硬咬合桩工艺在复线船闸地连墙接头截渗处理的研究

翟寒科 金 磊 胡春辉

(安徽中兴工程监理有限公司，安徽 合肥 230011)

随着交通运输业的大力发展，水运航运发展迅速，原有的水运船闸不能满足现有航运运能要求，在原有船闸周边再次进行改建扩建复线船闸、三线船闸等，耿楼复线船闸上马顺其自然，复线船闸因场地受限、离运行船闸较近、基坑开挖深度大、截渗要求高等特点，基坑的稳定性问题尤为突出，确保基坑稳定截渗又是关键，基坑截渗是船闸施工建设中有待解决的问题。

1 船闸概况

复线船闸位于枢纽一线船闸左侧，布置方式与现有的一线船闸基本一致，上闸首参与防洪。两船闸纵轴线相互平行，轴间距为55.36m，上、下闸首顺水流向长均30m，上、下闸首为钢筋混凝土整体式结构，人字门型，上闸首底槛高程为24.00m，下闸首底槛高程为20.50m，闸首两侧设输水廊道。船闸闸室采用整体式钢筋混凝土倒“Π”型结构，底板顶高程20.50m，底板厚3.0m，采用分散式输水系统。复线船闸闸室尺度240m×23m×4m，一线船闸闸室尺度130m×12m×3m。引航道采用不对称布置，上、下游导航墙长均为60m，辅导航墙以圆弧线形与一线船闸辅导航墙连接。

2 基坑及截渗情况

船闸基坑东西向长度457m，南北向宽约112m，原地面高程34.5m，基坑底高程上闸首17.0m、闸室17.5m，下闸首16.0m，基坑最大深度18m。基坑北侧为现状岸坡，坡顶高程约35m；南侧为现状船闸，西侧(上闸首)、东侧(下闸首)均分设土围堰，围堰临水侧设钢板桩，背水侧设钢管桩，围堰顶高程36.86m(上闸首)、36.66m(下闸首)。与一线船闸侧采用双排支护桩作为支护体系，基坑周边采用高压摆喷墙工艺，高压摆喷墙设计底高程7.0m，设计顶高程32.0m，设计间距120cm,基坑四周封闭，支护桩与高压摆喷墙施工完成后进行基坑开挖。施工过程中对原有截渗体系进行了局部加固措施，在原有截渗措施的基础上，增设了混凝土截渗墙，底高程为7m,顶高程为28.5m～34.5m，布置范围临一线船闸侧及上下游闸首侧成C字型，临提防侧闸室范围240m未进行布置。砼截渗墙和现有灌注桩结合处采用三排高压旋喷桩截渗补强，上游侧砼截渗墙墙后布置两排压密注浆，截渗墙和上闸首之间的导航墙墙后布置三排压密注浆。

2018年9月21号上午06∶10左右。基坑发生管涌，位置如图1所示，出水口位于上游右岸辅导航墙位置处，进水口位于上游钢围堰钢板桩与老导航墙连接处位置，穿过砼截渗墙和现有灌注桩结合处三排高压旋喷桩截渗墙，当时上闸首基坑开挖高程17.0m，进行上闸首底板钢筋安装，基坑暴露有30d，管涌发生时上游水位32.6m。

3 发生管涌原因分析

3.1 围堰水头大

本工程围堰按10年一遇的标准设计，上游水位为35.86m、下游为35.66m，枯水期10月至次年4月，10年一遇闸上水位为33.5m，闸下为30.3m。基坑开挖最低底高程为16.0m，围堰水头差大，最大水头差大于15m。

3.2 基坑距一线船闸距离近

复线船闸基坑右岸临一线船闸，采用双排钢筋砼灌注桩支护，基坑左岸放坡开挖，上下游均采用钢板桩+钢管桩组合围堰挡水。右岸辅导航墙距一线船闸仅约30m，渗径较短，一旦出现渗漏现象，渗透破坏发展较快。

3.3 地质条件复杂

施工区域原为居民区，生活水井较多，水文地质条件复杂，存在详勘无法探明的渗流通道等因素；受施工影响，存在地表水与透水层连通，仅依靠截渗墙截渗，对截渗墙成墙质量要求高。

3.4 一线船闸采用深井降水及多次地基处理后地质条件变化

根据地质检测结果，渗透破坏发生后，上闸首右岸过水通道内原土层结构已基本冲蚀流失，现状场地内大量堆积为施工时的水泥土块体和松散填土。已探明渗漏通道最深处在原旋喷墙至截渗墙与灌注桩结合部，底高程约7.0m，宽约6m，以下段宽度逐渐扩大，底高程也逐渐抬高。

图1 管涌通道走向图

4 管涌处理措施分析

根据检测结果，本次决定采用新的方案及工艺，咬合桩封闭现状渗漏通道，先在涌水通道处回填土方，在截渗墙与支护桩之间布置硬咬合桩，由硬咬合桩补强现状截渗墙与支护桩之间的缺陷。硬咬合桩直径1.2m，与原支护桩搭接宽度0.35m，搭接处墙体最小厚度0.9m。咬合桩与现状截渗墙、支护桩共同发挥截渗作用，确保现状缺陷处截渗墙发挥作用，形成截渗体系。

5 硬咬合桩施工工艺(全套管回转钻机)

该部位空间狭小，总长约6.5m。工程现状：两端为已建钢筋砼截渗墙，中间为两根钢砼灌注桩，在前期施工中，中间空隙处采用高压旋喷桩套打成墙。桩顶、墙顶已构筑形成施工平台，平台高程34.50m。

硬咬合桩施工前须浇筑完成地面导墙，根据现场实际情况，本次考虑对整个施工平台进行硬化，采用C30混凝土，厚度50cm，以满足施工机械架设及定位需要。施工桩时，一侧临空，需搭建施工平台。

6 工程重点、难点分析

6.1 机械设备施工作业面不足

本工程主要的支护修复及加固工程段基坑已开挖并被水体浸泡，原船闸外侧已出现坍塌，提供大型机械施工的工作面有限。全套管全回转钻机桩施工需要多台设备配合(100t履带吊、全回转钻机、反力叉及套管堆场)，常规作业要求宽度不小于10m，长度不小于20m。因而本场地上闸道工作面狭小，仅可容纳一台全回转设备作业，套管堆场占地面积大，现有场地受限。解决场地问题是控制施工进度的关键问题。解决方案如下：

(1)将套管场地设置加固作业范围外侧，并配备机动性能较好的50t汽车吊，配合履带吊完成套管的吊装及拆卸。

(2)在上闸道东侧支护桩拐角处，搭设施工平台，拓展工作面。

(3)在上闸道西侧咬合桩范围采用碎石或砖渣回填，并往已有河道侧延伸搭设钢栈桥。

6.2 施工场地地基土松软易沉降

由于主要施工区域发生管涌及塌陷，且探孔已探明有多个空洞存在。场地支护桩外侧土体已部分流失，空隙多。全回转设备施工所用设备及配套均为重型设备，履带吊工作状态荷载达100t以上，全回转钻机在套管起拔过程中总上拔力(含设备及套管自重)等达到200t以上，如何确保地基土的稳定性，保证设备的安全是本工程的关键。解决方案如下：

(1)仍为空洞部位采用碎石或渣土回填，并用重锤夯压回填至地面以下1m。夯实后铺垫60cm厚小碎石。

(2)利用该区域已有多根已施工的支护桩及地连墙防渗体系，在现有地面上施作厚度不少于40cm的双层钢筋网砼板，并设加强连续梁。

(3)必要时塌陷区上部松散地层采用双液注浆加固处理。

(4)设备作业时需铺设厚度不小于25mm钢板以分散压力，防止地基不均匀沉降造成机器侧倾。

6.3 咬合桩导墙施工条件受限

由于咬合桩施工中需切割原有地连墙或支护桩，回转钻机切割过程中若无平衡压力，则易发生偏位。同时本咬合桩部位地层松软不一，施工中套管易发生移位。根据相关规范与咬合桩施工垂直及水平精度的要求，需施作导墙以确保咬合度并防止施工中偏位现象发生。本场地咬合桩部位有冠梁支护桩及地连墙限制，且需考虑施工平台的外扩要求，采取何种方式施作咬合桩、导墙是本工程的重要难点。解决方案如下：

(1)施作外扩于河道内的施工平台顶面应低于地面0.4m。

(2)导墙与场地采用钢筋砼及硬化，铺设导墙模板，预留咬合桩位。

(3)咬合桩范围内不设置砼梁。

6.4 已有地连墙、支护桩及钢护筒切割工程复杂

本工程共有4根全回转钻孔桩切割原有支护桩，2根桩需切割地连墙，2根桩需要同时切割支护桩及地连墙，4根桩需同时切割支护桩钢护筒、支护桩及地连墙。由于支护工程已施工近一年，砼强度高、钢筋直径大、数量多，尤其需要切割钢护筒切割作业难度极大，施工进度相对较慢，如何保证垂直度的情况下，快速完成切割是本工程的重大技术难点。

解决方案：根据以往多个障碍物清理项目的经验，可通过相关措施可达到提速、精准的目标。

(1)保证套管接头的密闭性，必要时可对孔内障碍物采用人工措施处理。

(2)套管刀头部位设置特制内刀扩大切割面。选用高强度耐磨性能好的国外刀头。

(3)现场堆放较纯的粘性土待回填备用，随时观测刀头的磨损情况，及时由填拔管更换刀头，重新钻进施工。

(4)咬合桩部位临近切割桩的素桩砼标号适当提高，以保证钻进中均匀切割护筒不发生偏移。

6.5 具有临空面桩基的施工及砼灌注

在咬合桩段共2根桩施工时基底以上部分已进入基坑内侧，即基底以上部分在临空侧为临空面。砼浇筑时将会流失至坑内，无法正常成桩，如何保证本咬合桩的顺利浇筑砼是一大难点。解决方案如下：

(1)将拟施工的咬合桩向基坑外侧移动，保证切割面位于基坑外侧，即保留砼保护层不少于20cm。

(2)在坑底以上部位临基坑侧的钢筋笼上设置半幅止浆措施。

(3)现有支护桩外侧的桩间处设置竖向支护体系，并在套管间采用特殊措施回填处理。

6.6 支护桩桩间土恢复及上闸首加固高喷桩的施工

上闸首右岸设计有加固高喷桩一排，由于支护桩间土在坑底以上部分均已流失，高喷桩施工中易形成二次破坏。桩间土需重新恢复处理后，后期抽水后才能不造成新的桩间土流失。如何保证高喷桩施工质量及减少破坏，桩间土形成有效支挡是本工程的一大重点、难点。解决方案如下：

(1)护桩基坑侧桩间部位设置竖向支挡结构。

(2)支挡结构与支护桩间采用填土、注浆等工艺，形成一定强度的支挡结构。

(3)基坑抽水前对现有桩间已有裂缝清理并填筑砼，并挂网喷射砼防护；坑内排水时，边抽水边观察边修复桩间防护结构。

通过20多天的咬合桩施工结束，达到规定强度，进行基坑降水，前期降水每天控制降水速率1m，边降水边观察周边结构稳定和渗水情况，降水至基坑底部，截渗体系达到截渗要求，周边结构稳定，船闸主体顺利施工，咬合桩工艺对地连墙与灌注桩接头处理可靠。

7 结论及分析

7.1 建筑物的承载力问题

根据勘察资料分析，复线船闸基础大部分基础均落于⑦层粉质壤土上，该层土强度较好，但透水性偏大，可考虑采用天然地基，若上部荷载较高，天然地基不能满足要求，亦可采用桩基，以⑨层粉质壤土为桩端持力层；船闸下闸首部位基础位于⑧层砂壤土顶部，该层强度较高，低压缩性，可作为基础持力层。

7.2 边坡稳定问题

上游引航道边坡高度约9.0m，边坡土层为②层、③层、⑥1层，边坡土层强度一般，边坡稳定性较好；下游引航道边坡高约13～14m，边坡涉及土层为②层、③层、⑤层、⑥1层，局部分布的⑤层粉质壤土，该层强度低，对边坡稳定不利，必要时可以缓坡处理。

7.3 基坑渗漏稳定问题

船闸基坑开挖高程在16.0～16.5m，⑧层承压水头在27.97～31.97m，⑧层顶部距建基面土层不足2m，施工时⑧层承压水可能会对基坑产生较严重的顶托破坏，考虑该层含水量较大，建议采用管井降水，必要时也可考虑采用连续墙或隔水帷幕隔离地下水，设计时宜与基坑支护结构统一考虑。