提高九曲河水利樞紐振動沉管灌注樁不良率的措施

王揚 劉偉 汪亮

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

【關鍵詞】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。該工程地處丹陽市北部，距離長江夾江大約850m，主要包括泵站、套閘、節(jié)制閘以及河道橋梁等內容，能夠實現(xiàn)保護水環(huán)境、灌溉運輸?shù)榷鄠€功能。樞紐工程在地質方面幾乎相同，均由長江泥沙堆積而成，較厚的淤質土固結差，具有薄層水平層理，滲透性較好。本文將通過對此方面工程和技術的研究，對沉管灌注樁施工問題的主要原因進行分析，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題，使其質量得到有效保障，優(yōu)良率顯著增加。

1、地質情況簡介

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

第一，素填土。這種土質外表呈現(xiàn)出灰黃色和褐黃色，較為濕潤，可塑性強，并且摻雜入大量的粉細砂，厚度在5.5m左右，N=4～7擊，主要分布的區(qū)域為九曲河岸邊的河堤上。第二，粉質粘土。這種土質外表呈現(xiàn)出褐黃色，土質較軟，可塑性較強，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)域為陸上場地的上部。第三，粉細砂夾雜淤泥質的粉質粘土。這種土質外表呈現(xiàn)出青灰色或者灰色，較為濕潤，松散，可塑性強，并且摻雜入淤泥質粘土，厚度在2.0～10.6m之間，N=2～7擊。第四，粉細砂夾雜粉質粘土，這種土質外表呈現(xiàn)出青灰色，土質較濕，可塑性較強，能夠含有云母片以及腐植物等，厚度在2.2～8.6m之間，內部摻雜了大量的淤泥質粉質粘土，N=10～15擊。第五，粗砂夾雜薄層卵石，這種土質外表呈現(xiàn)出淺灰色，土質較密，可塑性較差，以粗砂為主，內部摻雜一些薄層礫石層，因此應用中較難鉆進，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，細砂。這種土質外表呈現(xiàn)出黃色，土質屬于中性，偏密，土質較為單一，N=20～30擊，只有17#孔鉆能夠穿透此層。第七，粉質粘土夾雜細砂，這種土質外表呈現(xiàn)出黃色，土質較濕潤，可塑性較強，夾雜著黃色的細砂，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，但是在該工程場地的西南部對該層土十分缺乏，大部分孔鉆都無法穿過此層[1]。

2、沉管灌注樁施工問題產生的主要原因

振動沉管灌注樁主要被應用在基礎設計方面，通常會選擇Φ426的樁徑，樁長選擇范圍為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承載力方面的要求。閘站中的基坑設計主要應用的是管井降水方式，在施工中應用DZ60、DZ75型號的振動樁錘沉管樁機，預制混凝土樁尖。其中，振動沉管灌注樁的主要工藝步驟為：首先對施工現(xiàn)場的中主體進行測量放線，準確的確定灌注位置，并且進行沉管成孔。與此同時，制作一個鋼筋籠，進行終孔驗收，將鋼筋籠安置到妥當?shù)奈恢貌⑶夜潭ǎ瑢⒒炷吝M行灌注成樁，最終倒打拔樁。在沉管灌注樁施工的過程中，出現(xiàn)問題的原因主要有以下幾方面。

第一，由于該地的土質變化較大，因此無法利用常規(guī)的理論對深井降水的系統(tǒng)布置情況進行計算，因此難以充分滿足施工降水的要求。部分位置還會出現(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，進而使其在飽和的狀態(tài)下進行沉樁，由于受到擠壓作用，土壤將會轉移到新澆混凝土中，導致縮頸現(xiàn)象產生。第二，受土層上下變化影響，土質情況也不盡相同，因此，不同土層中混凝土的凝固時間難以保證，容易在不同土層的交界處引起縮頸現(xiàn)象。

第三，如果拔管過快，將會使振動變少，從而使出管混凝土數(shù)量也隨之減少，這樣容易產生縮頸、吊腳樁以及斷樁等現(xiàn)象。第四，在設計過程中，樁凈距最小保持在1.05m，半徑為3d。在工程現(xiàn)場的施工中，由于受到相鄰樁的外力作用，產生擠壓，進而容易引發(fā)縮頸、斷樁問題。第五，人為以及機械等原因致使混凝土受到振動或者擾動，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)域中設置觀測井，其井深大約為8m，利用網絡法在區(qū)域內每20m×20m處都設置一個深度為8m的觀測井。觀測井主要利用的是8m長的鋼管，在管壁中的5cm出開設一個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。

通過觀測井對水位變化情況進行判斷和觀察，能夠及時發(fā)現(xiàn)水位不達標之處，針對達不到要求的位置，可以采用設置輕型井點降水系統(tǒng)的方式進行處理，即利用抽排的方式對布局區(qū)域中的地下水進行完全承壓。在距離井點每間隔5m的位置設置一個1.5m的井點，最終將觀測井與其周圍的井點利用總管或者支管相互連接，以此進行井泵抽排。利用輕型井點降水系統(tǒng)之后，觀測結果顯示：以往不達標的水位幾乎都已經能夠降低到粘土底部50cm處，根據現(xiàn)場的實施情況，可以在樁基施工完畢后，將井點降水系統(tǒng)拆除。

3.2對成樁質量以及拔管過快問題的解決措施

首先，施工人員在進行拔管的過程中，應始終保持管內具有2m以上的混凝土，一旦發(fā)現(xiàn)管內的混凝土數(shù)量不足，則需要立即進行補灌，以其自重來增加出管的擴散量。其次，由于上下土層在質量等方面存在一定的差異，因此施工人員在其交界處進行拔管時，應注意力度和速度，可以采用慢抽密振的方式使出管擴散增加。具體的邊界線位置應根據對現(xiàn)場實際的勘察來定，交界處的拔出速度應減少為0.4m/min。經過以上兩種方式一共實行，雙管齊下，并在實際施工地區(qū)的上下土層界面交界的位置處隨機抽取100點，混凝土導管從中每拔出1m，則能夠檢測到混凝土平均會下降1.5m，最低下降高度為1，25m，100點的混凝土下降到最小值時也能夠達到1.34m，這樣的數(shù)值能夠充分滿足成樁在此方面的相關質量要求[3]。

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

3.3對樁間距過小問題的解決措施

對于此類問題的處理，可以采用跳打施工的方式，即在相鄰樁中間首先間隔1根進行施工，然后再間隔1排進行施工，這樣將能夠使兩根樁之間的距離得到有效的增加，通常能夠擴大超過1倍，最小為2.5m，這樣能夠使其對成樁質量的影響力顯著下降，受影響的范圍為1.5m以內，遠遠小于2.5m。此外，應注意的是只有保障施工樁強度為13MPa以上時，才能夠采用跳開樁的形式進行施工。

3.4配料處理措施

在首次進行混凝土的澆灌時，應先灌入0.3m3的以1：2水泥砂漿進行潤滑過的管道，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小于等于31.5mm，最后在混凝土中加入一些粉煤灰，以此來對混凝土的粘聚性、和易性等進行調節(jié)和改善，使混凝土的凝結時間進行合理的調整。這里需要注意的是在對混凝土中摻入粉煤灰時，應在每立方米中摻入30～50kg即可，注意控制數(shù)量，過多或者過少都將會對混凝土產生不利影響[4]。

4、樁基測試

閘、站基礎沉管樁一共有775根，其中清污機橋160根，泵站417根，其中包括3根替補沉管樁，節(jié)制閘有198根。其中，清污機橋樁長10m，節(jié)制閘樁長11m，泵站樁長為11m。根據檢測報告，得到閘站底板沉管樁的具體檢測結果如下所示。

利用低應變動力法對樁身的完整性進行檢驗，檢驗過程中隨機選取98根，其中A類為87根，B類為11根，A類的抽檢結果占總抽檢數(shù)量的88.7%。利用高應變動力法對單根沉管樁的最大承載力進行檢測，一共抽取了32根樣本，只有2根的檢測結果與標準的設計值相比較低，可以o作為替補樁進行處理，其他的30根都能夠充分滿足設計中要求的720KN。再利用靜載法對單樁垂直承載力進行檢驗，最終的檢驗結果顯示，終止試驗荷載728KN，總下沉量為11.77mm，單獨的沉管樁承載力能夠大于720kn，利用該方法對單樁水平承載力4根進行檢測，發(fā)現(xiàn)檢測結果都能夠充分的符合設計中的要求。

根據對水下驗收之前對沉降的檢測結果顯示，泵站底板中沉降的累計數(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數(shù)值為24～29mm，沉降的最大差值為5mm；在清污機橋底板處的累計沉降為7～9mm，沉降的最大差值為2mm，從上面的數(shù)據分析來看，其檢測結果均符合設計的規(guī)范要求，能夠充分達到對樁基進行處理的最終目標[5]。

結束語：

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條件方面具有較大的共性，均為長江沖擊平原，由大量的長江泥沙堆積而成。因此在土層的厚度以及土層的構成情況等方面不盡相同，在其水平和垂直兩個方向中具有較強的不均勻性，通過本文的描述，能夠對沉管灌注樁施工問題的主要原因進行分析，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題，使其質量得到有效保障，優(yōu)良率顯著增加。

參考文獻：

[1]徐朝陽.淺談高水位復雜地基振動沉管灌注樁常見缺陷及處理措施[J].江蘇水利，2016，12：32-35.

[2]夏國春，張宏.振動沉管灌注樁在高水位復雜地基中的應用[J].西部探礦工程，2012，01：38-39.

[3]朱斌，吳杰芳，彭定.萬安水利樞紐底孔壩段中隔墻流激振動響應分析[N].長江科學院院報，2012，04：30-37.

[4]黃寧，李昌彩，張新華.高壩洲水利樞紐二期基坑開挖爆破振動監(jiān)測及安全控制[J].爆破，2012，S1：242-244.

[5]余春海.水利樞紐閘墩泄洪振動原型動力檢測與安全評價[J].水利技術監(jiān)督，2017，2504：22-24.