提高九曲河水利樞紐振動(dòng)沉管灌注樁不良率的措施

王揚(yáng) 劉偉 汪亮

【摘要】九曲河水利樞紐地質(zhì)屬于長(zhǎng)江沖擊平原，由大量來(lái)自長(zhǎng)江的泥沙堆積形成，因此具有較大的固結(jié)差，土質(zhì)較為松軟且砂性較高。本文將對(duì)沉管灌注樁施工中常見(jiàn)的縮頸、吊腳樁以及斷樁等問(wèn)題的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，并且針對(duì)這些問(wèn)題提出了降水、拔管過(guò)快以及樁間距過(guò)小等問(wèn)題的處理措施，從而使振動(dòng)沉管灌注樁的優(yōu)良率得到顯著提升。

【關(guān)鍵詞】九曲河水利樞紐；沉管灌注樁；處理措施

引言：

九曲河水利樞紐屬于“湖西引排”工程的四大樞紐之一。該工程地處丹陽(yáng)市北部，距離長(zhǎng)江夾江大約850m，主要包括泵站、套閘、節(jié)制閘以及河道橋梁等內(nèi)容，能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)水環(huán)境、灌溉運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)功能。樞紐工程在地質(zhì)方面幾乎相同，均由長(zhǎng)江泥沙堆積而成，較厚的淤質(zhì)土固結(jié)差，具有薄層水平層理，滲透性較好。本文將通過(guò)對(duì)此方面工程和技術(shù)的研究，對(duì)沉管灌注樁施工問(wèn)題的主要原因進(jìn)行分析，并且提出了幾種解決措施，使其在一定程度上幫助解決沉管灌注樁中存在的部分問(wèn)題，使其質(zhì)量得到有效保障，優(yōu)良率顯著增加。

1、地質(zhì)情況簡(jiǎn)介

本文中所研究的樞紐工程與其他樞紐工程在地質(zhì)條件方面具有較大的共性，均為長(zhǎng)江沖擊平原，由大量的長(zhǎng)江泥沙堆積而成。因此在土層的厚度以及土層的構(gòu)成情況等方面不盡相同，在其水平和垂直兩個(gè)方向中具有較強(qiáng)的不均勻性，根據(jù)對(duì)較強(qiáng)滲透性的場(chǎng)地進(jìn)行地質(zhì)勘查能夠得出，土層從上至下主要可以分為以下幾種層次。

第一，素填土。這種土質(zhì)外表呈現(xiàn)出灰黃色和褐黃色，較為濕潤(rùn)，可塑性強(qiáng)，并且摻雜入大量的粉細(xì)砂，厚度在5.5m左右，N=4～7擊，主要分布的區(qū)域?yàn)榫徘影哆叺暮拥躺?。第二，粉質(zhì)粘土。這種土質(zhì)外表呈現(xiàn)出褐黃色，土質(zhì)較軟，可塑性較強(qiáng)，能夠看到植物的根須以及螺殼的碎屑，厚度在0.8～2.6m之間，屬于耕織土，N=3～4擊，主要分布的區(qū)域?yàn)殛懮蠄?chǎng)地的上部。第三，粉細(xì)砂夾雜淤泥質(zhì)的粉質(zhì)粘土。這種土質(zhì)外表呈現(xiàn)出青灰色或者灰色，較為濕潤(rùn)，松散，可塑性強(qiáng)，并且摻雜入淤泥質(zhì)粘土，厚度在2.0～10.6m之間，N=2～7擊。第四，粉細(xì)砂夾雜粉質(zhì)粘土，這種土質(zhì)外表呈現(xiàn)出青灰色，土質(zhì)較濕，可塑性較強(qiáng)，能夠含有云母片以及腐植物等，厚度在2.2～8.6m之間，內(nèi)部摻雜了大量的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，N=10～15擊。第五，粗砂夾雜薄層卵石，這種土質(zhì)外表呈現(xiàn)出淺灰色，土質(zhì)較密，可塑性較差，以粗砂為主，內(nèi)部摻雜一些薄層礫石層，因此應(yīng)用中較難鉆進(jìn)，厚度在6.0m之間，粒徑成分為石英，N=40～50擊，只有17#孔鉆能夠穿透此層。第六，細(xì)砂。這種土質(zhì)外表呈現(xiàn)出黃色，土質(zhì)屬于中性，偏密，土質(zhì)較為單一，N=20～30擊，只有17#孔鉆能夠穿透此層。第七，粉質(zhì)粘土夾雜細(xì)砂，這種土質(zhì)外表呈現(xiàn)出黃色，土質(zhì)較濕潤(rùn)，可塑性較強(qiáng)，夾雜著黃色的細(xì)砂，具有較大的粉性，部分地區(qū)以粉土為主，厚度大約在0.5～3.7mm之間，，N=10～15擊，主要分布的區(qū)域眾多，但是在該工程場(chǎng)地的西南部對(duì)該層土十分缺乏，大部分孔鉆都無(wú)法穿過(guò)此層[1]。

2、沉管灌注樁施工問(wèn)題產(chǎn)生的主要原因

振動(dòng)沉管灌注樁主要被應(yīng)用在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方面，通常會(huì)選擇Φ426的樁徑，樁長(zhǎng)選擇范圍為11～12m之間，樁間距盡量控制在1.5～1.6m，從而能夠充分滿足地基對(duì)承載力方面的要求。閘站中的基坑設(shè)計(jì)主要應(yīng)用的是管井降水方式，在施工中應(yīng)用DZ60、DZ75型號(hào)的振動(dòng)樁錘沉管樁機(jī)，預(yù)制混凝土樁尖。其中，振動(dòng)沉管灌注樁的主要工藝步驟為：首先對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的中主體進(jìn)行測(cè)量放線，準(zhǔn)確的確定灌注位置，并且進(jìn)行沉管成孔。與此同時(shí)，制作一個(gè)鋼筋籠，進(jìn)行終孔驗(yàn)收，將鋼筋籠安置到妥當(dāng)?shù)奈恢貌⑶夜潭?，將混凝土進(jìn)行灌注成樁，最終倒打拔樁。在沉管灌注樁施工的過(guò)程中，出現(xiàn)問(wèn)題的原因主要有以下幾方面。

第一，由于該地的土質(zhì)變化較大，因此無(wú)法利用常規(guī)的理論對(duì)深井降水的系統(tǒng)布置情況進(jìn)行計(jì)算，因此難以充分滿足施工降水的要求。部分位置還會(huì)出現(xiàn)壓程水，從而使水位不能夠降到合理位置，樁基位置處的軟粘土中含有較多水分，進(jìn)而使其在飽和的狀態(tài)下進(jìn)行沉樁，由于受到擠壓作用，土壤將會(huì)轉(zhuǎn)移到新澆混凝土中，導(dǎo)致縮頸現(xiàn)象產(chǎn)生。第二，受土層上下變化影響，土質(zhì)情況也不盡相同，因此，不同土層中混凝土的凝固時(shí)間難以保證，容易在不同土層的交界處引起縮頸現(xiàn)象。

第三，如果拔管過(guò)快，將會(huì)使振動(dòng)變少，從而使出管混凝土數(shù)量也隨之減少，這樣容易產(chǎn)生縮頸、吊腳樁以及斷樁等現(xiàn)象。第四，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，樁凈距最小保持在1.05m，半徑為3d。在工程現(xiàn)場(chǎng)的施工中，由于受到相鄰樁的外力作用，產(chǎn)生擠壓，進(jìn)而容易引發(fā)縮頸、斷樁問(wèn)題。第五，人為以及機(jī)械等原因致使混凝土受到振動(dòng)或者擾動(dòng)，或者其配料及原料不能夠充分滿足要求，這些因素都可以導(dǎo)致縮頸和斷樁現(xiàn)象發(fā)生[2]。

3、解決措施

3.1降水處理措施

在施工區(qū)域中設(shè)置觀測(cè)井，其井深大約為8m，利用網(wǎng)絡(luò)法在區(qū)域內(nèi)每20m×20m處都設(shè)置一個(gè)深度為8m的觀測(cè)井。觀測(cè)井主要利用的是8m長(zhǎng)的鋼管，在管壁中的5cm出開(kāi)設(shè)一個(gè)Φ1m的透水孔，并且保證管底部處于完全封閉的狀態(tài)，再在外壁上包裹兩層濾布，具體的安排如圖1所示。

通過(guò)觀測(cè)井對(duì)水位變化情況進(jìn)行判斷和觀察，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)水位不達(dá)標(biāo)之處，針對(duì)達(dá)不到要求的位置，可以采用設(shè)置輕型井點(diǎn)降水系統(tǒng)的方式進(jìn)行處理，即利用抽排的方式對(duì)布局區(qū)域中的地下水進(jìn)行完全承壓。在距離井點(diǎn)每間隔5m的位置設(shè)置一個(gè)1.5m的井點(diǎn)，最終將觀測(cè)井與其周?chē)木c(diǎn)利用總管或者支管相互連接，以此進(jìn)行井泵抽排。利用輕型井點(diǎn)降水系統(tǒng)之后，觀測(cè)結(jié)果顯示：以往不達(dá)標(biāo)的水位幾乎都已經(jīng)能夠降低到粘土底部50cm處，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)施情況，可以在樁基施工完畢后，將井點(diǎn)降水系統(tǒng)拆除。

3.2對(duì)成樁質(zhì)量以及拔管過(guò)快問(wèn)題的解決措施

首先，施工人員在進(jìn)行拔管的過(guò)程中，應(yīng)始終保持管內(nèi)具有2m以上的混凝土，一旦發(fā)現(xiàn)管內(nèi)的混凝土數(shù)量不足，則需要立即進(jìn)行補(bǔ)灌，以其自重來(lái)增加出管的擴(kuò)散量。其次，由于上下土層在質(zhì)量等方面存在一定的差異，因此施工人員在其交界處進(jìn)行拔管時(shí)，應(yīng)注意力度和速度，可以采用慢抽密振的方式使出管擴(kuò)散增加。具體的邊界線位置應(yīng)根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的勘察來(lái)定，交界處的拔出速度應(yīng)減少為0.4m/min。經(jīng)過(guò)以上兩種方式一共實(shí)行，雙管齊下，并在實(shí)際施工地區(qū)的上下土層界面交界的位置處隨機(jī)抽取100點(diǎn)，混凝土導(dǎo)管從中每拔出1m，則能夠檢測(cè)到混凝土平均會(huì)下降1.5m，最低下降高度為1，25m，100點(diǎn)的混凝土下降到最小值時(shí)也能夠達(dá)到1.34m，這樣的數(shù)值能夠充分滿足成樁在此方面的相關(guān)質(zhì)量要求[3]。

最后，需要對(duì)導(dǎo)管的拔出速度進(jìn)行有效控制，將速度控制在大約0.5～0.8m/min之間，樁尖位置的1.5m處進(jìn)行反插，反插的次數(shù)通常為3次。在進(jìn)行拔管之前需要先進(jìn)行振動(dòng)，使土質(zhì)變得松軟，同時(shí)也能夠減少拔管的阻力，先振動(dòng)5～10s左右，然后進(jìn)行正式拔管，在拔管的過(guò)程中也要進(jìn)行不停的振動(dòng)，并且每次拔出0.5～0.7m之間時(shí)，需要停下來(lái)進(jìn)行整頓，再進(jìn)行振動(dòng)5～10s之后再接著進(jìn)行拔管，如此反復(fù)上述操作，知道要求頂高程，并且應(yīng)控制混凝土澆筑的高度要大于樁頂?shù)母叨?，最好超出?biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)高度0.7m。

3.3對(duì)樁間距過(guò)小問(wèn)題的解決措施

對(duì)于此類問(wèn)題的處理，可以采用跳打施工的方式，即在相鄰樁中間首先間隔1根進(jìn)行施工，然后再間隔1排進(jìn)行施工，這樣將能夠使兩根樁之間的距離得到有效的增加，通常能夠擴(kuò)大超過(guò)1倍，最小為2.5m，這樣能夠使其對(duì)成樁質(zhì)量的影響力顯著下降，受影響的范圍為1.5m以內(nèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于2.5m。此外，應(yīng)注意的是只有保障施工樁強(qiáng)度為13MPa以上時(shí)，才能夠采用跳開(kāi)樁的形式進(jìn)行施工。

3.4配料處理措施

在首次進(jìn)行混凝土的澆灌時(shí)，應(yīng)先灌入0.3m3的以1：2水泥砂漿進(jìn)行潤(rùn)滑過(guò)的管道，之后再將常規(guī)的混凝土灌入其中，將混凝土的坍落度穩(wěn)定在8～10cm之間，并且保障骨料的粒徑應(yīng)小于等于31.5mm，最后在混凝土中加入一些粉煤灰，以此來(lái)對(duì)混凝土的粘聚性、和易性等進(jìn)行調(diào)節(jié)和改善，使混凝土的凝結(jié)時(shí)間進(jìn)行合理的調(diào)整。這里需要注意的是在對(duì)混凝土中摻入粉煤灰時(shí)，應(yīng)在每立方米中摻入30～50kg即可，注意控制數(shù)量，過(guò)多或者過(guò)少都將會(huì)對(duì)混凝土產(chǎn)生不利影響[4]。

4、樁基測(cè)試

閘、站基礎(chǔ)沉管樁一共有775根，其中清污機(jī)橋160根，泵站417根，其中包括3根替補(bǔ)沉管樁，節(jié)制閘有198根。其中，清污機(jī)橋樁長(zhǎng)10m，節(jié)制閘樁長(zhǎng)11m，泵站樁長(zhǎng)為11m。根據(jù)檢測(cè)報(bào)告，得到閘站底板沉管樁的具體檢測(cè)結(jié)果如下所示。

利用低應(yīng)變動(dòng)力法對(duì)樁身的完整性進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)過(guò)程中隨機(jī)選取98根，其中A類為87根，B類為11根，A類的抽檢結(jié)果占總抽檢數(shù)量的88.7%。利用高應(yīng)變動(dòng)力法對(duì)單根沉管樁的最大承載力進(jìn)行檢測(cè)，一共抽取了32根樣本，只有2根的檢測(cè)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)值相比較低，可以o作為替補(bǔ)樁進(jìn)行處理，其他的30根都能夠充分滿足設(shè)計(jì)中要求的720KN。再利用靜載法對(duì)單樁垂直承載力進(jìn)行檢驗(yàn)，最終的檢驗(yàn)結(jié)果顯示，終止試驗(yàn)荷載728KN，總下沉量為11.77mm，單獨(dú)的沉管樁承載力能夠大于720kn，利用該方法對(duì)單樁水平承載力4根進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果都能夠充分的符合設(shè)計(jì)中的要求。

根據(jù)對(duì)水下驗(yàn)收之前對(duì)沉降的檢測(cè)結(jié)果顯示，泵站底板中沉降的累計(jì)數(shù)量為20～23mm，其中沉降的最大差值為3mm；在水閘底板處沉降的累計(jì)數(shù)值為24～29mm，沉降的最大差值為5mm；在清污機(jī)橋底板處的累計(jì)沉降為7～9mm，沉降的最大差值為2mm，從上面的數(shù)據(jù)分析來(lái)看，其檢測(cè)結(jié)果均符合設(shè)計(jì)的規(guī)范要求，能夠充分達(dá)到對(duì)樁基進(jìn)行處理的最終目標(biāo)[5]。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，由于本文中所研究的樞紐工程與其他樞紐工程在地質(zhì)條件方面具有較大的共性，均為長(zhǎng)江沖擊平原，由大量的長(zhǎng)江泥沙堆積而成。因此在土層的厚度以及土層的構(gòu)成情況等方面不盡相同，在其水平和垂直兩個(gè)方向中具有較強(qiáng)的不均勻性，通過(guò)本文的描述，能夠?qū)Τ凉芄嘧妒┕?wèn)題的主要原因進(jìn)行分析，并且提出了幾種解決措施，能夠在較大程度上幫助解決沉管灌注樁中存在的部分問(wèn)題，使其質(zhì)量得到有效保障，優(yōu)良率顯著增加。

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