賽城湖閘左岸上游垂直開挖土體加固方法探討

劉小明

（江西省水利水電建設(shè)有限公司 江西 南昌 330006）

1 工程概況

賽城湖閘位于江西省長江干堤永安堤下游，九江市區(qū)上游7km的閻家渡，該閘為6孔涵洞式排水閘，由引水渠、進(jìn)水渠、閘室段、消能防沖段、下游聯(lián)接段組成。閘室段長 26m，寬 43.02m，泄流凈寬為 6×5m=30m。進(jìn)水渠左翼墻（即左岸上游翼墻）原設(shè)計(jì)為扶臂式擋土墻，設(shè)計(jì)底板高程為EL9.61，墻頂高程為EL20.5。2001年4月中旬，由中國水利第一工程局完成翼墻砼澆筑施工，進(jìn)行墻后填土至EL16.5時(shí)，產(chǎn)生失穩(wěn)破壞。墻體傾斜50cm，并且多處從伸縮分縫處被拉裂，最大裂縫寬為80cm。墻體破壞產(chǎn)生原因經(jīng)專家組鑒定為基礎(chǔ)滑坡引起的。為確保工程安全度汛和上部建筑物的安全，經(jīng)江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院重新設(shè)計(jì)，確定了拆除原擋土墻，采用空箱式結(jié)構(gòu)型式擋土墻替代的新設(shè)計(jì)方案，新設(shè)計(jì)擋土墻墻底高程為EL9.61，墻頂高程為外墻EL21.5，內(nèi)墻頂高程為EL20.5。箱體寬度方向?yàn)槿?jié)，寬度為10.8m。

2 問題的提出

筆者所在單位于工程中承擔(dān)了左岸翼墻重建的施工任務(wù)，左岸翼墻平面示意圖見圖1。在進(jìn)行施工方案設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場地形勘察和地質(zhì)勘察報(bào)告的結(jié)果，本工程存在如下問題：

（1）新設(shè)計(jì)空箱翼墻內(nèi)邊距左岸建筑物僅16m，上下高差近12m，且墻后回填土料和左岸坡土料為就近開挖利用料。

（2）勘察報(bào)告顯示該土料含水量偏大，屬于壓縮性較高，強(qiáng)度較低，滲透性低的土質(zhì)，而且其內(nèi)摩擦角較小。

（3）本工程墻后不同高程有多處滲水點(diǎn)，存在嚴(yán)重的安全隱患。

就本工程遇到的上述問題，如何完成設(shè)計(jì)意圖，確保工程安全度汛和上部建筑物的安全，是工程施工首要解決的技術(shù)問題。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，考慮到在進(jìn)行開挖時(shí)無穩(wěn)定放坡的位置，所以本工程只能進(jìn)行垂直開挖。垂直開挖對土體加固有很高的要求，如若在施工過稱中方法選擇不正確或者施工質(zhì)量達(dá)不到要求，不僅會影響工程進(jìn)度，增加工程經(jīng)濟(jì)造價(jià)，更嚴(yán)重時(shí)會造成整個(gè)工程施工癱瘓，嚴(yán)重危及施工人員的性命。

3 土體加固方案選擇

通過詳細(xì)研究了現(xiàn)場實(shí)際情況并結(jié)合本工程特殊問題，提出了適宜本工程土體加固的三種方案：鉆孔灌注樁、沉管灌注柱和鋼管樁，并針對三種加固方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了探討。

鉆孔灌注樁是施工現(xiàn)場用鉆孔機(jī)鉆孔后，將鋼筋籠放入孔內(nèi)，然后澆筑混凝土，經(jīng)過混凝土凝結(jié)成型后而形成的樁。鉆孔灌注樁比起錘擊法，在施工過程中產(chǎn)生很小的噪聲和震動，這對于很多地基情況都適宜，與預(yù)制樁相比并且可以得到更大直徑的樁。在進(jìn)行該工藝的時(shí)候?qū)龅仄秸取@孔質(zhì)量都有嚴(yán)格的要求，因?yàn)槿绻麍龅夭皇呛芷秸麜r(shí)，鉆孔機(jī)在施工中易產(chǎn)生傾斜、樁傾斜和樁偏心等不良影響，這直接影響樁身強(qiáng)度。同時(shí)在鉆孔的同時(shí)需做好泥漿護(hù)壁和抽渣等工作，隨時(shí)檢查成孔是否偏斜，避免因某道工序未能及時(shí)處理形成的塌孔、縮頸或在澆筑混凝土的時(shí)候造成斷樁現(xiàn)象。因此，鉆孔灌注樁是一種施工難度很大，成本高，施工工期長，在處理施工中出現(xiàn)的問題費(fèi)工費(fèi)時(shí)，并且該工法的泥渣會造成環(huán)境的污染。

圖1 左岸翼墻平面示意圖

圖2 鋼管樁布置示意圖

沉管灌注柱是利用錘擊沉樁設(shè)備進(jìn)行沉管，將帶有鋼筋混凝土的樁尖鋼管沉入土中，形成樁孔，澆筑混凝土，在拔出套管時(shí)利用拔管時(shí)的振動將混凝土搗實(shí)。沉管灌注樁避免了由樁尖浮土造成的樁身下沉，承載力不足問題，同時(shí)更加節(jié)約材料。但是該工法不適于在市區(qū)施工，因?yàn)殄N擊噪音較大，振動會影響周圍建筑物，同時(shí)該工法遇到一些較大孤石將無法實(shí)施。其施工質(zhì)量不易控制，在施工過程中如果拔管過快容易造成樁身縮頸、斷樁。由于該方法是擠土樁，前期澆注好的樁易受到擠土效應(yīng)的影響產(chǎn)生傾斜斷裂甚至錯(cuò)位。該方法和鉆孔灌注樁同樣對施工場地平整度有很高的要求，且施工周期長，沒有回收價(jià)值，施工成本高。

鋼管樁由鋼管、企口榫槽、榫銷構(gòu)成。該工藝造價(jià)成本低，并且鋼管有回收利用價(jià)值，對環(huán)境無污染，它對施工現(xiàn)場場地的平整度要求不高，施工難度小。鋼管樁能起到圍水、圍土、圍砂等作用，同時(shí)它有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、搭接容易，密封性好等優(yōu)點(diǎn)。

結(jié)合本工程從工期、經(jīng)濟(jì)和施工難易程度等多個(gè)方面對上述三種方案進(jìn)行了簡要的分析（見土體加固方案對比表1），綜合考慮最終確定該工程采用鋼管樁對土體進(jìn)行加固方案。

表1 土體加固方案對比

4 鋼管樁施工方法

4.1 鋼管樁布置

鋼管樁分三排布置，第一排緊靠開挖邊線內(nèi)側(cè)布置，第二排距第一排3m布置，第三排距第二排1m布置，每排樁距1m，呈梅花型布置，具體見圖2鋼管樁布置示意圖。

4.2 施工參數(shù)選擇

由于本設(shè)計(jì)未提供具體的技術(shù)指標(biāo)，根據(jù)中水一局開挖后裸露的基礎(chǔ)情況觀察，持力層距地面高度為7m～8m，按樁底高程為持力層下1m計(jì)算，鋼管樁長度為9m為宜?？紤]無具體的鉆探資料，為安全起見和鋼管剛度要求，最終選用10m長，直徑為20cm，壁厚8mm無縫鋼管。

4.3 施工機(jī)械選擇

考慮到本項(xiàng)目工期短，施工場地狹窄，施工各項(xiàng)目完成周期短，不宜采用行走不便機(jī)械和過多機(jī)械在作業(yè)面施工，項(xiàng)目部經(jīng)考察和試驗(yàn)，采用施工作業(yè)現(xiàn)有反鏟挖掘機(jī)和液壓式?jīng)_擊錘進(jìn)行鋼管打樁施工。

4.4 施工方法

4.4.1 施工工藝

采用反鏟挖掘機(jī)配合沖擊錘打鋼管樁。在工前應(yīng)該先對鋼管原材料（鋼材的屈服強(qiáng)度、伸長率、抗拉強(qiáng)度等）進(jìn)行檢驗(yàn)，其原材料要滿足設(shè)計(jì)要求和符合規(guī)范最低要求，檢驗(yàn)合格后才可投入使用。施工前準(zhǔn)備包括對場地進(jìn)行平整和清理（確保其平整度），測量定位好樁的位置并進(jìn)行放線，然后確定樁心位置、打樁順序和樁機(jī)開行路線等。在樁機(jī)就位后，吊樁、插樁，錘擊下沉，接樁、錘擊至設(shè)計(jì)深度。鋼管樁起吊多采用一點(diǎn)綁扎，將其吊到指定的樁位，將鋼管樁對準(zhǔn)樣樁位置然后進(jìn)行插樁，這期間對樁位要是要確保其位置正，樁身不傾斜。為使施工方便，并防止打樁過程相鄰建筑產(chǎn)生較大位移，一般打樁順序遵循先打中間后打外圍，先打長樁后打短樁，先大直徑后小直徑。具體施工工藝流程見圖3。

4.4.2 施工方法

（1）施工準(zhǔn)備

因左岸建筑物座落在比較陡后坡上，且有多處滲水點(diǎn)，為方便鋼管樁施工，確保施工期間后坡的穩(wěn)定，須進(jìn)行施工準(zhǔn)備工作，主要有后坡加固，場地平整和排水系統(tǒng)布設(shè)。場地平整利用反鏟挖掘機(jī)略加修整即可，排水系統(tǒng)結(jié)合后坡加固進(jìn)行，橫向排水溝因坡腳處土料含水量太大，土料呈液態(tài)，無法開挖而成，在坡腳處利用紡織袋裝碎石料擠淤方法形成，縱向排水溝在坡身每隔5m開挖一道截面30cm×30cm“Y”字型溝槽，縱橫溝槽聯(lián)通，鋪土工而一層，填碎石料作為反濾，坡身加固采用草袋土，按1∶1.5～1∶2坡比緩坡加固。

圖3 鋼管樁施工工藝流程圖

（2）打樁施工

施工準(zhǔn)備工作完成后，按確定的鋼管樁布設(shè)參數(shù)，用石灰點(diǎn)好孔位，人工抬運(yùn)鋼管樁至樁位點(diǎn)附近，將簡易導(dǎo)向布置在樁位上以便作為垂直控制機(jī)具，再利用2臺反鏟挖掘機(jī)鏟斗重疊同時(shí)下壓，采用液壓式?jīng)_擊錘打沒地面。為防止在錘擊時(shí)樁頭損壞，打樁前，需在樁頭放置特制的樁帽，并在受錘擊的部位，放置木墊達(dá)到減震作用，以減小強(qiáng)大震動力給樁頭帶來的損害。

4.5 鋼管樁的防腐處理

對鋼管樁質(zhì)量有很大影響的是其防腐處理手段，通常在施工前需對鋼管樁進(jìn)行如下防腐工藝：噴砂除銹合格→施工前準(zhǔn)備→涂底層漆→涂中間漆、面漆→驗(yàn)收合格→出廠。

鋼管樁表面可采用噴砂除銹、人工刮涂方式或涂環(huán)氧重防腐涂料。

鋼管樁在運(yùn)輸和施打過程中，注意保護(hù)其防腐層。為確保防腐施工質(zhì)量，如若在這過程中防腐層有損壞，需在交工驗(yàn)收前進(jìn)行修補(bǔ)。

5 結(jié)語

經(jīng)過鋼管樁處理過后的墻后土體，在老翼墻拆除后，依靠鋼管樁獨(dú)自承受土體側(cè)壓力，土體無太大位移，保證了后續(xù)工程的順利進(jìn)行，為確保工程安全度汛贏得了時(shí)間。如今該工程已經(jīng)過了三個(gè)汛期的考驗(yàn)，證明運(yùn)用鋼管樁進(jìn)行土體加固方法是可行的。

鋼管樁在工程施工過程中由于其使用方便、搭接容易，密封性好等優(yōu)點(diǎn)，對本工程的順利完成有很重要的意義。同時(shí)工程施工完成后，已將鋼管樁全部回收，不僅節(jié)約能源的同時(shí)還減少了工程經(jīng)濟(jì)造價(jià)，此種施工方法也得到了越來越廣泛的運(yùn)用。陜西水利

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