雙排咬合灌注樁在河道整治工程中的應(yīng)用

陳志樂(lè)，楊靜思，劉 林

(中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100007)

雙排咬合灌注樁結(jié)構(gòu)具有整體剛度大、水平位移小、施工方便高效、占用空間小、對(duì)軟土地基適應(yīng)性好的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于較多基坑支護(hù)、船閘擴(kuò)建及邊坡加固等工程中。林鵬[1]對(duì)軟土基坑中的雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了應(yīng)用分析，表明雙排樁結(jié)構(gòu)如果與施工方案相結(jié)合，能有效控制基坑工程變形；鄒開(kāi)明等[2]介紹了雙排樁在船閘工程中的應(yīng)用，分析不同樁徑、不同開(kāi)挖深度時(shí)結(jié)構(gòu)的變形及受力形態(tài)；申永江[3]分析了雙排樁在邊坡抗滑工程的應(yīng)用效果，對(duì)樁頂連接方式和樁排距的優(yōu)化進(jìn)行研究分析；沈孔成[4]對(duì)杭嘉湖東部平原河道整治工程中使用的雙排樁結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了內(nèi)力及變形形狀的研究。實(shí)際上，目前針對(duì)河道整治工程中采用雙排灌注樁結(jié)構(gòu)形式的研究及應(yīng)用均較少。在河道整治工程中，河道寬度多受兩側(cè)建筑物、道路或管線限制，地基常為軟土地基，且有要求河岸預(yù)留船舶靠泊功能的情況，此時(shí)采用雙排咬合灌注樁與水泥攪拌樁相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式可有效利用自身優(yōu)勢(shì)，解決以上難點(diǎn)。本文以橫琴天沐河北側(cè)直立式岸線工程為例，介紹雙排咬合灌注樁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工方案。實(shí)踐結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)合理安全、施工工藝質(zhì)量可控，可為該類河道整治工程的設(shè)計(jì)施工提供參考。

1 工程概況

天沐河為橫琴島中心片區(qū)排洪的主要河道，河流東西向，兩端均入海，岸線總長(zhǎng)約6.76 km。天沐河堤岸整體采用充填袋砂堤心的斜坡結(jié)構(gòu)，陸側(cè)吹填粉細(xì)砂形成陸域后進(jìn)行土地二級(jí)開(kāi)發(fā)。天沐河?xùn)|段入海口處規(guī)劃中心島(圖1)，中心島向東岸線遠(yuǎn)期規(guī)劃游船泊位，為滿足河流防洪過(guò)水?dāng)嗝嬉蠛皖A(yù)留游船靠泊功能要求，須將1 km長(zhǎng)的北側(cè)斜坡式堤岸改造成直立式斷面。直立段工程平面布置見(jiàn)圖1，直立式堤岸改造斷面見(jiàn)圖2。

圖1 工程平面布置

2 地質(zhì)條件

圖3 工程地質(zhì)典型剖面

表1 地層物理力學(xué)參數(shù)

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

3.1 結(jié)構(gòu)選型

直立段具有如下特點(diǎn)：1)深厚軟土地基。直立式堤岸區(qū)域土體多為淤泥及黏土，淤泥深度20～25 m，雖然通過(guò)打設(shè)排水板進(jìn)行土體固結(jié)，但是地基承載力仍然有限。2)有擋土需要。堤后回填大量粉細(xì)砂形成陸域，須有效防止砂土流失。3)后方相鄰的道路工程和填筑工程等同時(shí)施工，對(duì)直立段施工有較大限制。為保證河道后方填筑工程和道路工程的工期要求，直立段堤岸先形成斜坡式圍堰以滿足相鄰工程實(shí)施要求，形成干地施工條件后改建為直立式結(jié)構(gòu)。

根據(jù)工程特點(diǎn)，對(duì)多個(gè)方案從結(jié)構(gòu)安全性、與周邊工程銜接、施工工藝和工期以及經(jīng)濟(jì)性等方面綜合比較后，對(duì)直立式堤岸采用雙排咬合灌注樁結(jié)構(gòu)與格構(gòu)式水泥攪拌樁地基處理相結(jié)合的結(jié)構(gòu)方案。

3.2 結(jié)構(gòu)方案

直立式結(jié)構(gòu)雙樁總寬6.50 m，頂部現(xiàn)狀高程3.70 m，碼頭前沿靠泊水域底高程-2.50 m。雙排咬合灌注樁結(jié)構(gòu)由樁基和連系梁組成。混凝土灌注樁與混凝土素樁間隔布置形成咬合樁，樁徑均為1 500 mm，咬合厚度為300 mm，雙樁樁心間距為4.5 m，樁頂高程1.50 m，樁底高程-30.00 m。在雙樁頂部現(xiàn)澆連系梁，連系梁寬度為1.5 m，連系梁底部高程1.50 m，頂高程3.00 m。雙樁間采用框格式水泥攪拌樁進(jìn)行加固，加固的高程范圍為-20.0～1.5 m。直立式結(jié)構(gòu)的樁位布置形式見(jiàn)圖4。

圖4 雙排咬合灌注樁布置

3.3 計(jì)算分析

雙排咬合灌注樁的計(jì)算包括樁基嵌固穩(wěn)定性、抗傾覆和抗隆起計(jì)算，雙排樁及連系梁的內(nèi)力計(jì)算，灌注樁承載力計(jì)算，以及灌注樁及連系梁的配筋計(jì)算。

根據(jù)規(guī)范JGJ 120—2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》[6]，雙排樁結(jié)構(gòu)的嵌固穩(wěn)定性安全系數(shù)為2.24，抗傾覆安全系數(shù)為2.24，抗隆起安全系數(shù)為3.01，均滿足規(guī)范要求。

內(nèi)力計(jì)算采用規(guī)范推薦的平面剛架結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算模型如圖5所示。

雙排樁各結(jié)構(gòu)內(nèi)力值如表2所示。

圖5 雙排咬合灌注樁計(jì)算模型(單位：m)

表2 雙排樁結(jié)構(gòu)內(nèi)力值

4 咬合樁施工工藝及試驗(yàn)段樁基檢測(cè)情況

4.1 咬合灌注樁施工工藝

咬合灌注樁的傳統(tǒng)施工工藝是在全套管樁基施工工法的基礎(chǔ)上，素混凝土樁使用超緩凝混凝土，使相鄰鋼筋混凝土樁的成孔能夠在素混凝土樁初凝之前完成，利用相鄰樁之間混凝土的初凝時(shí)間差實(shí)現(xiàn)相鄰混凝土排樁間部分圓周相嵌，形成咬合樁。傳統(tǒng)咬合樁施工工藝存在一定的局限性，由于咬合樁施工清障能力不足，施工時(shí)必須在混凝土初凝前強(qiáng)度較低時(shí)進(jìn)行切削和咬合，因此施工成敗與緩凝劑的作用密切相關(guān)。單樁緩凝作用由于其成樁條件差異而不盡相同，使得咬合樁施工存在局限性，施工質(zhì)量較難保證且易造成工程事故。

硬法切割咬合樁施工工藝的特點(diǎn)是采用硬法切割工藝進(jìn)行咬合樁施工，無(wú)須添加緩凝劑，不再受緩凝作用的制約，具備多臺(tái)設(shè)備同時(shí)施工的條件，相比傳統(tǒng)咬合樁的施工，可大幅縮短工期、提高工作效率。

硬法切割咬合樁重要施工工藝流程：施工準(zhǔn)備、場(chǎng)地平整后，在樁頂位置澆筑鋼筋混凝土導(dǎo)墻(圖6)，導(dǎo)墻厚0.5 m、寬4 m，以保證咬合樁孔口位置的精確度，在樁位放樣驗(yàn)收符合要求后人工開(kāi)挖溝槽。定位成孔、鋼套管接管后進(jìn)行成孔取土作業(yè)，由于本工程位于深厚淤泥地質(zhì)區(qū)域，采用鋼護(hù)筒護(hù)壁工藝以防止塌孔和縮頸。水側(cè)咬合樁的素混凝土灌注樁，為保證垂直度和咬合效果，采用全鋼護(hù)筒施工；咬合樁的鋼筋混凝土灌注樁和陸側(cè)鋼筋混凝土灌注樁16 m以上采用鋼護(hù)筒，16 m以下采用泥漿護(hù)壁。相鄰咬合樁施工順序如圖6所示。其中：A類表示素混凝土樁，B類表示鋼筋混凝土樁；按照A1→A2→B1→A3→B2→A4→B3的順序進(jìn)行施工。

圖6 試樁樁位及施工順序布置

4.2 試驗(yàn)段樁基施工質(zhì)量檢測(cè)

為了驗(yàn)證雙排咬合灌注樁和硬法切割咬合工藝的可行性，工程施工前選取典型結(jié)構(gòu)段進(jìn)行試驗(yàn)。檢測(cè)結(jié)果表明，咬合樁試樁均滿足要求，且得出以下結(jié)論：對(duì)于前排咬合灌注樁，鋼筋混凝土灌注樁須在素混凝土灌注樁澆筑完成至少5 d以后才能施工；素混凝土灌注樁充盈系數(shù)取1.46，鋼筋混凝土灌注樁充盈系數(shù)取1.41。根據(jù)試驗(yàn)段的檢測(cè)結(jié)論開(kāi)展大范圍施工，并在施工后根據(jù)規(guī)范和當(dāng)?shù)刭|(zhì)檢站要求開(kāi)展相應(yīng)的質(zhì)量檢測(cè)，結(jié)果表明施工質(zhì)量均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

5 結(jié)語(yǔ)

1)雙排咬合灌注樁作為河道整治工程中一種較新穎的結(jié)構(gòu)形式是可行的；

2)雙排咬合灌注樁結(jié)構(gòu)適用于后方作業(yè)空間小、軟土層厚、可陸上施工的河道整治工程，不須對(duì)河道斷流和大范圍施工開(kāi)挖，具有較明顯的優(yōu)勢(shì)；

3)咬合樁施工采用硬法切割施工工藝不需要添加緩凝劑，避免了緩凝劑造成的施工局限性，確保了工程質(zhì)量，且具備多臺(tái)設(shè)備同時(shí)施工的條件，可提高工作效率；

4)對(duì)于硬法切割施工，為保證施工質(zhì)量，建議鋼筋混凝土灌注樁在相鄰素混凝土灌注樁澆筑完成至少5 d后再行施工。