曾維強

(川鐵國際經(jīng)濟技術(shù)合作有限公司， 四川成都 610036)

淺談壁板樁的施工工藝

曾維強

(川鐵國際經(jīng)濟技術(shù)合作有限公司， 四川成都 610036)

“Barrette”一詞源于法語，中國學(xué)者將其翻譯為壁板樁。壁板樁是一種采用膨潤土泥漿或水泥膨潤土泥漿護壁的混凝土灌注樁，從受力上來分析，屬于摩擦樁，其施工設(shè)備和地下連續(xù)墻施工設(shè)備相同，施工方法也有較多的相似之處[1]。壁板樁的截面呈矩形，這種矩形樁與圓截面灌注樁相比，具有更大的比表面積(即表面積與質(zhì)量之比)，因此能通過樁身摩擦阻力承受更大的豎向荷載。從結(jié)構(gòu)上來講，壁板樁可以制成適當(dāng)?shù)某叽绮⑦m當(dāng)布置來滿足設(shè)計要求的某個方向的慣性矩及抗彎剛度，提高承受較大水平荷載和彎矩的能力[1]。壁板樁的施工技術(shù)在法國、英國、土耳其等國已經(jīng)相當(dāng)成熟，在中國香港也曾使用過，但在中國大陸卻鮮有使用[1-2]。河海大學(xué)雷國輝教授等曾對壁板樁做過較多的理論分析。筆者結(jié)合在摩洛哥的實際施工經(jīng)驗，對壁板樁的現(xiàn)場施工方法及監(jiān)測手段進(jìn)行簡單論述，以饗讀者。

壁板樁； 施工工藝； 質(zhì)量檢測； 水下混凝土

1 工程概況

由川鐵國際經(jīng)濟技術(shù)合作有限公司承建的摩洛哥Guercif高架橋位于摩洛哥東北部，距離地中海的納多爾港口120 km。該橋基礎(chǔ)涵蓋了3種形式：明挖擴大基礎(chǔ)、壁板樁、振沖碎石樁。梁部結(jié)構(gòu)為441 m 8跨的整體拖拉鋼梁，橋面分左右線雙幅，每幅各自一個承臺。

河道內(nèi)全年有水，該橋共計9個橋墩(臺)，編號分別為C0、P1、P2……P7、C8。C0、P1為明挖擴大基礎(chǔ)，P7、C8為碎石樁基礎(chǔ)，P2～P6為壁板樁基礎(chǔ)，其地質(zhì)條件復(fù)雜多樣化，以砂卵石層、砂層、砂巖層、泥灰?guī)r層為主。

最初的設(shè)計方案中P2～P6的基礎(chǔ)都為振沖碎石樁，后來承包商考慮到碎石樁沉降期太長，不適合在大橋的基礎(chǔ)中采用，所以建議業(yè)主將所有的碎石樁改為混凝土樁。由于工期所限，業(yè)主僅將部分碎石樁改為壁板樁，每個承臺下有6根壁板樁(雙幅即12個承臺)，樁長28 m，截面尺寸為2.8 m×0.8 m。

2 施工準(zhǔn)備

由于樁位處在河床中，地下水非常豐富，且地質(zhì)條件非常復(fù)雜，第一次試鉆孔以孔壁嚴(yán)重坍塌而告終。為了保證壁板樁施工能夠順利進(jìn)行，采取了以下措施。

(1)填筑2 m高的施工平臺(圖1)，施工平臺超出承臺邊界6 m，采用黏土分層夯實筑島圍堰，提高導(dǎo)鉆時首節(jié)部分土壤的密實度，也確保鉆孔設(shè)備行進(jìn)時的平穩(wěn)作業(yè)，減少對成孔的影響。

(2)將導(dǎo)鉆墻由預(yù)制更換成現(xiàn)澆梯形導(dǎo)鉆墻，增大導(dǎo)鉆墻與周測土的密實結(jié)合性，同時導(dǎo)鉆墻做成上大下小呈梯形截面，即使施工中發(fā)生沉降，也會起到往外側(cè)擠壓周測土的效果，導(dǎo)鉆墻內(nèi)部尺寸為2.9 m×0.9 m，孔口處墻厚0.7 m，底部墻厚0.35 m，導(dǎo)鉆墻內(nèi)側(cè)凈空較壁板樁截面尺寸大于10 cm；同時，由于導(dǎo)鉆墻是屬于現(xiàn)澆，可以更方便的進(jìn)行平面定位，這就更有利于控制成孔、成樁過程中的測量定位。

(3)對于部分在采取了以上措施后還要坍孔的樁位，在原有的膨潤土里面每1 m3加入220 kg左右水泥，通過水泥膨潤土泥漿形成更密實的護壁效果。通常在水泥初凝后接近全部終凝時(基于當(dāng)?shù)貤l件約為8 h)繼續(xù)成孔作業(yè)。

圖1 施工完畢的平臺和導(dǎo)鉆墻

3 施工工序控制

3.1 成孔

和鉆孔灌注樁采用旋挖鉆機成孔不同，壁板樁成孔機械采用沖擊抓斗式成孔機(與國內(nèi)地下連續(xù)墻施工設(shè)備類似)。沖擊抓斗通過鋼絲繩綁定在大噸位履帶吊車上。沖擊抓斗張開時的尺寸接近0.8 m×2. 8 m，和壁板樁的斷面尺寸一致(圖2)；如果遇上巖層，則將端頭的沖擊抓斗換為大噸位的重力沖擊錘(圖3)。為了保證成孔的垂直度，成孔機設(shè)有隨機監(jiān)測糾偏裝置，可以直接進(jìn)行垂直度跟蹤監(jiān)測，并通過顯示屏形成直觀數(shù)據(jù)，做到隨挖隨糾，達(dá)到垂直度要求(摩洛哥規(guī)范要求為0.2 %)。

圖2 沖擊抓斗成孔施工

圖3 重力式?jīng)_擊錘成孔施工

成孔過程中，沖擊抓斗進(jìn)、出孔時應(yīng)慢速、穩(wěn)當(dāng)，嚴(yán)禁沖擊抓斗碰到導(dǎo)鉆墻，以保持樁孔內(nèi)泥漿穩(wěn)定[3]。在樁孔開挖過程中，每隔2 m都要對挖出的土進(jìn)行采樣，詳細(xì)記錄地層地質(zhì)的變化。當(dāng)一個壁板樁澆注完混凝土之后，至少要過兩晝夜才能鉆相鄰的壁板樁。同時，因成孔及后續(xù)的混凝土施工中會產(chǎn)生大量的水，故要在現(xiàn)場做好排水工作，以避免現(xiàn)場泥濘。

3.2 泥漿制備及再利用

鉆孔施工開始前，泥漿要調(diào)制完成，制出的泥漿性能指標(biāo)要求見表1。

表1 泥漿性能指標(biāo)要求

泥漿制備采用全套自動化成型設(shè)備，配備5個鐵制漿罐，1個水罐、1個造漿罐、一個儲漿罐、一個沉淀罐、一個過濾罐。造漿罐配備泥漿攪拌機，現(xiàn)場設(shè)置計量器具和抽檢器具。從孔內(nèi)回收的泥漿沉淀采用機械與重力沉淀相結(jié)合的辦法，通過泵管回收后的泥漿經(jīng)機械處理后流入沉淀池內(nèi)重力沉淀16 h以上并穩(wěn)定后，由水泵將表面清稀部分抽到過濾罐，經(jīng)過濾后排除廢水。余下的漿體再抽入造漿罐重新拌制。

為避免膨潤土泥漿浪費，同時也為了沖擊抓斗提出后，泥漿能迅速補充進(jìn)入孔內(nèi)以免坍孔(單純靠泥漿泵管供入的量太小)，在導(dǎo)鉆墻四周1.5 m左右處用黏性土做一個約40 cm高的圍堰，并用塑料薄膜鋪設(shè)內(nèi)側(cè)。

3.3 鉆孔深度控制

在導(dǎo)鉆墻上先做好標(biāo)高標(biāo)記，然后以此標(biāo)高為依據(jù)，采用帶繩子的重力錘球進(jìn)行深度的測量，繩子上每0.5 m栓一個標(biāo)記，間距必須是精確校核的。根據(jù)導(dǎo)墻標(biāo)高，用重力錘球控制成孔的深度，以保證設(shè)計深度。在最終停鉆前需要對導(dǎo)鉆墻的標(biāo)高標(biāo)示點進(jìn)行復(fù)測，以免因?qū)с@墻沉降而導(dǎo)致誤差。

3.4 清孔

成孔作業(yè)完成后，為了把沉積在槽底的沉渣清出，需要對槽底進(jìn)行清孔，以提高壁板樁的承載力和抗?jié)B能力，提高成樁質(zhì)量。清孔采用向槽段底部泵送優(yōu)質(zhì)泥漿置換和抓斗清撈余渣相結(jié)合的方法。在清孔過程中，要不斷向槽內(nèi)泵送優(yōu)質(zhì)泥漿，以保持液面穩(wěn)定，防止塌孔。清底完成后，沉渣厚度必須不大于100 mm。 清孔后，槽內(nèi)泥漿指標(biāo)要確保槽底以上0.2～1 m處的泥漿必須達(dá)到表1的要求。清孔后泥漿指標(biāo)達(dá)標(biāo)是保證下序施工澆筑水下混凝土能順利進(jìn)行的關(guān)鍵。

清孔的過程中要隨時配合深度測量。

3.5 鋼筋籠的加工與吊裝

鋼筋籠長度28 m，截面尺寸為2.7 m×0.7 m，設(shè)計保護層厚度為5 cm。鋼筋網(wǎng)鋼筋的連接方式采用搭接或單面焊縫焊接，接頭位置相互錯開，焊接接頭的位置、數(shù)量和焊接質(zhì)量要嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行。鑒于鋼筋籠太大，故在每個吊點處都設(shè)置加筋支撐。起吊前，工程師必須對焊接位置、數(shù)量、加筋支撐等進(jìn)行細(xì)致的檢查，損壞的要及時修復(fù)。為確保鋼筋網(wǎng)的保護層厚度符合要求，在鋼筋網(wǎng)外側(cè)面設(shè)置足夠數(shù)量的定位混凝土塊。該混凝土塊與普通混凝土的方形混凝土塊不一樣，是圓形中空混凝土塊?；炷灵L度10 cm，直徑約14 cm，混凝土塊中間插入一根鋼筋，鋼筋兩端焊接在鋼筋網(wǎng)上，這種圓形中空混凝土塊相對于普通方形砼塊的好處是不會產(chǎn)生挪位現(xiàn)象(圖4)。

圖4 定位混凝土塊的安裝

鋼筋網(wǎng)在施工現(xiàn)場綁扎，以減少吊車挪位。起吊時，采用一臺90 t履帶式吊車做為主吊，另用一臺30 t履帶吊車做輔吊。主吊車起吊時，采用大小兩幅吊鉤起吊，其中主鉤帶雙扁擔(dān)，小吊鉤采用單扁擔(dān)，總計采取六點起吊；輔助吊車采用單吊鉤、雙扁擔(dān)三吊點起吊。主吊車緩緩吊起鋼筋籠的前端，逐步將其從水平吊至垂直狀態(tài)(期間主吊車不挪動)，輔助吊車配合慢慢把底端吊起并慢慢行駛把鋼筋籠底端往前送。當(dāng)鋼筋籠呈垂直狀態(tài)時，撤除輔助吊車，主吊車慢慢轉(zhuǎn)向、挪位，將鋼筋籠移至孔位處，并再次檢測鋼筋籠有沒有變形。如果無變形，待對準(zhǔn)軸線后則徐徐落鉤，將鋼筋籠逐步放入孔內(nèi)。落鉤過程中必須速度均勻，尤其是要避免鋼筋籠和導(dǎo)鉆墻發(fā)生碰撞。鋼筋籠入孔后，如果鋼筋籠中心線和樁軸線稍有偏差，不能直接挪動吊鉤，只能采用撬棍人工緩緩撬動至相應(yīng)位置。當(dāng)鋼筋網(wǎng)下沉至接近設(shè)計高程后，在鋼筋籠上焊接吊筋(該吊筋長度需提前根據(jù)鋼筋網(wǎng)頂標(biāo)高與孔口標(biāo)高確定)，然后用槽鋼貫穿吊筋支承于導(dǎo)鉆墻頂面。會同監(jiān)理工程師進(jìn)行隱蔽工程驗收后，即可立即進(jìn)入灌注水下混凝土施工。灌注水下混凝土前重新復(fù)測孔底沉渣厚度，若孔底沉渣厚度超過200 mm，則重新清孔。起吊過程見圖5。

圖5 鋼筋籠吊裝

3.6 聲測管的安裝

聲測管采用4根50/60 mm和2根102/114 mm的無縫鋼管，長度為29 m(比樁身長1 m)，采用螺紋套絲連接，按照圖紙要求進(jìn)行平面定位，并用箍筋將其綁扎在鋼筋籠上，聲測管上、下兩端用封口套筒封死，安裝好后需進(jìn)行防滲檢測。

3.7 水下砼的灌注

水下混凝土澆筑是壁板樁施工的最后一道工序，也是最關(guān)健的一道工序。如果水下混凝土澆筑不正常，勢必影響整個樁的施工質(zhì)量?；炷僚浜媳刃柰ㄟ^適用性試驗確定，報監(jiān)理、業(yè)主批準(zhǔn)后實施。按摩洛哥當(dāng)?shù)匾?guī)范：混凝土的坍落度(孔口檢驗值)控制在180～220 mm，初凝時間≥4 h，水灰比≤0.55，砂率控制在45 %左右。

采用導(dǎo)管進(jìn)行水下混凝土灌注。導(dǎo)管直徑為320 mm的無縫鋼管，每段長度為2 m，采用絲口套接。絲口處設(shè)置橡膠密封圈，導(dǎo)管端頭設(shè)置一個料斗以便從罐車放入混凝土。采用吊車將導(dǎo)管放入槽內(nèi)，并采用吊車提升導(dǎo)管，導(dǎo)管和料斗采用絲口連接，既穩(wěn)固且便于拆卸。因當(dāng)?shù)匾?guī)范要求碎石最大粒徑不大于鋼筋籠最小網(wǎng)眼的1/4，不大于混凝土保護層的1/2，故采用粒徑為5～20 mm的碎石進(jìn)行混凝土拌制，并在混凝土導(dǎo)管處制作一張鋼筋篩網(wǎng)，過濾掉粒徑不符合要求的骨料。

為保證水下混凝土的灌注質(zhì)量，灌注按下列規(guī)定執(zhí)行：

(1) 在灌注過程中，派專職試驗員對砼的質(zhì)量進(jìn)行控制，檢測混凝土坍落度，不合格的混凝土不得灌注入槽孔。按要求取樣制作混凝土抗壓、抗?jié)B試件。

(2)導(dǎo)管接駁完畢后，將混凝土隔水栓安放在臨近泥漿面的位置，導(dǎo)管底端到孔底的距離控制在0.4 m左右，以便能順利排出混凝土隔水栓。隔水栓則采用預(yù)制混凝土隔水栓。

(3)開始灌注混凝土?xí)r，首批混凝土體積根據(jù)樁徑和導(dǎo)管埋深及導(dǎo)管內(nèi)混凝土的體積而定，現(xiàn)場取值為斗內(nèi)儲備的混凝土量≥1.5 m3，以便當(dāng)混凝土隔水栓被擠出導(dǎo)管后能將導(dǎo)管底端一次性埋入水下混凝土中的深度大于0.8 m，在隔水栓擠出導(dǎo)管的同時，混凝土攪拌運輸車需快速反轉(zhuǎn)，加快出料速度。

(4)加強現(xiàn)場與拌合站和罐車司機的聯(lián)系，確保混凝土的供應(yīng)速度。指定專職技術(shù)人員，每車混凝土澆筑完畢后測量導(dǎo)管埋深，適時提升并拆卸導(dǎo)管，確保混凝土灌注的上升速度>4 m/h、導(dǎo)管底端埋入混凝土面以下2～6 m，防止導(dǎo)管提升過快、漏提或埋管過深拔不出而出現(xiàn)斷樁。填寫水下混凝土灌注記錄表，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)來繪制樁長、樁大小和灌入的混凝土方量的實際變化曲線，并與理論曲線相比較，以判斷壁板樁是否發(fā)生塌孔、縮孔現(xiàn)象，兩者的比值就是每段樁的充盈系數(shù)，要求充盈系數(shù)大于1。如果充盈系數(shù)過大，需通過對多根樁的實際澆注曲線與理論澆注曲線的比較，查找差異的位置、分析差異產(chǎn)生原因，以指導(dǎo)后續(xù)施工。測深時，以探測至混凝土面時手感有石子碰撞重力錘球為準(zhǔn)，否則為砂漿或沉渣。

(5)提升導(dǎo)管時避免碰掛鋼筋網(wǎng)。拆下后的導(dǎo)管要及時清洗。

(6)水下混凝土的灌注要連續(xù)進(jìn)行，不得中斷。一旦發(fā)生機具故障或停電停水以及導(dǎo)管堵塞或進(jìn)水等事故時，立即采取有效措施進(jìn)行處理，以便盡快恢復(fù)灌注混凝土，同時作好記錄備查。

(7)控制最后一次混凝土的灌注量，使混凝土面超過設(shè)計樁頂標(biāo)高0.8～1 m即可。既要避免超出高度不夠樁頭質(zhì)量不高，也要避免過度的浪費混凝土。

3.8 成樁質(zhì)量檢測

需等一個墩位處的12根樁全部完工后才能進(jìn)行壁板樁的開挖。當(dāng)最后施工的一根樁達(dá)到設(shè)計強度后，方可進(jìn)行基坑開挖。挖出壁板樁并清理上面的浮土，用水沖洗干凈后，用墨線彈出各壁板樁的十字中心線，由業(yè)主、監(jiān)理到場進(jìn)行最后的檢測。檢測主要分為聲測試驗、單樁的中心線和設(shè)計軸線的偏差檢測、相鄰樁的平面位置偏差檢測等。檢驗合格后即可進(jìn)入破樁頭、承臺施工工序。

4 結(jié)束語

從上述內(nèi)容來看，壁板樁施工對應(yīng)的設(shè)備都是常規(guī)設(shè)備，但因其相對于圓形灌注樁而言，具有更大的比表面積，能通過樁身摩擦力承受更大的豎向荷載，可以制成適當(dāng)?shù)某叽绮⑦m當(dāng)布置(如H形、Y形、I形)來滿足設(shè)計要求的某個方向的慣性矩及抗彎剛度，提高承受較大水平荷載和彎矩的能力[1]。目前壁板樁在國外已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。文中所述項目是5年前完工的，筆者之所以一直沒有撰寫本論文，就是為了實際檢驗其效果。經(jīng)電話與業(yè)主溝通，目前該大橋運行良好。有鑒于此，筆者建議國內(nèi)設(shè)計院和其他相關(guān)單位在國內(nèi)大量探索、推廣。

[1] 雷國輝，洪鑫，施建勇.壁板樁的研究現(xiàn)狀回顧[J].土木工程學(xué)報, 2005(4):103-110.

[2] 雷國輝，洪鑫，施建勇.矩形壁板樁群樁豎直承載特性的理論分析[J].巖土力學(xué), 2005(4):525-530.

[3] 王飛，王娟，薛曉輝.地下連續(xù)墻施工中的技術(shù)控制措施[J].安徽建筑, 2011(3):65-66.

[4] 史佩棟.實用樁基工程手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.

[5] 向中富.橋梁施工控制技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2001.

[6] 叢藹森.地下連續(xù)墻的設(shè)計施工與應(yīng)用[M].北京：中國水利水電出版社，2000.

曾維強(1984～)，男，大學(xué)本科，工程師，主要從事工程施工管理工作。

U445.55+1

B

[定稿日期]2016-09-08