雙排咬合灌注樁在河道整治工程中的應(yīng)用

陳志樂，楊靜思，劉 林

(中交水運規(guī)劃設(shè)計院有限公司，北京 100007)

雙排咬合灌注樁結(jié)構(gòu)具有整體剛度大、水平位移小、施工方便高效、占用空間小、對軟土地基適應(yīng)性好的優(yōu)點，應(yīng)用于較多基坑支護、船閘擴建及邊坡加固等工程中。林鵬[1]對軟土基坑中的雙排樁支護結(jié)構(gòu)進行了應(yīng)用分析，表明雙排樁結(jié)構(gòu)如果與施工方案相結(jié)合，能有效控制基坑工程變形；鄒開明等[2]介紹了雙排樁在船閘工程中的應(yīng)用，分析不同樁徑、不同開挖深度時結(jié)構(gòu)的變形及受力形態(tài)；申永江[3]分析了雙排樁在邊坡抗滑工程的應(yīng)用效果，對樁頂連接方式和樁排距的優(yōu)化進行研究分析；沈孔成[4]對杭嘉湖東部平原河道整治工程中使用的雙排樁結(jié)構(gòu)形式進行了內(nèi)力及變形形狀的研究。實際上，目前針對河道整治工程中采用雙排灌注樁結(jié)構(gòu)形式的研究及應(yīng)用均較少。在河道整治工程中，河道寬度多受兩側(cè)建筑物、道路或管線限制，地基常為軟土地基，且有要求河岸預(yù)留船舶靠泊功能的情況，此時采用雙排咬合灌注樁與水泥攪拌樁相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式可有效利用自身優(yōu)勢，解決以上難點。本文以橫琴天沐河北側(cè)直立式岸線工程為例，介紹雙排咬合灌注樁結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工方案。實踐結(jié)果表明，該設(shè)計方案結(jié)構(gòu)合理安全、施工工藝質(zhì)量可控，可為該類河道整治工程的設(shè)計施工提供參考。

1 工程概況

天沐河為橫琴島中心片區(qū)排洪的主要河道，河流東西向，兩端均入海，岸線總長約6.76 km。天沐河堤岸整體采用充填袋砂堤心的斜坡結(jié)構(gòu)，陸側(cè)吹填粉細砂形成陸域后進行土地二級開發(fā)。天沐河東段入?？谔幰?guī)劃中心島(圖1)，中心島向東岸線遠期規(guī)劃游船泊位，為滿足河流防洪過水斷面要求和預(yù)留游船靠泊功能要求，須將1 km長的北側(cè)斜坡式堤岸改造成直立式斷面。直立段工程平面布置見圖1，直立式堤岸改造斷面見圖2。

圖1 工程平面布置

2 地質(zhì)條件

圖3 工程地質(zhì)典型剖面

表1 地層物理力學參數(shù)

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

3.1 結(jié)構(gòu)選型

直立段具有如下特點：1)深厚軟土地基。直立式堤岸區(qū)域土體多為淤泥及黏土，淤泥深度20～25 m，雖然通過打設(shè)排水板進行土體固結(jié)，但是地基承載力仍然有限。2)有擋土需要。堤后回填大量粉細砂形成陸域，須有效防止砂土流失。3)后方相鄰的道路工程和填筑工程等同時施工，對直立段施工有較大限制。為保證河道后方填筑工程和道路工程的工期要求，直立段堤岸先形成斜坡式圍堰以滿足相鄰工程實施要求，形成干地施工條件后改建為直立式結(jié)構(gòu)。

根據(jù)工程特點，對多個方案從結(jié)構(gòu)安全性、與周邊工程銜接、施工工藝和工期以及經(jīng)濟性等方面綜合比較后，對直立式堤岸采用雙排咬合灌注樁結(jié)構(gòu)與格構(gòu)式水泥攪拌樁地基處理相結(jié)合的結(jié)構(gòu)方案。

3.2 結(jié)構(gòu)方案

直立式結(jié)構(gòu)雙樁總寬6.50 m，頂部現(xiàn)狀高程3.70 m，碼頭前沿靠泊水域底高程-2.50 m。雙排咬合灌注樁結(jié)構(gòu)由樁基和連系梁組成?；炷凉嘧杜c混凝土素樁間隔布置形成咬合樁，樁徑均為1 500 mm，咬合厚度為300 mm，雙樁樁心間距為4.5 m，樁頂高程1.50 m，樁底高程-30.00 m。在雙樁頂部現(xiàn)澆連系梁，連系梁寬度為1.5 m，連系梁底部高程1.50 m，頂高程3.00 m。雙樁間采用框格式水泥攪拌樁進行加固，加固的高程范圍為-20.0～1.5 m。直立式結(jié)構(gòu)的樁位布置形式見圖4。

圖4 雙排咬合灌注樁布置

3.3 計算分析

雙排咬合灌注樁的計算包括樁基嵌固穩(wěn)定性、抗傾覆和抗隆起計算，雙排樁及連系梁的內(nèi)力計算，灌注樁承載力計算，以及灌注樁及連系梁的配筋計算。

根據(jù)規(guī)范JGJ 120—2012《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》[6]，雙排樁結(jié)構(gòu)的嵌固穩(wěn)定性安全系數(shù)為2.24，抗傾覆安全系數(shù)為2.24，抗隆起安全系數(shù)為3.01，均滿足規(guī)范要求。

內(nèi)力計算采用規(guī)范推薦的平面剛架結(jié)構(gòu)模型進行計算，計算模型如圖5所示。

雙排樁各結(jié)構(gòu)內(nèi)力值如表2所示。

圖5 雙排咬合灌注樁計算模型(單位：m)

表2 雙排樁結(jié)構(gòu)內(nèi)力值

4 咬合樁施工工藝及試驗段樁基檢測情況

4.1 咬合灌注樁施工工藝

咬合灌注樁的傳統(tǒng)施工工藝是在全套管樁基施工工法的基礎(chǔ)上，素混凝土樁使用超緩凝混凝土，使相鄰鋼筋混凝土樁的成孔能夠在素混凝土樁初凝之前完成，利用相鄰樁之間混凝土的初凝時間差實現(xiàn)相鄰混凝土排樁間部分圓周相嵌，形成咬合樁。傳統(tǒng)咬合樁施工工藝存在一定的局限性，由于咬合樁施工清障能力不足，施工時必須在混凝土初凝前強度較低時進行切削和咬合，因此施工成敗與緩凝劑的作用密切相關(guān)。單樁緩凝作用由于其成樁條件差異而不盡相同，使得咬合樁施工存在局限性，施工質(zhì)量較難保證且易造成工程事故。

硬法切割咬合樁施工工藝的特點是采用硬法切割工藝進行咬合樁施工，無須添加緩凝劑，不再受緩凝作用的制約，具備多臺設(shè)備同時施工的條件，相比傳統(tǒng)咬合樁的施工，可大幅縮短工期、提高工作效率。

硬法切割咬合樁重要施工工藝流程：施工準備、場地平整后，在樁頂位置澆筑鋼筋混凝土導墻(圖6)，導墻厚0.5 m、寬4 m，以保證咬合樁孔口位置的精確度，在樁位放樣驗收符合要求后人工開挖溝槽。定位成孔、鋼套管接管后進行成孔取土作業(yè)，由于本工程位于深厚淤泥地質(zhì)區(qū)域，采用鋼護筒護壁工藝以防止塌孔和縮頸。水側(cè)咬合樁的素混凝土灌注樁，為保證垂直度和咬合效果，采用全鋼護筒施工；咬合樁的鋼筋混凝土灌注樁和陸側(cè)鋼筋混凝土灌注樁16 m以上采用鋼護筒，16 m以下采用泥漿護壁。相鄰咬合樁施工順序如圖6所示。其中：A類表示素混凝土樁，B類表示鋼筋混凝土樁；按照A1→A2→B1→A3→B2→A4→B3的順序進行施工。

圖6 試樁樁位及施工順序布置

4.2 試驗段樁基施工質(zhì)量檢測

為了驗證雙排咬合灌注樁和硬法切割咬合工藝的可行性，工程施工前選取典型結(jié)構(gòu)段進行試驗。檢測結(jié)果表明，咬合樁試樁均滿足要求，且得出以下結(jié)論：對于前排咬合灌注樁，鋼筋混凝土灌注樁須在素混凝土灌注樁澆筑完成至少5 d以后才能施工；素混凝土灌注樁充盈系數(shù)取1.46，鋼筋混凝土灌注樁充盈系數(shù)取1.41。根據(jù)試驗段的檢測結(jié)論開展大范圍施工，并在施工后根據(jù)規(guī)范和當?shù)刭|(zhì)檢站要求開展相應(yīng)的質(zhì)量檢測，結(jié)果表明施工質(zhì)量均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

5 結(jié)語

1)雙排咬合灌注樁作為河道整治工程中一種較新穎的結(jié)構(gòu)形式是可行的；

2)雙排咬合灌注樁結(jié)構(gòu)適用于后方作業(yè)空間小、軟土層厚、可陸上施工的河道整治工程，不須對河道斷流和大范圍施工開挖，具有較明顯的優(yōu)勢；

3)咬合樁施工采用硬法切割施工工藝不需要添加緩凝劑，避免了緩凝劑造成的施工局限性，確保了工程質(zhì)量，且具備多臺設(shè)備同時施工的條件，可提高工作效率；

4)對于硬法切割施工，為保證施工質(zhì)量，建議鋼筋混凝土灌注樁在相鄰素混凝土灌注樁澆筑完成至少5 d后再行施工。