双排咬合灌注桩在河道整治工程中的应用

2020-07-25陈志乐杨静思

水运工程 2020年7期

陈志乐，杨静思，刘林

(中交水运规划设计院有限公司，北京 100007)

双排咬合灌注桩结构具有整体刚度大、水平位移小、施工方便高效、占用空间小、对软土地基适应性好的优点，应用于较多基坑支护、船闸扩建及边坡加固等工程中。林鹏[1]对软土基坑中的双排桩支护结构进行了应用分析，表明双排桩结构如果与施工方案相结合，能有效控制基坑工程变形；邹开明等[2]介绍了双排桩在船闸工程中的应用，分析不同桩径、不同开挖深度时结构的变形及受力形态；申永江[3]分析了双排桩在边坡抗滑工程的应用效果，对桩顶连接方式和桩排距的优化进行研究分析；沈孔成[4]对杭嘉湖东部平原河道整治工程中使用的双排桩结构形式进行了内力及变形形状的研究。实际上，目前针对河道整治工程中采用双排灌注桩结构形式的研究及应用均较少。在河道整治工程中，河道宽度多受两侧建筑物、道路或管线限制，地基常为软土地基，且有要求河岸预留船舶靠泊功能的情况，此时采用双排咬合灌注桩与水泥搅拌桩相结合的结构形式可有效利用自身优势，解决以上难点。本文以横琴天沐河北侧直立式岸线工程为例，介绍双排咬合灌注桩结构的设计和施工方案。实践结果表明，该设计方案结构合理安全、施工工艺质量可控，可为该类河道整治工程的设计施工提供参考。

1 工程概况

天沐河为横琴岛中心片区排洪的主要河道，河流东西向，两端均入海，岸线总长约6.76 km。天沐河堤岸整体采用充填袋砂堤心的斜坡结构，陆侧吹填粉细砂形成陆域后进行土地二级开发。天沐河东段入海口处规划中心岛(图1)，中心岛向东岸线远期规划游船泊位，为满足河流防洪过水断面要求和预留游船靠泊功能要求，须将1 km长的北侧斜坡式堤岸改造成直立式断面。直立段工程平面布置见图1，直立式堤岸改造断面见图2。

图1 工程平面布置

2 地质条件

图3 工程地质典型剖面

表1 地层物理力学参数

3 结构设计方案

3.1 结构选型

直立段具有如下特点：1)深厚软土地基。直立式堤岸区域土体多为淤泥及黏土，淤泥深度20～25 m，虽然通过打设排水板进行土体固结，但是地基承载力仍然有限。2)有挡土需要。堤后回填大量粉细砂形成陆域，须有效防止砂土流失。3)后方相邻的道路工程和填筑工程等同时施工，对直立段施工有较大限制。为保证河道后方填筑工程和道路工程的工期要求，直立段堤岸先形成斜坡式围堰以满足相邻工程实施要求，形成干地施工条件后改建为直立式结构。

根据工程特点，对多个方案从结构安全性、与周边工程衔接、施工工艺和工期以及经济性等方面综合比较后，对直立式堤岸采用双排咬合灌注桩结构与格构式水泥搅拌桩地基处理相结合的结构方案。

3.2 结构方案

直立式结构双桩总宽6.50 m，顶部现状高程3.70 m，码头前沿靠泊水域底高程-2.50 m。双排咬合灌注桩结构由桩基和连系梁组成。混凝土灌注桩与混凝土素桩间隔布置形成咬合桩，桩径均为1 500 mm，咬合厚度为300 mm，双桩桩心间距为4.5 m，桩顶高程1.50 m，桩底高程-30.00 m。在双桩顶部现浇连系梁，连系梁宽度为1.5 m，连系梁底部高程1.50 m，顶高程3.00 m。双桩间采用框格式水泥搅拌桩进行加固，加固的高程范围为-20.0～1.5 m。直立式结构的桩位布置形式见图4。

图4 双排咬合灌注桩布置

3.3 计算分析

双排咬合灌注桩的计算包括桩基嵌固稳定性、抗倾覆和抗隆起计算，双排桩及连系梁的内力计算，灌注桩承载力计算，以及灌注桩及连系梁的配筋计算。

根据规范JGJ 120—2012《建筑基坑支护技术规程》[6]，双排桩结构的嵌固稳定性安全系数为2.24，抗倾覆安全系数为2.24，抗隆起安全系数为3.01，均满足规范要求。

内力计算采用规范推荐的平面刚架结构模型进行计算，计算模型如图5所示。

双排桩各结构内力值如表2所示。

图5 双排咬合灌注桩计算模型(单位：m)

表2 双排桩结构内力值

4 咬合桩施工工艺及试验段桩基检测情况

4.1 咬合灌注桩施工工艺

咬合灌注桩的传统施工工艺是在全套管桩基施工工法的基础上，素混凝土桩使用超缓凝混凝土，使相邻钢筋混凝土桩的成孔能够在素混凝土桩初凝之前完成，利用相邻桩之间混凝土的初凝时间差实现相邻混凝土排桩间部分圆周相嵌，形成咬合桩。传统咬合桩施工工艺存在一定的局限性，由于咬合桩施工清障能力不足，施工时必须在混凝土初凝前强度较低时进行切削和咬合，因此施工成败与缓凝剂的作用密切相关。单桩缓凝作用由于其成桩条件差异而不尽相同，使得咬合桩施工存在局限性，施工质量较难保证且易造成工程事故。

硬法切割咬合桩施工工艺的特点是采用硬法切割工艺进行咬合桩施工，无须添加缓凝剂，不再受缓凝作用的制约，具备多台设备同时施工的条件，相比传统咬合桩的施工，可大幅缩短工期、提高工作效率。

硬法切割咬合桩重要施工工艺流程：施工准备、场地平整后，在桩顶位置浇筑钢筋混凝土导墙(图6)，导墙厚0.5 m、宽4 m，以保证咬合桩孔口位置的精确度，在桩位放样验收符合要求后人工开挖沟槽。定位成孔、钢套管接管后进行成孔取土作业，由于本工程位于深厚淤泥地质区域，采用钢护筒护壁工艺以防止塌孔和缩颈。水侧咬合桩的素混凝土灌注桩，为保证垂直度和咬合效果，采用全钢护筒施工；咬合桩的钢筋混凝土灌注桩和陆侧钢筋混凝土灌注桩16 m以上采用钢护筒，16 m以下采用泥浆护壁。相邻咬合桩施工顺序如图6所示。其中：A类表示素混凝土桩，B类表示钢筋混凝土桩；按照A1→A2→B1→A3→B2→A4→B3的顺序进行施工。

图6 试桩桩位及施工顺序布置

4.2 试验段桩基施工质量检测

为了验证双排咬合灌注桩和硬法切割咬合工艺的可行性，工程施工前选取典型结构段进行试验。检测结果表明，咬合桩试桩均满足要求，且得出以下结论：对于前排咬合灌注桩，钢筋混凝土灌注桩须在素混凝土灌注桩浇筑完成至少5 d以后才能施工；素混凝土灌注桩充盈系数取1.46，钢筋混凝土灌注桩充盈系数取1.41。根据试验段的检测结论开展大范围施工，并在施工后根据规范和当地质检站要求开展相应的质量检测，结果表明施工质量均满足相关规范要求。