咬合桩施工技术在太河水库除险加固中的应用

刘业涛，于 蓉

（1.淄博市太河水库管理中心，山东 淄博 255178；2.山东省水利勘测设计院有限公司，山东 济南 250014）

太河水库西溢洪道位于淄博市淄川区太河水库大坝东端的金鸡山西坡处，为开敞式正槽溢洪道，全长466 m，宽度为56.6～71.0 m。根据2021年水库安全鉴定结论，西溢洪道与下游河道交界段宾格石笼和混凝土护底已被水毁，加之长期受小流量水流冲刷影响，渠道两岸挡墙墙前覆土冲刷流失，下切情况明显，墙前护脚底部暴露。长此以往，两岸边墙底部灌注桩基础存在桩体暴露、桩间土层淘空的风险，当西溢洪道大流量泄洪时将危及两侧挡墙稳定，容易造成洪水绕过岸墙冲刷坝脚，进而影响坝体稳定安全。

为确保水库安全度汛，2022年实施了太河水库西溢洪道出口段应急除险加固工程，该项目采用新建咬合桩为基础的防冲槽对该险工段进行应急除险加固，防冲槽基础底部采用浇筑C30钢筋混凝土钻孔灌注咬合桩进行防护，钻孔灌注桩直径800 mm，钢筋混凝土桩与素桩交叉布置，施工完成后咬合成封闭挡墙，防冲槽共布置咬合桩366根，钻孔总进尺3 117 m。

1 混凝土咬合桩施工工艺

1.1 咬合桩施工工艺流程

在前期阶段，先统一进行导墙（导向槽）的施工，当导向槽混凝土强度达到设计强度70%后，再分两序分别施工两型桩。第一序C30素混凝土桩（A型桩）和第二序C30钢筋混凝土桩（B型桩）；先施工相邻两颗A型桩，并灌注混凝土，待48 h后，施工B型桩；B型桩施工时，利用旋挖钻机的切割能力切割掉相邻A型桩的部分混凝土，以实现咬合；B型桩下钢筋笼，并灌注混凝土，依次完成基础咬合桩连续墙施工。

1.2 导向槽施工

因后期各型桩之间需要达到咬合成连续墙的目的，所以导向槽的施工是区别于其他普通混凝土灌注桩的工艺，这也是咬合桩前期施工必须要严格控制的质量节点。导向槽基础需要安装在原状土、压实度0.94以上密实土基础上，以确保导向槽后期的安全使用。导向槽混凝土强度达到70%后方允许拆模，混凝土养护期不小于7 d。

1.3 A、B型桩钻进成孔

本次咬合桩钻孔选用设备为360旋挖钻钻机和235旋挖钻钻机，采用干钻成孔法施工，A型、B型桩钻孔工艺相同，区别在于B型桩钻孔需要切割掉相邻A型桩部分混凝土。按咬合桩施工要求合理布置好一序孔和二序孔，先施工A型桩，在A型桩成孔并浇筑完成后，在A型桩之间开钻B型桩。工作内容主要有：旋挖钻钻机取渣成孔，起重机安装钢筋笼，灌注混凝土等作业。咬合桩主要工作设备由旋挖钻钻机、起重机组成。

1.4 B型桩钢筋笼制安

钢筋笼制作、吊放与普通混凝土灌注桩钢筋施工工艺相同。钢材运到加工场地后随即取样送检，检测合格后投入使用；钢筋笼主筋连接采用闪光对焊，对焊接头做到及时取样送检；钢筋笼采用两根吊筋固定，以控制钢筋笼顶标高。

1.5 A、B型桩灌注混凝土

A型桩间隔跳打完成并浇筑完混凝土后，再按要求进行中间B型桩的施工，两型桩灌注桩混凝土施工工艺相同。为保证设计桩顶混凝土质量，混凝土灌注至桩顶标高以上最少0.5 m；为保证C40商品混凝土泵车浇筑的和易性，施工时现场浇筑混凝土坍落度控制在190～200 mm之间、施工现场混凝土含气量控制在4%～4.5%为宜。

2 咬合桩质量控制技术

2.1 孔口定位误差的控制

钻孔咬合桩安装可参考执行中国钻机灌注桩施工的质检与认证规范，除此之外还需符合以下相关规定：

1）钢筋笼外径要比套管内径小6～8 cm，允许偏差±10 mm；2）桩位顺纵轴方向，允许偏差±10 mm；3）桩位垂直纵轴方向，允许偏差±10 mm；4）桩身混凝土3 d强度不小于3 MPa，允许偏差±10%；5）混凝土坍落度小于16 cm，允许偏差±10 mm；6）桩垂直度，允许偏差3‰。

2.2 设置导向槽控制定位

设置导向槽主要用于控制咬合桩平面位置，同时可预防洞口坍塌和支撑桩机的作用。根据桩直径不同导向槽宽一般不小于1.5 m，厚度不小于30 cm，混凝土强度不低于C20，这样便于咬合桩后期施工设备在导向槽上的施工。导向槽内侧波浪形模板宜选用定型钢模，便于导向槽内立面垂直度、表面高差的精度控制，模板材料还可得到重复利用。

2.3 B型桩钢筋笼质量控制

钢筋笼的质量控制与钻孔灌注桩基本相同，为保证钢筋在桩身混凝土中的保护层厚度，以及套管拔除时产生抱死现象，钢筋笼主筋上应焊接定位钢筋，每4 m一道，周圈不少于4根；为防止混凝土浇筑时钢筋出现“浮笼”现象，在钢筋笼底部加焊一块比钢筋笼略小的薄钢板。

2.4 B型桩施工时周边A型桩强度控制

为使B型桩顺利成孔，又不破坏A型桩混凝土结构，要严格控制钻机对A型桩的切割时间。本项目前期做了旋挖钻钻机对灌注桩C30混凝土浇筑成型后按12 h、24 h、36 h、48 h几个时段后进行旋挖钻切割试验。试验表明：24 h后切割，A型桩92%完整，局部存在破坏；36 h后切割，A型桩100%完整；48 h后切割，A型桩100%完整。为确保桩基安全，最终选用两侧A型桩至少浇筑完成48 h后允许进行后续B型桩的钻孔作业。

2.5 B型桩与两侧A型桩咬合面质量控制

对于干钻成孔工艺，面临的B型桩成孔后，切割的两侧A型桩混凝土面都有黏土或灰渣存在，处理不好严重影响桩间的咬合质量和成墙的整体性。由于桩成孔后较深且下部昏暗难以观测，选用多种方案进行试验，最终选用在B型桩成孔后，用旋挖钻钻头分别上下侧磨两侧A型素桩两次，使A型素桩侧面露出新鲜混凝土面，经后期开挖桩头和下部录像检查，成墙效果良好。

2.6 钻孔咬合桩垂直度质量控制

为保证钻孔咬合桩的咬合效果，除应严格控制孔口的定位误差外，还应对其垂直度进行严格控制，成孔过程中要控制好桩的垂直度。在利用旋挖钻钻机进行成孔作业中，主要利用旋挖钻钻机自动垂直度检测仪器，可自动保证垂直度在3‰以内。如遇车辆设备不带垂直度检测仪器，则需要随时人工检测钻机钻杆的垂直度来进行控制。

2.7 A、B型桩咬合长度质量控制

本项目A、B型桩钻孔灌注桩直径800 mm，A型桩之间间距600 mm，A、B型桩最小咬合长度轴向距离按100 mm控制，也就是本项目用同样的旋挖钻钻头，对咬合桩依次成孔，过程不再换装钻头，既满足了规范要求，又加快了施工进度。经后期凿桩头和检测单位检测，基础墙的连续性、整体性良好。

2.8 干钻成孔与混凝土浇筑时间节点控制

A型桩旋挖钻干钻成孔后，受各类复杂地质条件及上部施工荷载作用影响，成孔时间一长，孔内可能存在落渣或塌孔现象。由于本项目地层中含多道黏土层、砂层及砾石层等特殊情况，经不同时段多次捞渣测定试验，在干钻成孔后6 h内孔壁基本稳定，孔底落渣基本忽略不计，超过6 h，孔内黏土层和砂层会出现局部塌孔，孔底落渣开始增加。根据实验结果，最终采用在A型桩成孔6 h内进行混凝土灌注的作业方案，经浇筑366棵桩后，数据统计其充盈系数都控制在1.12～1.2之间，质量控制较好。

B型桩因切割两侧A型桩成孔，基本不存在塌孔和孔底落渣现象，可根据现场工序要求自行控制间隔时间。

2.9 咬合桩成型质量检测

判断桩基完整性的方法主要有低应变动力检测、超声脉冲法检测及高密度电阻率法，针对本项目咬合桩连续墙的特点，最终选用高密度电阻率法进行检测，沿墙体轴线对该段钻孔灌注咬合桩进行连续检测，通过对原始数据处理、反演软件计算，得出电阻率解释图。本项目检测单位通过检测，钻孔灌注咬合桩墙体深度范围无明显异常区域，判断该钻孔灌注咬合桩墙体连续性、整体性良好。

3 事故桩的处理措施

在干钻成孔咬合桩施工过程中，因A、B型桩垂直度偏差，或其他原因造成咬合桩不满足桩间咬合尺寸或经检测出现咬合桩不连续等情况形成事故桩。事故桩的处理主要分以下几种情况：

1）平移桩位单侧咬合。B型桩成孔施工时，与一侧A型桩的咬合尺寸不够设计最小100 mm的尺寸要求，应在A型桩和B型桩外侧另增加一根旋喷桩作为防水处理。

2）背桩补强。B型桩成孔施工时，其两侧A型桩已经无法保证与B型咬合桩的连续性，则放弃B型桩的施工，调整桩序继续后面咬合桩的施工，后期在B型桩外侧增加3根咬合桩及2根旋喷桩作为补强、防水处理。

4 结语

本项目地质结构复杂，经比选最终选用旋挖钻钻机作为咬合桩成孔设备非常成功。该施工工艺适合于各种复杂地质结构，本次干钻成孔，施工速度快，成孔精度高、质量好，桩间相互咬合排列形成围护墙。缺点是遇黏土层时成孔速度较慢，遇特殊粉砂地层时可采取套管及泥浆固壁的措施解决。咬合桩作为一项基础处理工艺，在形成封闭式挡墙来处理水工设施基础底部防冲、防渗方面，通过本年度溢洪道泄水运行来看效果明显。