石小林 付玉國(guó)

南充市都京港嘉陵江大橋采用咬合密排樁圍堰，現(xiàn)場(chǎng)采用沖擊鉆成孔替代傳統(tǒng)全套管成孔施工咬合樁。文章結(jié)合該工程實(shí)例，介紹了咬合密排樁圍堰結(jié)構(gòu)方案，分析了沖擊成孔咬合樁施工技術(shù)及成樁效果。

咬合樁;圍堰;沖擊成孔

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：U445.55+6-A-35-117-3

0 引言

在深水大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，圍堰是橋梁基礎(chǔ)及下部結(jié)構(gòu)施工必不可少的工程輔助結(jié)構(gòu)。目前國(guó)內(nèi)主要采用的圍堰型式有雙壁（單壁）鋼圍堰、鋼板樁圍堰、鋼套箱圍堰、混凝土圍堰等[1]。

密排樁圍堰多用于房建及地鐵工程施工，將其用于深水橋梁工程施工尚不多見(jiàn)。密排樁圍堰的咬合樁（基樁）成孔以全套管施工為主[2]。本文以都京港嘉陵江大橋工程實(shí)踐為背景，介紹密排樁圍堰咬合樁沖擊成孔施工工藝及主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)，該施工方式在項(xiàng)目施工過(guò)程中順利實(shí)施并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概況

南充市都京港嘉陵江大橋主橋?yàn)殡p塔單索面預(yù)應(yīng)力矮塔斜拉結(jié)構(gòu)，墩塔梁固結(jié)體系。主橋全長(zhǎng)464 m，橋跨布置為（122+220+122）m，20#、21#墩為橋梁主墩。主墩樁基采用12根直徑為2.8 m的群樁基礎(chǔ)，承臺(tái)順橋向長(zhǎng)16.6 m，橫橋向長(zhǎng)22.6 m，厚度為5.0 m。該橋?yàn)榘崩Y(jié)構(gòu)，橋梁總體布置如圖1所示。

橋區(qū)范圍內(nèi)覆蓋層較薄，多為沖洪積及坡殘積黏性土、砂土、礫卵石土等，下伏基巖主要為泥巖。大橋主墩基坑為嘉陵江水中深基坑，最深處水深為15.91 m，基坑嵌入巖層最深處為5.85 m。

2 咬合密排樁圍堰結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)目采用咬合密排樁圍堰[3-5]作為該橋主墩基坑支護(hù)方式。根據(jù)都京港嘉陵江大橋施工水位及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，兩個(gè)主墩圍堰筑島平臺(tái)頂面高程控制為264.5 m，咬合樁外側(cè)四周填筑≥8 m寬的施工作業(yè)通道。咬合樁冠梁頂標(biāo)高控制為265.0 m，咬合樁頂標(biāo)高控制為264.0 m，咬合樁長(zhǎng)根據(jù)基坑的不同深度設(shè)計(jì)。咬合排樁內(nèi)尺寸（基坑平面布置）為26.6 m×20.6 m，20#墩基坑設(shè)計(jì)深度為16.6 m，21#墩基坑設(shè)計(jì)深度為19.5 m。單個(gè)圍堰咬合樁共計(jì)90根，其中A、B類(lèi)樁各45根，單側(cè)橫橋向26根，單側(cè)縱橋向19根。20#墩基坑設(shè)計(jì)2道圍檁支撐體系，21#墩基坑設(shè)計(jì)3道內(nèi)支撐體系?？v向受力鋼筋選用HRB400，型鋼均采用Q235鋼材。灌注樁、圍檁及內(nèi)支撐材料參數(shù)見(jiàn)表1。

因20#、21#墩圍堰結(jié)構(gòu)類(lèi)似，本文主要以21#墩圍堰為闡述對(duì)象。21#墩圍堰平面及立面見(jiàn)圖2、圖3。

3 沖擊成孔咬合樁施工

咬合樁最常見(jiàn)的施工方式為全套管鉆孔施工。全套管鉆孔施工工藝成熟，但施工工期長(zhǎng)，造價(jià)也較高。同時(shí)，全套管施工對(duì)地質(zhì)資料準(zhǔn)確度要求高，施工前需布置較多地質(zhì)勘探孔，查明地質(zhì)情況。本項(xiàng)目圍堰施工需在一個(gè)枯水季節(jié)完成，施工工期十分短，沒(méi)有足夠的時(shí)間進(jìn)行圍堰的地質(zhì)勘探及全套管樁基施工。因此，須突破常規(guī)尋求一種更加快捷的施工工藝方可完成。根據(jù)施工圖地質(zhì)詳勘資料及項(xiàng)目實(shí)際工期要求，本項(xiàng)目咬合樁最終決定采用沖擊成孔施工工藝。沖擊鉆施工具有成孔速度快、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，常用于各類(lèi)結(jié)構(gòu)樁基施工，但用于咬合樁施工是不多見(jiàn)的。因此，在缺乏先例可循的情況下，如何確保密排樁的成樁質(zhì)量（垂直度、止水性、樁身質(zhì)量等）成為本項(xiàng)目的一大施工難點(diǎn)。為此，本項(xiàng)目編制了詳細(xì)的密排咬合樁施工方案并通過(guò)專(zhuān)家會(huì)評(píng)審。

沖孔咬合樁共由兩個(gè)部分組成，即鋼筋混凝土B類(lèi)樁和鋼筋混凝土A類(lèi)樁相互咬合而成。按照跳打的方式分別成樁，即先施工B類(lèi)樁，在兩根B類(lèi)樁施工完成后再在其間施工A類(lèi)樁，依次進(jìn)行，如圖4所示。全套管施工方法是在施工A類(lèi)樁時(shí)采用套管切割B類(lèi)樁，而沖擊鉆施工則是直接采用沖錘對(duì)混凝土進(jìn)行切割。

圖4 沖孔咬合樁施工順序示意圖

一般房建工程及地鐵基坑工程對(duì)密排樁的止水性要求較低，對(duì)于輕微滲水可采用常規(guī)封堵劑即可止水。而橋梁基礎(chǔ)圍堰位于深水中，外側(cè)承受較大水壓力，對(duì)滲水封堵困難，因此橋梁的深水圍堰對(duì)咬合樁的止水性要求更高。咬合樁的施工質(zhì)量對(duì)圍堰的止水效果影響至關(guān)重要，其關(guān)鍵控制指標(biāo)主要有：樁身垂直度、樁身混凝土強(qiáng)度、相鄰樁咬合長(zhǎng)度、樁身平整度等。

咬合緊密并形成封閉連續(xù)的防水帷幕是咬合樁發(fā)揮止水效果的前提，樁身垂直度是控制咬合樁咬合緊密的關(guān)鍵。在方案研究設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮充分以確保樁基有效咬合。鉆進(jìn)速度、咬合樁垂直度、定位偏差均對(duì)有效咬合度有直接影響。因此，本項(xiàng)目在鉆孔前反復(fù)測(cè)量以確保樁位放樣準(zhǔn)確并保證鉆機(jī)鉆桿垂直度;沖擊鉆施工過(guò)程中采用水平尺或經(jīng)緯儀等專(zhuān)門(mén)設(shè)備對(duì)鉆桿垂直度進(jìn)行高頻率監(jiān)測(cè);鉆孔完成后采用全自動(dòng)樁孔測(cè)斜儀等設(shè)備對(duì)成孔后的垂直度進(jìn)行檢測(cè)。此外，沖錘的選擇也對(duì)咬合樁的成樁效果有較重要的影響，在施工B類(lèi)樁時(shí)應(yīng)選擇輕型錘頭，并以緩慢進(jìn)尺的方式切割B類(lèi)樁，以避免損傷A類(lèi)樁并確保咬合面整齊。

根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，20#基坑密排樁樁身垂直度偏差絕對(duì)值平均為0.48%，21#基坑密排樁樁身垂直度偏差絕對(duì)值平均為0.46%，均<0.5%的允許值，符合規(guī)范要求，說(shuō)明本工程密排樁成樁垂直度控制良好。

樁身混凝土強(qiáng)度過(guò)低不能滿(mǎn)足圍堰承載力要求，強(qiáng)度過(guò)高則容易在沖擊過(guò)程中開(kāi)裂破壞，造成圍堰滲水甚至樁基失效等后果。因此合理確定咬合樁混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度及施工強(qiáng)度是十分重要的。一般來(lái)說(shuō)，咬合樁施工強(qiáng)度為樁身設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50%～70%[6]。經(jīng)計(jì)算分析并參考相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目確定咬合樁混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30。

由于施工過(guò)程中各種復(fù)雜的設(shè)備操作、材料、機(jī)械、地質(zhì)條件等因素影響，樁身難免出現(xiàn)不平整現(xiàn)象，其中樁身的局部凸起最為常見(jiàn)。在基坑開(kāi)挖結(jié)束后，對(duì)局部密排樁樁身凸起明顯的位置（最大凸起高度≥10 cm）進(jìn)行了測(cè)量和統(tǒng)計(jì)。發(fā)現(xiàn)共有15根樁出現(xiàn)了明顯的局部凸起，最大凸起高度平均值為18.42 cm，凸起位置長(zhǎng)度平均值為62.33 cm。相較于密排樁180根的總量和15～19 m的基坑樁長(zhǎng)，從數(shù)量和體積上都認(rèn)為樁身不平整度處于正常范圍。

在所有咬合樁施工完成后可進(jìn)行基坑開(kāi)挖、冠梁、圍檁支撐等構(gòu)件的施工。

4 成樁效果評(píng)價(jià)

本項(xiàng)目主要對(duì)冠梁水平（豎向）位移、水平（豎向）位移變化速率、鋼支撐及冠梁應(yīng)力等指標(biāo)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)預(yù)估值進(jìn)行對(duì)比分析，以評(píng)價(jià)成樁效果。

21#圍堰監(jiān)測(cè)結(jié)果如表2所示，從監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，該圍堰各項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)均在容許值以?xún)?nèi)，結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形均處于正常范圍。

5 結(jié)語(yǔ)

南充市都京港嘉陵江大橋項(xiàng)目采用沖擊鉆替代常規(guī)全套管鉆機(jī)施工咬合樁，該方案工期短、造價(jià)低，圍堰在應(yīng)用過(guò)程中止水性良好，結(jié)構(gòu)變形未超出允許值，取得了良好的工程效果和經(jīng)濟(jì)效益，為解決類(lèi)似工程問(wèn)題拓展了思路。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2021-03-18

作者簡(jiǎn)介：

石小林（1987—），碩士，工程師，研究方向：橋梁結(jié)構(gòu)抗風(fēng)。