赛城湖闸左岸上游垂直开挖土体加固方法探讨

刘小明

（江西省水利水电建设有限公司 江西 南昌 330006）

1 工程概况

赛城湖闸位于江西省长江干堤永安堤下游，九江市区上游7km的阎家渡，该闸为6孔涵洞式排水闸，由引水渠、进水渠、闸室段、消能防冲段、下游联接段组成。闸室段长 26m，宽 43.02m，泄流净宽为 6×5m=30m。进水渠左翼墙（即左岸上游翼墙）原设计为扶臂式挡土墙，设计底板高程为EL9.61，墙顶高程为EL20.5。2001年4月中旬，由中国水利第一工程局完成翼墙砼浇筑施工，进行墙后填土至EL16.5时，产生失稳破坏。墙体倾斜50cm，并且多处从伸缩分缝处被拉裂，最大裂缝宽为80cm。墙体破坏产生原因经专家组鉴定为基础滑坡引起的。为确保工程安全度汛和上部建筑物的安全，经江西省水利规划设计院重新设计，确定了拆除原挡土墙，采用空箱式结构型式挡土墙替代的新设计方案，新设计挡土墙墙底高程为EL9.61，墙顶高程为外墙EL21.5，内墙顶高程为EL20.5。箱体宽度方向为三节，宽度为10.8m。

2 问题的提出

笔者所在单位于工程中承担了左岸翼墙重建的施工任务，左岸翼墙平面示意图见图1。在进行施工方案设计时，根据现场地形勘察和地质勘察报告的结果，本工程存在如下问题：

（1）新设计空箱翼墙内边距左岸建筑物仅16m，上下高差近12m，且墙后回填土料和左岸坡土料为就近开挖利用料。

（2）勘察报告显示该土料含水量偏大，属于压缩性较高，强度较低，渗透性低的土质，而且其内摩擦角较小。

（3）本工程墙后不同高程有多处渗水点，存在严重的安全隐患。

就本工程遇到的上述问题，如何完成设计意图，确保工程安全度汛和上部建筑物的安全，是工程施工首要解决的技术问题。根据现场实际情况，考虑到在进行开挖时无稳定放坡的位置，所以本工程只能进行垂直开挖。垂直开挖对土体加固有很高的要求，如若在施工过称中方法选择不正确或者施工质量达不到要求，不仅会影响工程进度，增加工程经济造价，更严重时会造成整个工程施工瘫痪，严重危及施工人员的性命。

3 土体加固方案选择

通过详细研究了现场实际情况并结合本工程特殊问题，提出了适宜本工程土体加固的三种方案：钻孔灌注桩、沉管灌注柱和钢管桩，并针对三种加固方法的优缺点进行了探讨。

钻孔灌注桩是施工现场用钻孔机钻孔后，将钢筋笼放入孔内，然后浇筑混凝土，经过混凝土凝结成型后而形成的桩。钻孔灌注桩比起锤击法，在施工过程中产生很小的噪声和震动，这对于很多地基情况都适宜，与预制桩相比并且可以得到更大直径的桩。在进行该工艺的时候对场地平整度、钻孔质量都有严格的要求，因为如果场地不是很平整时，钻孔机在施工中易产生倾斜、桩倾斜和桩偏心等不良影响，这直接影响桩身强度。同时在钻孔的同时需做好泥浆护壁和抽渣等工作，随时检查成孔是否偏斜，避免因某道工序未能及时处理形成的塌孔、缩颈或在浇筑混凝土的时候造成断桩现象。因此，钻孔灌注桩是一种施工难度很大，成本高，施工工期长，在处理施工中出现的问题费工费时，并且该工法的泥渣会造成环境的污染。

图1 左岸翼墙平面示意图

图2 钢管桩布置示意图

沉管灌注柱是利用锤击沉桩设备进行沉管，将带有钢筋混凝土的桩尖钢管沉入土中，形成桩孔，浇筑混凝土，在拔出套管时利用拔管时的振动将混凝土捣实。沉管灌注桩避免了由桩尖浮土造成的桩身下沉，承载力不足问题，同时更加节约材料。但是该工法不适于在市区施工，因为锤击噪音较大，振动会影响周围建筑物，同时该工法遇到一些较大孤石将无法实施。其施工质量不易控制，在施工过程中如果拔管过快容易造成桩身缩颈、断桩。由于该方法是挤土桩，前期浇注好的桩易受到挤土效应的影响产生倾斜断裂甚至错位。该方法和钻孔灌注桩同样对施工场地平整度有很高的要求，且施工周期长，没有回收价值，施工成本高。

钢管桩由钢管、企口榫槽、榫销构成。该工艺造价成本低，并且钢管有回收利用价值，对环境无污染，它对施工现场场地的平整度要求不高，施工难度小。钢管桩能起到围水、围土、围砂等作用，同时它有结构简单、使用方便、搭接容易，密封性好等优点。

结合本工程从工期、经济和施工难易程度等多个方面对上述三种方案进行了简要的分析（见土体加固方案对比表1），综合考虑最终确定该工程采用钢管桩对土体进行加固方案。

表1 土体加固方案对比

4 钢管桩施工方法

4.1 钢管桩布置

钢管桩分三排布置，第一排紧靠开挖边线内侧布置，第二排距第一排3m布置，第三排距第二排1m布置，每排桩距1m，呈梅花型布置，具体见图2钢管桩布置示意图。

4.2 施工参数选择

由于本设计未提供具体的技术指标，根据中水一局开挖后裸露的基础情况观察，持力层距地面高度为7m～8m，按桩底高程为持力层下1m计算，钢管桩长度为9m为宜。考虑无具体的钻探资料，为安全起见和钢管刚度要求，最终选用10m长，直径为20cm，壁厚8mm无缝钢管。

4.3 施工机械选择

考虑到本项目工期短，施工场地狭窄，施工各项目完成周期短，不宜采用行走不便机械和过多机械在作业面施工，项目部经考察和试验，采用施工作业现有反铲挖掘机和液压式冲击锤进行钢管打桩施工。

4.4 施工方法

4.4.1 施工工艺

采用反铲挖掘机配合冲击锤打钢管桩。在工前应该先对钢管原材料（钢材的屈服强度、伸长率、抗拉强度等）进行检验，其原材料要满足设计要求和符合规范最低要求，检验合格后才可投入使用。施工前准备包括对场地进行平整和清理（确保其平整度），测量定位好桩的位置并进行放线，然后确定桩心位置、打桩顺序和桩机开行路线等。在桩机就位后，吊桩、插桩，锤击下沉，接桩、锤击至设计深度。钢管桩起吊多采用一点绑扎，将其吊到指定的桩位，将钢管桩对准样桩位置然后进行插桩，这期间对桩位要是要确保其位置正，桩身不倾斜。为使施工方便，并防止打桩过程相邻建筑产生较大位移，一般打桩顺序遵循先打中间后打外围，先打长桩后打短桩，先大直径后小直径。具体施工工艺流程见图3。

4.4.2 施工方法

（1）施工准备

因左岸建筑物座落在比较陡后坡上，且有多处渗水点，为方便钢管桩施工，确保施工期间后坡的稳定，须进行施工准备工作，主要有后坡加固，场地平整和排水系统布设。场地平整利用反铲挖掘机略加修整即可，排水系统结合后坡加固进行，横向排水沟因坡脚处土料含水量太大，土料呈液态，无法开挖而成，在坡脚处利用纺织袋装碎石料挤淤方法形成，纵向排水沟在坡身每隔5m开挖一道截面30cm×30cm“Y”字型沟槽，纵横沟槽联通，铺土工而一层，填碎石料作为反滤，坡身加固采用草袋土，按1∶1.5～1∶2坡比缓坡加固。

图3 钢管桩施工工艺流程图

（2）打桩施工

施工准备工作完成后，按确定的钢管桩布设参数，用石灰点好孔位，人工抬运钢管桩至桩位点附近，将简易导向布置在桩位上以便作为垂直控制机具，再利用2台反铲挖掘机铲斗重叠同时下压，采用液压式冲击锤打没地面。为防止在锤击时桩头损坏，打桩前，需在桩头放置特制的桩帽，并在受锤击的部位，放置木垫达到减震作用，以减小强大震动力给桩头带来的损害。

4.5 钢管桩的防腐处理

对钢管桩质量有很大影响的是其防腐处理手段，通常在施工前需对钢管桩进行如下防腐工艺：喷砂除锈合格→施工前准备→涂底层漆→涂中间漆、面漆→验收合格→出厂。

钢管桩表面可采用喷砂除锈、人工刮涂方式或涂环氧重防腐涂料。

钢管桩在运输和施打过程中，注意保护其防腐层。为确保防腐施工质量，如若在这过程中防腐层有损坏，需在交工验收前进行修补。

5 结语

经过钢管桩处理过后的墙后土体，在老翼墙拆除后，依靠钢管桩独自承受土体侧压力，土体无太大位移，保证了后续工程的顺利进行，为确保工程安全度汛赢得了时间。如今该工程已经过了三个汛期的考验，证明运用钢管桩进行土体加固方法是可行的。

钢管桩在工程施工过程中由于其使用方便、搭接容易，密封性好等优点，对本工程的顺利完成有很重要的意义。同时工程施工完成后，已将钢管桩全部回收，不仅节约能源的同时还减少了工程经济造价，此种施工方法也得到了越来越广泛的运用。陕西水利

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