鋼筋混凝土樁基礎(chǔ)在水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用

張 偉

（新疆維吾爾自治區(qū)草原畜牧工程勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)院 新疆 烏魯木齊 830049）

鋼筋混凝土樁基礎(chǔ)具有施工簡(jiǎn)便、速度快、質(zhì)量有保證和造價(jià)低的特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)各地的基礎(chǔ)處理工程中應(yīng)用較廣泛，而在新疆水利工程中用于水工建筑物的基礎(chǔ)處理基本上沒有采用過，紅山水庫(kù)溢洪道泄槽基礎(chǔ)采用人工挖孔灌注樁的處理形式，尚數(shù)首例。本文就紅山水庫(kù)溢洪道人工挖孔灌注樁的設(shè)計(jì)及施工作以簡(jiǎn)單介紹，提供一個(gè)水工建筑物基礎(chǔ)處理的新思路。

1 工程概況

紅山水庫(kù)位于新疆呼圖壁縣雀爾溝河上。該水庫(kù)為中型山區(qū)攔河水庫(kù)，壩高38 m，2000年為了使該水庫(kù)達(dá)到設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)，在左壩肩二級(jí)臺(tái)地上增設(shè)了溢洪道。溢洪道為有閘控制寬頂堰形式，寬5 m，總長(zhǎng)223 m，主要由進(jìn)口段、控制段、泄槽段、消力池段組成，均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

溢洪道基礎(chǔ)一般均坐落于新鮮泥巖上，但在泄槽首段0+003～0+067有一東西走向隱伏沖溝，與溢洪道呈60°的斜交，沖溝末端位于泄槽東側(cè)高約20 m的二級(jí)階地下。沖溝最大深度22 m，上口寬約64 m，溝內(nèi)主要為沖洪積碎石土，粒徑一般最大不超過5 cm，含水量14.73%，密實(shí)度較差，干容重僅為1.47 t/m3，孔隙比0.93，具有高壓縮性和濕陷性，壓縮系數(shù)0.08 MPa，壓縮模量 2.3 MPa，濕陷系數(shù)0.042，黏聚力8 MPa，摩擦角28°。該土層對(duì)建筑物的穩(wěn)定極不利，為保證泄槽穩(wěn)定安全運(yùn)行，泄槽不能直接坐落于該隱伏沖溝上，必須進(jìn)行基礎(chǔ)處理。

2 設(shè)計(jì)方案選擇

初設(shè)階段對(duì)該段采用實(shí)腹拱橫跨隱伏沖溝的形式，將泄槽擱置于拱頂。在施工階段的地質(zhì)詳勘后，發(fā)現(xiàn)沖溝上口寬度較原設(shè)計(jì)寬，沖溝上游面基巖陡立，實(shí)腹拱的上游拱座無(wú)法擱置在新鮮基巖面上，并且拱跨較大，因此，進(jìn)行了方案變更。經(jīng)過反復(fù)推敲和方案論證，決定采用樁基進(jìn)行處理。

該沖溝深淺不一，最深處22 m，最淺處3 m，如果采用摩擦樁，樁長(zhǎng)不一樣，樁身周邊摩阻力也不一樣，每根樁的承載力也不同，因此，不適宜采用摩擦樁，應(yīng)采用端承樁的形式。泄槽每段長(zhǎng)8 m，寬6 m，為矩形斷面，整體現(xiàn)澆，采用單樁承重形式。樁基形式可選用鋼管樁、混凝土灌注樁，人工挖孔灌注樁。經(jīng)比較，認(rèn)為鋼管樁及混凝土灌注樁施工中易產(chǎn)生“縮頸”現(xiàn)象，施工質(zhì)量可靠性差，單樁承載力保證率低，一般適用于群樁。而人工挖孔灌注樁孔徑較大，施工質(zhì)量有保證，且該工程樁長(zhǎng)不長(zhǎng)，地基土均為沖洪積碎石土，無(wú)不良地質(zhì)情況，無(wú)地下水影響，具備人工挖孔的條件，因此，決定采用人工灌注樁的形式。

3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

由于單樁荷載較大，地基為泥巖，屬于軟巖，承載力較小，因此，樁距不宜太大。樁基平行于泄槽軸線布置兩行，行距5.5 m，排距4 m，每排2根(見圖1、圖2)，樁頂設(shè)鋼筋混凝土承臺(tái)梁，泄槽簡(jiǎn)支在承臺(tái)梁上(見圖3)。樁基所承受的荷載主要是泄槽混凝土自重及槽內(nèi)水重，經(jīng)荷載分析計(jì)算，每根樁約承受85 t的荷載。樁身采用C20鋼筋混凝土澆筑，經(jīng)結(jié)構(gòu)計(jì)算，樁身最小直徑0.4 m，按人工開挖最小施工要求，樁直徑取1.0 m。樁底部為泥巖，設(shè)計(jì)承載力為550 kPa，按此進(jìn)行樁底壓應(yīng)力復(fù)核，樁端直徑最小應(yīng)為1.60 m，因此，樁端采用圓臺(tái)形式擴(kuò)底，以提高承載能力。樁身按構(gòu)造配置鋼筋，主筋采用直徑22 mm的Ⅱ級(jí)鋼筋10根，箍筋采用φ8的Ⅰ級(jí)鋼筋螺旋狀布置，主筋上部伸入承臺(tái)梁內(nèi)660 mm，樁頂3 m范圍內(nèi)箍筋加密(見圖4)。

圖1 人工挖孔灌注樁縱剖面圖

圖2 人工挖孔灌注樁平面圖

圖3 樁身與承臺(tái)梁構(gòu)造圖

4 施工工藝

施工工具可采用鐵鍬、鋼釬、風(fēng)鎬挖孔，出土工具采用手搖轆轤和提土桶。施工前先進(jìn)行三通一平等工作，然后按設(shè)計(jì)樁位圖施放軸線和樁位。挖孔采用間隔開挖，先長(zhǎng)樁后短樁，先挖中間樁，后邊樁，防止塌孔。

由于該地層為沖洪積碎石土，較松散，易滑塌，為了確保施工過程中的安全，邊挖孔邊澆筑混凝土護(hù)壁（見圖5）。對(duì)于土質(zhì)較堅(jiān)硬穩(wěn)定性較好的地層，護(hù)壁采用素混凝土，土質(zhì)較差地段護(hù)壁內(nèi)應(yīng)適當(dāng)配筋。護(hù)壁內(nèi)徑1.0 m，每節(jié)護(hù)壁均應(yīng)在當(dāng)日連續(xù)施工完畢，護(hù)壁混凝土采用直徑3 cm的振動(dòng)棒振搗密實(shí)，護(hù)壁模板在24 h之后即可以拆除?？椎讘?yīng)深入新鮮基巖內(nèi)0.5 m，當(dāng)孔挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，清理完孔底殘?jiān)?，?yàn)收合格后，立即采用C20細(xì)石混凝土封底，防止基底泥巖潮解分化。預(yù)先制作好鋼筋籠，綁扎鋼筋籠時(shí)，縱向主筋應(yīng)放在內(nèi)側(cè)，橫向筋放在外側(cè)，以免妨礙混凝土串筒。樁孔驗(yàn)收合格后,將預(yù)先制作好的鋼筋籠分段垂直放入孔內(nèi)。安放時(shí)要對(duì)準(zhǔn)孔位，避免碰撞孔壁，造成孔壁坍塌，就位后立即固定。然后采用串筒澆筑樁身混凝土，防止混凝土離析，混凝土采用插入式振搗器分層振實(shí)。

圖5 現(xiàn)澆混凝土護(hù)壁剖面圖

為了保證安全，施工時(shí)在孔內(nèi)設(shè)置應(yīng)急軟爬梯，供人員上下井。每日開工前檢測(cè)井下的有毒有害氣體，當(dāng)樁孔開挖深度超過10 m時(shí)，用風(fēng)泵向井下送風(fēng)，風(fēng)量不宜少于25 L/s。對(duì)孔內(nèi)照明定期進(jìn)行檢查，嚴(yán)防漏電。在施工中隨時(shí)進(jìn)行樁孔的垂直度和標(biāo)高的測(cè)量，確保施工精度。樁身混凝土澆筑7天后，按總樁數(shù)的30%對(duì)樁身混凝土采用動(dòng)測(cè)原理進(jìn)行樁體質(zhì)量檢驗(yàn)，受檢的21根樁質(zhì)量均合格，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

5 施工中遇到的特殊問題的處理

在進(jìn)行樁號(hào)0+007及0+011處東側(cè)兩根樁的開挖過程中,孔深達(dá)到11 m時(shí)，地層結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，下部出現(xiàn)約0.8 m厚的流砂層，含水量較大，呈流塑狀，流砂不斷涌入孔內(nèi)，施工無(wú)法進(jìn)行下去，如果不及時(shí)處理，很可能會(huì)發(fā)生塌孔。當(dāng)時(shí)，考慮了許多解決方法，最后該段采用直徑1 m，厚0.6 cm，長(zhǎng)1.2 m的鋼護(hù)筒，套在上層混凝土護(hù)壁內(nèi)，先施加壓力，切入流砂層內(nèi)0.4 m，然后將筒內(nèi)的流砂挖出，再加壓力切入下層流砂中，重復(fù)多次，直至穿過流砂層。該方法在處理流砂夾層中取得了成功，確保了工程順利按期完工。

6 工程竣工后的效果評(píng)價(jià)

整個(gè)樁基處理僅用了15天的時(shí)間，共計(jì)31根樁，樁長(zhǎng)總計(jì)220 m，日進(jìn)尺14.67 m，總投資約20萬(wàn)元，較原實(shí)腹拱方案節(jié)省投資約10萬(wàn)元，既縮短了工期，又節(jié)省了投資，工程質(zhì)量得到了保證。該工程建成投入運(yùn)行已有兩年，泄槽未出現(xiàn)沉降變形現(xiàn)象，說(shuō)明泄槽底部的樁基受力狀況較好，未出現(xiàn)沉降、側(cè)移等現(xiàn)象，施工質(zhì)量較好，取得了圓滿成功。

7 人工挖孔灌注樁經(jīng)驗(yàn)

人工挖孔灌注樁作為一種傳統(tǒng)的成樁施工工藝，具有造價(jià)低、施工設(shè)備簡(jiǎn)單、成樁直徑大、成樁質(zhì)量容易保證等特點(diǎn)，同時(shí)也存在受地質(zhì)條件限制，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、危險(xiǎn)性高等缺點(diǎn)。因此，采用該工藝應(yīng)注意其適用條件，一般在地基土中分布有厚淤泥、地下水位下有厚砂層及粉土層、地層中有腐殖質(zhì)和有機(jī)物煤層等可能存在有毒氣體的土層、地下水豐富及孔深超過25 m時(shí)，不宜使用人工挖孔灌注樁。對(duì)于適宜采用該種地基處理方式的地層，施工前應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘察工作，認(rèn)真分析采用該方法的可行性，同時(shí)，施工中必須具備可靠的安全保障措施，在地基土土質(zhì)較差的情況下應(yīng)采用混凝土護(hù)壁，遇到薄層流砂、淤泥時(shí)可采用鋼套管護(hù)壁。

綜合上述情況，施工前只要認(rèn)真進(jìn)行地質(zhì)勘察，充分論證人工挖孔灌注樁施工的可行性，施工中注意安全，嚴(yán)格按照施工程序進(jìn)行，局部遇到不良地質(zhì)情況時(shí)，多借鑒已有施工經(jīng)驗(yàn)，該地基處理方法就會(huì)發(fā)揮出其不可磨滅的優(yōu)越性，取得顯著的工程效益。