李志東

（中交二公局萌興工程有限公司，陜西西安 710119）

0 引言

我國地下工程專家王振信教授在國外考察時(shí)發(fā)現(xiàn)并引入咬合樁技術(shù)，最早在國內(nèi)應(yīng)用于深圳地鐵區(qū)間隧道的基坑支護(hù)工程，后在南京、上海等城市得以成功應(yīng)用。經(jīng)過二十余年的工程實(shí)踐驗(yàn)證，咬合樁技術(shù)具有良好的防滲作用。目前，該技術(shù)主要有三種類型，分別是鋼筋混凝土樁與素混凝土樁咬合、鋼筋混凝土樁與水泥砂樁咬合、鋼筋混凝土樁與鋼筋混凝土樁之間咬合，都具有樁體質(zhì)量好、精度高、工程造價(jià)低、施工進(jìn)度快、對(duì)周邊建筑物影響小等優(yōu)點(diǎn)，尤其適合條件惡劣的地層，如流砂、地下水豐富等不良地層。

1 案例背景

山東省臨沂市中心城區(qū)濱河大道提升改造工程（一期）西起蒙山大道東側(cè)，東至三河口隧道西側(cè)，全長為4.64km。主要施工內(nèi)容是對(duì)已經(jīng)建成十年的濱河大道進(jìn)行全方位的提升改造，將現(xiàn)有4 車道改造為6 車道的城市快速路。項(xiàng)目建設(shè)對(duì)于改善交通環(huán)境、改善區(qū)域路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、加快現(xiàn)代化城市建設(shè)、提升城市品位具有十分重要的意義，是臨沂中心城區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施和重點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃中的市級(jí)重點(diǎn)工程[1]。

沂蒙“路改橋”工程位于沂蒙路與祊河路相交處（見圖1），祊河路下穿沂蒙路立交向北側(cè)拓寬，其中南半幅利用現(xiàn)狀沂蒙路主線橋梁，北半幅下穿沂蒙路主線對(duì)現(xiàn)狀路基進(jìn)行改造，橋梁跨徑為40.62～53.46m，橋梁寬度約為65.68～81.31m。下部結(jié)構(gòu)采用“排樁+蓋梁”結(jié)構(gòu)形式，基礎(chǔ)采用直徑為1000mm、間距為800mm、咬合度為200mm 的鋼筋混凝土（普通C35）和素混凝土（超緩凝C35）咬合樁。

圖1 “路改橋”工程鳥瞰圖

2 咬合樁技術(shù)

咬合樁采用全套管旋挖式鉆機(jī)“軟切割”施工工藝，按照先打素混凝土樁、后打鋼筋混凝土樁的順序依次進(jìn)行相鄰咬合樁施工。鋼筋混凝土樁與素混凝土樁相互咬合，通過切割部分素混凝土樁體成孔灌注而成整體樁墻，使之在混凝土樁初凝前形成，施工流程為A1A2—B1A3—B2A4—B3A5……，如此類推（見圖2）。

圖2 咬合樁施工流程示意圖

2.1 超緩凝混凝土配合比設(shè)計(jì)

為了解決咬合樁后序樁施工中套管切割前序樁混凝土的技術(shù)難點(diǎn)，減緩混凝土在硬化過程中的初凝時(shí)間和水化熱等問題，在橋梁排樁施工中應(yīng)用超緩凝混凝土施工技術(shù)。聘請(qǐng)1 名教授級(jí)高工和3 名博士研究生共同探索研究，其均長期從事混凝土化學(xué)外加劑的制備和機(jī)理研究，熟悉混凝土化學(xué)外加劑的合成和混凝土的制備，在混凝土化學(xué)外加劑的制備方面具有較高的研究水平和較強(qiáng)的研究能力[2]。

2.1.1 設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)要求

超緩凝混凝土配合比設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)文件、施工現(xiàn)場實(shí)際情況，提出以下技術(shù)參數(shù)要求。

（1）混凝土初凝時(shí)間≥60h。

（2）混凝土終凝時(shí)間≤120h，且初終凝差＜20h。

（3）混凝土3d 強(qiáng)度值不大于3MPa。

（4）符合設(shè)計(jì)強(qiáng)度的混凝土28d 強(qiáng)度值。

（5）混凝土坍落度=180±20mm。

2.1.2 配合比設(shè)計(jì)

經(jīng)過調(diào)查分析，3d 超緩凝混凝土在2～3MPa 區(qū)間的強(qiáng)度較為適宜，但部分商品混凝土公司對(duì)28d 強(qiáng)度關(guān)注較多，對(duì)前期3d 強(qiáng)度關(guān)注較少。該工程通過對(duì)無機(jī)和有機(jī)材料進(jìn)行改良型緩凝外加劑的相互混合和調(diào)配，在滿足相應(yīng)強(qiáng)度要求的同時(shí)，解決了現(xiàn)有緩凝劑在應(yīng)用過程中與膠凝材料和其他化學(xué)外加劑的相容性問題，提高了其適應(yīng)性[3]。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，調(diào)整制備新型超緩凝劑的分子結(jié)構(gòu)，從而確定新型超緩凝劑、聚羧酸減水劑和礦物摻和料的摻量范圍，形成超緩凝混凝土成套制備技術(shù)，同時(shí)保證混凝土的凝結(jié)時(shí)間和工作性能[4]。

2.2 咬合切割工藝比選

咬合切割分為軟切割和硬切割。軟切割具有成樁剛度大、止水效果好、施工成本低、對(duì)環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，但在跳樁施工過程中，不可避免地存在兩邊素樁施工時(shí)間差、強(qiáng)度不一致，施工過程中更容易出現(xiàn)影響樁身質(zhì)量的“沖孔流”“管涌”等現(xiàn)象。硬切割可以將同類型的樁排成一排，減少了旋挖機(jī)來回走動(dòng)的次數(shù)，提高了設(shè)備的利用率，但在硬切割過程中，樁身強(qiáng)度和周圍土體強(qiáng)度差異較大，嚴(yán)重影響樁身垂直度，且泥漿護(hù)壁易在咬合部位出現(xiàn)泥漿夾層，嚴(yán)重影響樁墻的整體性及防滲效果。而采用全套管旋挖式鉆機(jī)施工，既保留了軟切割的優(yōu)點(diǎn)，避免了樁成孔過程中出現(xiàn)樁混凝土“竄孔”或“早凝”現(xiàn)象，又可防止水和泥土進(jìn)入混凝土中，保證了樁身質(zhì)量，節(jié)約了泥漿制備和廢漿處理成本，有利于文明施工[5]。

2.3 分析影響咬合樁施工質(zhì)量的因素

通過對(duì)9 根試樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)和鉆芯法試驗(yàn)，對(duì)所采集的數(shù)據(jù)結(jié)合施工過程記錄進(jìn)行對(duì)比分析，統(tǒng)計(jì)出影響咬合樁施工質(zhì)量的因素，如表1 所示。

表1 影響咬合樁施工質(zhì)量因素統(tǒng)計(jì)表

通過對(duì)不合格點(diǎn)的分布情況進(jìn)行分析，樁身垂直度不合格的情況多發(fā)生在葷樁部位，樁位偏差、樁身咬合度不合格情況也基本集中在樁身垂直度偏差較大的樁位上；抗壓強(qiáng)度在問題樁處數(shù)值也明顯偏低。試驗(yàn)結(jié)論：樁身垂直度直接或間接影響樁位偏差、咬合度及混凝土抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)[6]。

2.4 葷素咬合樁關(guān)鍵技術(shù)

2.4.1 孔口定位誤差的控制

在咬合樁頂面以上設(shè)置條形混凝土導(dǎo)墻（見圖3），試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，條形混凝土導(dǎo)墻能夠有效地限制排樁縱橋向的偏位，但不能很好地控制橫橋向偏位。采用樁孔式導(dǎo)墻優(yōu)化后（見圖4），定位孔設(shè)置在上部，其直徑應(yīng)大于20mm。在定位孔內(nèi)插入第一節(jié)套筒，進(jìn)行檢查調(diào)整，使套筒與定位孔周圍的空隙保持均勻。

圖3 咬合樁條形導(dǎo)墻示意圖

圖4 咬合樁樁孔式導(dǎo)墻示意圖

2.4.2 樁身垂直度的控制

葷樁在鉆入成孔的過程中，鉆頭往往偏向一側(cè)，造成咬合樁下部“開叉”，且在端樁處特別突出（見圖5）。分析其原因是相鄰兩根素樁的超灌高度及施工強(qiáng)度不同，造成地層軟硬不均，導(dǎo)致咬合樁下部“開叉”[7]。

圖5 咬合樁下部“開叉”示意圖

綜上所述，主要從混凝土的緩凝時(shí)間、成孔工藝控制方法等方面進(jìn)行以下施工調(diào)整。

（1）素樁混凝土緩凝時(shí)間控制

影響樁咬合的關(guān)鍵是素樁混凝土緩凝時(shí)間，應(yīng)根據(jù)單樁成樁時(shí)間確定超緩凝混凝土的緩凝時(shí)間，需測定單樁成樁所需時(shí)間t 后，按公式計(jì)算混凝土緩凝時(shí)間T：

式（1）中：K 為儲(chǔ)備時(shí)間，一般取1.5t；t 為單樁成樁時(shí)間。

超緩凝混凝土凝結(jié)時(shí)間一般定為3d 較為適宜，即72h 初凝，主要是考慮設(shè)備最大故障需要的最短修復(fù)時(shí)間。

延長混凝土緩凝時(shí)間通?？梢酝ㄟ^三種方式實(shí)現(xiàn)：一是選用緩凝時(shí)間相對(duì)較長的水泥進(jìn)行初終凝；二是加大摻和料特別是粉煤灰的用量；三是添加緩凝劑。前兩種方式對(duì)于延長混凝土凝結(jié)時(shí)間效果不明顯，第三種方式可以成倍延長混凝土凝結(jié)時(shí)間[8]。

（2）咬合樁垂直度檢驗(yàn)及控制

咬合樁施工前對(duì)鋼套管的垂直度進(jìn)行檢查和校正，確保整根套管的垂直度偏差不大于10mm，按樁長配置所有套管并進(jìn)行連接。垂直度測量方法：在地面上畫出凈距為1200mm 且相互平行的兩條直線，在兩條直線之間放置套筒，然后用線墜和直尺進(jìn)行測量。

如果垂直度超出設(shè)計(jì)值，則根據(jù)具體情況采取以下措施：一是套管入土不足5m 或垂直度偏差不大時(shí)，套管垂直度可直接用鉆機(jī)的推拉油缸進(jìn)行調(diào)整；二是套管入土超過5m 或垂直度偏差較大時(shí)，可先利用鉆機(jī)油缸直接進(jìn)行調(diào)整，如果達(dá)不到要求，則一邊拔起套管一邊向套管內(nèi)填入砂或黏土，至上一次檢查合格的位置后，再將套管調(diào)直，檢查垂直度合格后，將套管再次下壓。

3 結(jié)語

咬合樁采用全套管旋挖式鉆機(jī)“軟切割”施工工藝，在緩凝前將樁與樁咬合成一體，終凝后防滲能力強(qiáng)，能有效防止管涌現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)也能很好地達(dá)到支護(hù)、承重的效果，適用于城市立體交叉道路的工程施工。該工程的實(shí)踐也證明，盡管在施工過程中咬合樁可能出現(xiàn)一些特殊情況，但只要在設(shè)計(jì)時(shí)加以全面考慮，加強(qiáng)對(duì)施工過程中關(guān)鍵環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，應(yīng)用鉆孔咬合樁技術(shù)進(jìn)行施工便可以取得理想的效果。