硬咬合樁工藝在復線船閘地連墻接頭截滲處理的研究

翟寒科 金 磊 胡春輝

(安徽中興工程監理有限公司，安徽 合肥 230011)

隨著交通運輸業的大力發展，水運航運發展迅速，原有的水運船閘不能滿足現有航運運能要求，在原有船閘周邊再次進行改建擴建復線船閘、三線船閘等，耿樓復線船閘上馬順其自然，復線船閘因場地受限、離運行船閘較近、基坑開挖深度大、截滲要求高等特點，基坑的穩定性問題尤為突出，確保基坑穩定截滲又是關鍵，基坑截滲是船閘施工建設中有待解決的問題。

1 船閘概況

復線船閘位于樞紐一線船閘左側，布置方式與現有的一線船閘基本一致，上閘首參與防洪。兩船閘縱軸線相互平行，軸間距為55.36m，上、下閘首順水流向長均30m，上、下閘首為鋼筋混凝土整體式結構，人字門型，上閘首底檻高程為24.00m，下閘首底檻高程為20.50m，閘首兩側設輸水廊道。船閘閘室采用整體式鋼筋混凝土倒“Π”型結構，底板頂高程20.50m，底板厚3.0m，采用分散式輸水系統。復線船閘閘室尺度240m×23m×4m，一線船閘閘室尺度130m×12m×3m。引航道采用不對稱布置，上、下游導航墻長均為60m，輔導航墻以圓弧線形與一線船閘輔導航墻連接。

2 基坑及截滲情況

船閘基坑東西向長度457m，南北向寬約112m，原地面高程34.5m，基坑底高程上閘首17.0m、閘室17.5m，下閘首16.0m，基坑最大深度18m。基坑北側為現狀岸坡，坡頂高程約35m；南側為現狀船閘，西側(上閘首)、東側(下閘首)均分設土圍堰，圍堰臨水側設鋼板樁，背水側設鋼管樁，圍堰頂高程36.86m(上閘首)、36.66m(下閘首)。與一線船閘側采用雙排支護樁作為支護體系，基坑周邊采用高壓擺噴墻工藝，高壓擺噴墻設計底高程7.0m，設計頂高程32.0m，設計間距120cm,基坑四周封閉，支護樁與高壓擺噴墻施工完成后進行基坑開挖。施工過程中對原有截滲體系進行了局部加固措施，在原有截滲措施的基礎上，增設了混凝土截滲墻，底高程為7m,頂高程為28.5m～34.5m，布置范圍臨一線船閘側及上下游閘首側成C字型，臨提防側閘室范圍240m未進行布置。砼截滲墻和現有灌注樁結合處采用三排高壓旋噴樁截滲補強，上游側砼截滲墻墻后布置兩排壓密注漿，截滲墻和上閘首之間的導航墻墻后布置三排壓密注漿。

2018年9月21號上午06∶10左右。基坑發生管涌，位置如圖1所示，出水口位于上游右岸輔導航墻位置處，進水口位于上游鋼圍堰鋼板樁與老導航墻連接處位置，穿過砼截滲墻和現有灌注樁結合處三排高壓旋噴樁截滲墻，當時上閘首基坑開挖高程17.0m，進行上閘首底板鋼筋安裝，基坑暴露有30d，管涌發生時上游水位32.6m。

3 發生管涌原因分析

3.1 圍堰水頭大

本工程圍堰按10年一遇的標準設計，上游水位為35.86m、下游為35.66m，枯水期10月至次年4月，10年一遇閘上水位為33.5m，閘下為30.3m。基坑開挖最低底高程為16.0m，圍堰水頭差大，最大水頭差大于15m。

3.2 基坑距一線船閘距離近

復線船閘基坑右岸臨一線船閘，采用雙排鋼筋砼灌注樁支護，基坑左岸放坡開挖，上下游均采用鋼板樁+鋼管樁組合圍堰擋水。右岸輔導航墻距一線船閘僅約30m，滲徑較短，一旦出現滲漏現象，滲透破壞發展較快。

3.3 地質條件復雜

施工區域原為居民區，生活水井較多，水文地質條件復雜，存在詳勘無法探明的滲流通道等因素；受施工影響，存在地表水與透水層連通，僅依靠截滲墻截滲，對截滲墻成墻質量要求高。

3.4 一線船閘采用深井降水及多次地基處理后地質條件變化

根據地質檢測結果，滲透破壞發生后，上閘首右岸過水通道內原土層結構已基本沖蝕流失，現狀場地內大量堆積為施工時的水泥土塊體和松散填土。已探明滲漏通道最深處在原旋噴墻至截滲墻與灌注樁結合部，底高程約7.0m，寬約6m，以下段寬度逐漸擴大，底高程也逐漸抬高。

圖1 管涌通道走向圖

4 管涌處理措施分析

根據檢測結果，本次決定采用新的方案及工藝，咬合樁封閉現狀滲漏通道，先在涌水通道處回填土方，在截滲墻與支護樁之間布置硬咬合樁，由硬咬合樁補強現狀截滲墻與支護樁之間的缺陷。硬咬合樁直徑1.2m，與原支護樁搭接寬度0.35m，搭接處墻體最小厚度0.9m。咬合樁與現狀截滲墻、支護樁共同發揮截滲作用，確保現狀缺陷處截滲墻發揮作用，形成截滲體系。

5 硬咬合樁施工工藝(全套管回轉鉆機)

該部位空間狹小，總長約6.5m。工程現狀：兩端為已建鋼筋砼截滲墻，中間為兩根鋼砼灌注樁，在前期施工中，中間空隙處采用高壓旋噴樁套打成墻。樁頂、墻頂已構筑形成施工平臺，平臺高程34.50m。

硬咬合樁施工前須澆筑完成地面導墻，根據現場實際情況，本次考慮對整個施工平臺進行硬化，采用C30混凝土，厚度50cm，以滿足施工機械架設及定位需要。施工樁時，一側臨空，需搭建施工平臺。

6 工程重點、難點分析

6.1 機械設備施工作業面不足

本工程主要的支護修復及加固工程段基坑已開挖并被水體浸泡，原船閘外側已出現坍塌，提供大型機械施工的工作面有限。全套管全回轉鉆機樁施工需要多臺設備配合(100t履帶吊、全回轉鉆機、反力叉及套管堆場)，常規作業要求寬度不小于10m，長度不小于20m。因而本場地上閘道工作面狹小，僅可容納一臺全回轉設備作業，套管堆場占地面積大，現有場地受限。解決場地問題是控制施工進度的關鍵問題。解決方案如下：

(1)將套管場地設置加固作業范圍外側，并配備機動性能較好的50t汽車吊，配合履帶吊完成套管的吊裝及拆卸。

(2)在上閘道東側支護樁拐角處，搭設施工平臺，拓展工作面。

(3)在上閘道西側咬合樁范圍采用碎石或磚渣回填，并往已有河道側延伸搭設鋼棧橋。

6.2 施工場地地基土松軟易沉降

由于主要施工區域發生管涌及塌陷，且探孔已探明有多個空洞存在。場地支護樁外側土體已部分流失，空隙多。全回轉設備施工所用設備及配套均為重型設備，履帶吊工作狀態荷載達100t以上，全回轉鉆機在套管起拔過程中總上拔力(含設備及套管自重)等達到200t以上，如何確保地基土的穩定性，保證設備的安全是本工程的關鍵。解決方案如下：

(1)仍為空洞部位采用碎石或渣土回填，并用重錘夯壓回填至地面以下1m。夯實后鋪墊60cm厚小碎石。

(2)利用該區域已有多根已施工的支護樁及地連墻防滲體系，在現有地面上施作厚度不少于40cm的雙層鋼筋網砼板，并設加強連續梁。

(3)必要時塌陷區上部松散地層采用雙液注漿加固處理。

(4)設備作業時需鋪設厚度不小于25mm鋼板以分散壓力，防止地基不均勻沉降造成機器側傾。

6.3 咬合樁導墻施工條件受限

由于咬合樁施工中需切割原有地連墻或支護樁，回轉鉆機切割過程中若無平衡壓力，則易發生偏位。同時本咬合樁部位地層松軟不一，施工中套管易發生移位。根據相關規范與咬合樁施工垂直及水平精度的要求，需施作導墻以確保咬合度并防止施工中偏位現象發生。本場地咬合樁部位有冠梁支護樁及地連墻限制，且需考慮施工平臺的外擴要求，采取何種方式施作咬合樁、導墻是本工程的重要難點。解決方案如下：

(1)施作外擴于河道內的施工平臺頂面應低于地面0.4m。

(2)導墻與場地采用鋼筋砼及硬化，鋪設導墻模板，預留咬合樁位。

(3)咬合樁范圍內不設置砼梁。

6.4 已有地連墻、支護樁及鋼護筒切割工程復雜

本工程共有4根全回轉鉆孔樁切割原有支護樁，2根樁需切割地連墻，2根樁需要同時切割支護樁及地連墻，4根樁需同時切割支護樁鋼護筒、支護樁及地連墻。由于支護工程已施工近一年，砼強度高、鋼筋直徑大、數量多，尤其需要切割鋼護筒切割作業難度極大，施工進度相對較慢，如何保證垂直度的情況下，快速完成切割是本工程的重大技術難點。

解決方案：根據以往多個障礙物清理項目的經驗，可通過相關措施可達到提速、精準的目標。

(1)保證套管接頭的密閉性，必要時可對孔內障礙物采用人工措施處理。

(2)套管刀頭部位設置特制內刀擴大切割面。選用高強度耐磨性能好的國外刀頭。

(3)現場堆放較純的粘性土待回填備用，隨時觀測刀頭的磨損情況，及時由填拔管更換刀頭，重新鉆進施工。

(4)咬合樁部位臨近切割樁的素樁砼標號適當提高，以保證鉆進中均勻切割護筒不發生偏移。

6.5 具有臨空面樁基的施工及砼灌注

在咬合樁段共2根樁施工時基底以上部分已進入基坑內側，即基底以上部分在臨空側為臨空面。砼澆筑時將會流失至坑內，無法正常成樁，如何保證本咬合樁的順利澆筑砼是一大難點。解決方案如下：

(1)將擬施工的咬合樁向基坑外側移動，保證切割面位于基坑外側，即保留砼保護層不少于20cm。

(2)在坑底以上部位臨基坑側的鋼筋籠上設置半幅止漿措施。

(3)現有支護樁外側的樁間處設置豎向支護體系，并在套管間采用特殊措施回填處理。

6.6 支護樁樁間土恢復及上閘首加固高噴樁的施工

上閘首右岸設計有加固高噴樁一排，由于支護樁間土在坑底以上部分均已流失，高噴樁施工中易形成二次破壞。樁間土需重新恢復處理后，后期抽水后才能不造成新的樁間土流失。如何保證高噴樁施工質量及減少破壞，樁間土形成有效支擋是本工程的一大重點、難點。解決方案如下：

(1)護樁基坑側樁間部位設置豎向支擋結構。

(2)支擋結構與支護樁間采用填土、注漿等工藝，形成一定強度的支擋結構。

(3)基坑抽水前對現有樁間已有裂縫清理并填筑砼，并掛網噴射砼防護；坑內排水時，邊抽水邊觀察邊修復樁間防護結構。

通過20多天的咬合樁施工結束，達到規定強度，進行基坑降水，前期降水每天控制降水速率1m，邊降水邊觀察周邊結構穩定和滲水情況，降水至基坑底部，截滲體系達到截滲要求，周邊結構穩定，船閘主體順利施工，咬合樁工藝對地連墻與灌注樁接頭處理可靠。

7 結論及分析

7.1 建筑物的承載力問題

根據勘察資料分析，復線船閘基礎大部分基礎均落于⑦層粉質壤土上，該層土強度較好，但透水性偏大，可考慮采用天然地基，若上部荷載較高，天然地基不能滿足要求，亦可采用樁基，以⑨層粉質壤土為樁端持力層；船閘下閘首部位基礎位于⑧層砂壤土頂部，該層強度較高，低壓縮性，可作為基礎持力層。

7.2 邊坡穩定問題

上游引航道邊坡高度約9.0m，邊坡土層為②層、③層、⑥1層，邊坡土層強度一般，邊坡穩定性較好；下游引航道邊坡高約13～14m，邊坡涉及土層為②層、③層、⑤層、⑥1層，局部分布的⑤層粉質壤土，該層強度低，對邊坡穩定不利，必要時可以緩坡處理。

7.3 基坑滲漏穩定問題

船閘基坑開挖高程在16.0～16.5m，⑧層承壓水頭在27.97～31.97m，⑧層頂部距建基面土層不足2m，施工時⑧層承壓水可能會對基坑產生較嚴重的頂托破壞，考慮該層含水量較大，建議采用管井降水，必要時也可考慮采用連續墻或隔水帷幕隔離地下水，設計時宜與基坑支護結構統一考慮。