橋梁建設中咬合樁技術質量控制的研究

李志東

（中交二公局萌興工程有限公司，陜西西安 710119）

0 引言

我國地下工程專家王振信教授在國外考察時發現并引入咬合樁技術，最早在國內應用于深圳地鐵區間隧道的基坑支護工程，后在南京、上海等城市得以成功應用。經過二十余年的工程實踐驗證，咬合樁技術具有良好的防滲作用。目前，該技術主要有三種類型，分別是鋼筋混凝土樁與素混凝土樁咬合、鋼筋混凝土樁與水泥砂樁咬合、鋼筋混凝土樁與鋼筋混凝土樁之間咬合，都具有樁體質量好、精度高、工程造價低、施工進度快、對周邊建筑物影響小等優點，尤其適合條件惡劣的地層，如流砂、地下水豐富等不良地層。

1 案例背景

山東省臨沂市中心城區濱河大道提升改造工程（一期）西起蒙山大道東側，東至三河口隧道西側，全長為4.64km。主要施工內容是對已經建成十年的濱河大道進行全方位的提升改造，將現有4 車道改造為6 車道的城市快速路。項目建設對于改善交通環境、改善區域路網結構、加快現代化城市建設、提升城市品位具有十分重要的意義，是臨沂中心城區基礎設施和重點項目建設規劃中的市級重點工程[1]。

沂蒙“路改橋”工程位于沂蒙路與祊河路相交處（見圖1），祊河路下穿沂蒙路立交向北側拓寬，其中南半幅利用現狀沂蒙路主線橋梁，北半幅下穿沂蒙路主線對現狀路基進行改造，橋梁跨徑為40.62～53.46m，橋梁寬度約為65.68～81.31m。下部結構采用“排樁+蓋梁”結構形式，基礎采用直徑為1000mm、間距為800mm、咬合度為200mm 的鋼筋混凝土（普通C35）和素混凝土（超緩凝C35）咬合樁。

圖1 “路改橋”工程鳥瞰圖

2 咬合樁技術

咬合樁采用全套管旋挖式鉆機“軟切割”施工工藝，按照先打素混凝土樁、后打鋼筋混凝土樁的順序依次進行相鄰咬合樁施工。鋼筋混凝土樁與素混凝土樁相互咬合，通過切割部分素混凝土樁體成孔灌注而成整體樁墻，使之在混凝土樁初凝前形成，施工流程為A1A2—B1A3—B2A4—B3A5……，如此類推（見圖2）。

圖2 咬合樁施工流程示意圖

2.1 超緩凝混凝土配合比設計

為了解決咬合樁后序樁施工中套管切割前序樁混凝土的技術難點，減緩混凝土在硬化過程中的初凝時間和水化熱等問題，在橋梁排樁施工中應用超緩凝混凝土施工技術。聘請1 名教授級高工和3 名博士研究生共同探索研究，其均長期從事混凝土化學外加劑的制備和機理研究，熟悉混凝土化學外加劑的合成和混凝土的制備，在混凝土化學外加劑的制備方面具有較高的研究水平和較強的研究能力[2]。

2.1.1 設計技術參數要求

超緩凝混凝土配合比設計根據設計文件、施工現場實際情況，提出以下技術參數要求。

（1）混凝土初凝時間≥60h。

（2）混凝土終凝時間≤120h，且初終凝差＜20h。

（3）混凝土3d 強度值不大于3MPa。

（4）符合設計強度的混凝土28d 強度值。

（5）混凝土坍落度=180±20mm。

2.1.2 配合比設計

經過調查分析，3d 超緩凝混凝土在2～3MPa 區間的強度較為適宜，但部分商品混凝土公司對28d 強度關注較多，對前期3d 強度關注較少。該工程通過對無機和有機材料進行改良型緩凝外加劑的相互混合和調配，在滿足相應強度要求的同時，解決了現有緩凝劑在應用過程中與膠凝材料和其他化學外加劑的相容性問題，提高了其適應性[3]。

根據試驗結果，調整制備新型超緩凝劑的分子結構，從而確定新型超緩凝劑、聚羧酸減水劑和礦物摻和料的摻量范圍，形成超緩凝混凝土成套制備技術，同時保證混凝土的凝結時間和工作性能[4]。

2.2 咬合切割工藝比選

咬合切割分為軟切割和硬切割。軟切割具有成樁剛度大、止水效果好、施工成本低、對環境影響小等優點，但在跳樁施工過程中，不可避免地存在兩邊素樁施工時間差、強度不一致，施工過程中更容易出現影響樁身質量的“沖孔流”“管涌”等現象。硬切割可以將同類型的樁排成一排，減少了旋挖機來回走動的次數，提高了設備的利用率，但在硬切割過程中，樁身強度和周圍土體強度差異較大，嚴重影響樁身垂直度，且泥漿護壁易在咬合部位出現泥漿夾層，嚴重影響樁墻的整體性及防滲效果。而采用全套管旋挖式鉆機施工，既保留了軟切割的優點，避免了樁成孔過程中出現樁混凝土“竄孔”或“早凝”現象，又可防止水和泥土進入混凝土中，保證了樁身質量，節約了泥漿制備和廢漿處理成本，有利于文明施工[5]。

2.3 分析影響咬合樁施工質量的因素

通過對9 根試樁進行靜載試驗和鉆芯法試驗，對所采集的數據結合施工過程記錄進行對比分析，統計出影響咬合樁施工質量的因素，如表1 所示。

表1 影響咬合樁施工質量因素統計表

通過對不合格點的分布情況進行分析，樁身垂直度不合格的情況多發生在葷樁部位，樁位偏差、樁身咬合度不合格情況也基本集中在樁身垂直度偏差較大的樁位上；抗壓強度在問題樁處數值也明顯偏低。試驗結論：樁身垂直度直接或間接影響樁位偏差、咬合度及混凝土抗壓強度等指標[6]。

2.4 葷素咬合樁關鍵技術

2.4.1 孔口定位誤差的控制

在咬合樁頂面以上設置條形混凝土導墻（見圖3），試驗發現，條形混凝土導墻能夠有效地限制排樁縱橋向的偏位，但不能很好地控制橫橋向偏位。采用樁孔式導墻優化后（見圖4），定位孔設置在上部，其直徑應大于20mm。在定位孔內插入第一節套筒，進行檢查調整，使套筒與定位孔周圍的空隙保持均勻。

圖3 咬合樁條形導墻示意圖

圖4 咬合樁樁孔式導墻示意圖

2.4.2 樁身垂直度的控制

葷樁在鉆入成孔的過程中，鉆頭往往偏向一側，造成咬合樁下部“開叉”，且在端樁處特別突出（見圖5）。分析其原因是相鄰兩根素樁的超灌高度及施工強度不同，造成地層軟硬不均，導致咬合樁下部“開叉”[7]。

圖5 咬合樁下部“開叉”示意圖

綜上所述，主要從混凝土的緩凝時間、成孔工藝控制方法等方面進行以下施工調整。

（1）素樁混凝土緩凝時間控制

影響樁咬合的關鍵是素樁混凝土緩凝時間，應根據單樁成樁時間確定超緩凝混凝土的緩凝時間，需測定單樁成樁所需時間t 后，按公式計算混凝土緩凝時間T：

式（1）中：K 為儲備時間，一般取1.5t；t 為單樁成樁時間。

超緩凝混凝土凝結時間一般定為3d 較為適宜，即72h 初凝，主要是考慮設備最大故障需要的最短修復時間。

延長混凝土緩凝時間通常可以通過三種方式實現：一是選用緩凝時間相對較長的水泥進行初終凝；二是加大摻和料特別是粉煤灰的用量；三是添加緩凝劑。前兩種方式對于延長混凝土凝結時間效果不明顯，第三種方式可以成倍延長混凝土凝結時間[8]。

（2）咬合樁垂直度檢驗及控制

咬合樁施工前對鋼套管的垂直度進行檢查和校正，確保整根套管的垂直度偏差不大于10mm，按樁長配置所有套管并進行連接。垂直度測量方法：在地面上畫出凈距為1200mm 且相互平行的兩條直線，在兩條直線之間放置套筒，然后用線墜和直尺進行測量。

如果垂直度超出設計值，則根據具體情況采取以下措施：一是套管入土不足5m 或垂直度偏差不大時，套管垂直度可直接用鉆機的推拉油缸進行調整；二是套管入土超過5m 或垂直度偏差較大時，可先利用鉆機油缸直接進行調整，如果達不到要求，則一邊拔起套管一邊向套管內填入砂或黏土，至上一次檢查合格的位置后，再將套管調直，檢查垂直度合格后，將套管再次下壓。

3 結語

咬合樁采用全套管旋挖式鉆機“軟切割”施工工藝，在緩凝前將樁與樁咬合成一體，終凝后防滲能力強，能有效防止管涌現象的發生，同時也能很好地達到支護、承重的效果，適用于城市立體交叉道路的工程施工。該工程的實踐也證明，盡管在施工過程中咬合樁可能出現一些特殊情況，但只要在設計時加以全面考慮，加強對施工過程中關鍵環節的質量控制，應用鉆孔咬合樁技術進行施工便可以取得理想的效果。