混凝土灌注的作業(yè)方案，經(jīng)澆筑366棵樁后，數(shù)據(jù)統(tǒng)計其充盈系數(shù)都控制在1.12～1.2之間，質(zhì)量控制較好。

B型樁因切割兩側(cè)A型樁成孔，基本不存在塌孔和孔底落渣現(xiàn)象，可根據(jù)現(xiàn)場工序要求自行控制間隔時間。

2.9 咬合樁成型質(zhì)量檢測

判斷樁基完整性的方法主要有低應變動力檢測、超聲脈沖法檢測及高密度電阻率法，針對本項目咬合樁連續(xù)墻的特點，最終選用高密度電阻率法進行檢測，沿墻體軸線對該段鉆孔灌注咬合樁進行連續(xù)檢測，通過對原始數(shù)據(jù)處理、反演軟件計算，得出電阻率解釋圖。本項目檢測單位通過檢測，鉆孔灌注咬合樁墻體深度范圍無明顯異常區(qū)域，判斷該鉆孔灌注咬合樁墻體連續(xù)性、整體性良好。

3 事故樁的處理措施

在干鉆成孔咬合樁施工過程中，因A、B型樁垂直度偏差，或其他原因造成咬合樁不滿足樁間咬合尺寸或經(jīng)檢測出現(xiàn)咬合樁不連續(xù)等情況形成事故樁。事故樁的處理主要分以下幾種情況：

1）平移樁位單側(cè)咬合。B型樁成孔施工時，與一側(cè)A型樁的咬合尺寸不夠設計最小100 mm的尺寸要求，應在A型樁和B型樁外側(cè)另增加一根旋噴樁作為防水處理。

2）背樁補強。B型樁成孔施工時，其兩側(cè)A型樁已經(jīng)無法保證與B型咬合樁的連續(xù)性，則放棄B型樁的施工，調(diào)整樁序繼續(xù)后面咬合樁的施工，后期在B型樁外側(cè)增加3根咬合樁及2根旋噴樁作為補強、防水處理。

4 結語

本項目地質(zhì)結構復雜，經(jīng)比選最終選用旋挖鉆鉆機作為咬合樁成孔設備非常成功。該施工工藝適合于各種復雜地質(zhì)結構，本次干鉆成孔，施工速度快，成孔精度高、質(zhì)量好，樁間相互咬合排列形成圍護墻。缺點是遇黏土層時成孔速度較慢，遇特殊粉砂地層時可采取套管及泥漿固壁的措施解決。咬合樁作為一項基礎處理工藝，在形成封閉式擋墻來處理水工設施基礎底部防沖、防滲方面，通過本年度溢洪道泄水運行來看效果明顯。