樁基與空箱結構一體化圍堰施工技術及應用

張雪冰

(安徽水安建設集團股份有限公司，安徽 合肥 230601)

水利工程圍堰施工往往面臨復雜的地形、地質條件，同時還受到場地、水位變化等因素的約束。傳統的重力式圍堰為保證其穩定性需要足夠的寬度和深度，這種圍堰很難在受限狹窄場地中施工建造。并且在深水區域內施工為保持水中穩定性需增大拋投塊體的直徑和質量，增加了施工的成本和難度。在此工況下，雙排樁圍堰的樁長往往也不足以達到要求的止水效果和穩定性。因此傳統擋水圍堰在受限空間和水位大幅變化時很難取得理想的擋水效果。為應對類似情形，需對傳統圍堰進行改造[1-2]。學者們利用長螺旋鉆孔灌注樁、高壓旋噴樁、防滲墻與土圍堰相結合的多種止水帷幕施工方法對土石圍堰相關防滲和止水問題進行了大量探索。為許多工程土石圍堰汛期擋水問題提供了借鑒。在圍堰滲流方面，水位驟升驟降[3-5]條件下，王旭東等[6]采取施工圍堰綜合防滲措施設計，在圍堰及堰基內采用高壓旋噴咬合樁截滲墻止水帷幕，成功解決了高水位條件下的防滲難題。以上學者均對傳統的擋水圍堰進行了改良和優化，通過灌注樁、高壓旋噴樁等綜合措施來加固圍堰和提升防滲效果。本文在上述方法的基礎上，通過工程實踐提出了一種雙排灌注樁和樁間增設旋噴樁與地下連續墻組合形成的多重防滲體系，既解決了圍堰下部防滲問題又保證了圍堰上部空箱結構的承載問題，同時灌注樁作為空箱結構的基礎與空箱結構連成整體，形成一體化擋水圍堰，確保了圍堰在不同水位情況下的安全運行。

1 樁基與空箱結構一體化擋水圍堰技術

1.1 圍堰結構與作用

樁基與空箱結構一體化擋水圍堰的平面和剖面布置見圖1，圍堰由雙排樁結構和空箱結構組成，圍堰頂高程為31.9m，頂寬為10m。雙排樁結構下部由2排φ1.6m鉆孔灌注樁和1.4m厚鋼筋混凝土承臺板組成，上部由2排立墻、立墻間填料、防撞欄及路面結構組成。在灌注樁之間設置φ800高壓旋噴樁，形成止水的加固體。雙排樁結構與主壩銜接處采用空箱結構，以減少對主壩的開挖破壞，空箱下防滲采用素混凝土防滲墻，厚度為600mm，進入較好隔水層深度不小于2m。路面結構自上而下分別為220mm厚C30素混凝土路面、200mm厚6%水泥穩定碎石基層和200mm厚碎石墊層。

圖1 一體化擋水圍堰布置

一體化擋水圍堰利用雙排灌注樁和樁間增設旋噴樁與地下連續墻組合形成多重防滲體系，通過雙排灌注樁的剛度和高壓旋噴樁的止水加固作用，提升了圍堰的承載能力和防滲效果；地下連續墻延長滲徑可確保圍堰的抗滲穩定性；鋼筋混凝土空箱結構可彌補傳統圍堰剛性不足的問題。

1.2 技術特點與適用范圍

該技術在圍堰上部采用鋼筋混凝土空箱結構，解決了受限空間條件下傳統圍堰施工不便以及高水頭壓力作用下圍堰剛性不足的問題。另外，雙排灌注樁剛度大，承載效果好，采用高壓旋噴樁形成止水加固體可同時起到承載與防滲作用。雙排灌注樁排間增設地下連續墻延長了滲徑，保證了圍堰抗滲穩定性。

該技術適用于空間受限條件下，地下水豐富且利用灌注樁作為深基坑垂直開挖支護的工程。對水位大幅變化，圍堰堰體剛性要求較高的工程也可適用。

1.3 技術優勢及效果

工程應用表明，該技術具有以下優勢：

a.防滲效果顯著。一體化擋水圍堰通過將雙排灌注樁與高壓旋噴樁、地下連續墻相結合，形成了一種一體化擋水圍堰。這種復合式結構可以有效阻斷滲流，防滲效果明顯。

b.結構穩定性高。一體化擋水圍堰結合了雙排灌注樁的剛度和高壓旋噴樁的強大承載效果，圍堰具有較高的穩定性。同時，圍堰下部地下連續墻的設置還增加了滲徑，進一步提升了滲透穩定性。

c.適用范圍廣泛。該一體化擋水圍堰適用于在受限空間條件下，無法采用傳統圍堰施工的情況，尤其是在地下水豐富、高低水位交替變化較大的工程中，或對圍堰的穩定性和防滲性能要求較高時，展現出顯著的優勢。

d.施工效率高。該一體化擋水圍堰將不同施工工藝有機融合，采用先施工鉆孔灌注樁，再施工地連墻，最后施工高壓旋噴樁的合理施工順序，大幅度提高了施工效率。

e.經濟效益顯著。相對于傳統的單一咬合樁施工方法，該一體化擋水圍堰可顯著降低工程造價。

1.4 技術應用的必要性

在面對高低水位頻繁變化等復雜工況時，防滲墻作為該全封閉一體化組合防滲體系中第一道屏障，可使基坑臨航道側滲流由直接穿過防滲墻與灌注樁結合面間隙，變為繞過防滲墻再穿過搭接區域，既增加了滲徑，保障了滲流的穩定性，又解決了傳統雙排樁受動載作用產生滲水縫隙的問題，避免因滲徑過短、透水縫隙過大而出現透水流量過大情況。并且，雙排樁內部防滲墻頂部高程低于上部混凝土結構物底部高程，不作為綜合防滲體系的受力體系，以避免受到上部動靜荷載產生裂縫破壞，影響防滲效果。雙排樁作為第二道屏障，具有一定的防滲功能，可有效減小中間混凝土防滲墻承受的水頭差，防止其產生滲透破壞。第三道屏障即在搭接區域采用高壓旋噴注漿進行土體固結，增加了搭接區域即高壓旋噴固結區的抗滲穩定性。

2 施工工藝流程及操作要點

2.1 施工工藝流程

樁基與空箱結構一體化擋水圍堰施工工藝流程見圖2，主要流程包括施工準備、雙排灌注樁施工、地下連續墻施工、樁間旋噴樁施工和空箱結構施工五個步驟。

圖2 施工工藝流程

2.2 施工操作要點

2.2.1 施工準備

在施工區域進行場地平整，修筑施工平臺，面積要滿足機械周轉需要，場地要堅實，無塌陷。根據工程特點、地質條件情況、工程量大小，結合工期，合理制定并優化施工方案。

2.2.2 雙排灌注樁施工

a.測量人員根據設計圖紙使用全站儀精確放樣樁位，并打入明顯標記，孔位中心點經測量放樣確定后，以孔位中心點為交點設定十字形保護樁以便進行校核。

b.進行鋼護筒埋設(見圖3)，鋼護筒埋設工作是旋挖鉆機施工的開端，鋼護筒平面位置與垂直度應準確，鋼護筒周圍和護筒底腳應緊密，不透水。護筒要高出施工平臺300mm，護筒周圍要擠密夯實以防松動。

圖3 鋼護筒的埋設施工

c.鉆進、成孔檢測。鉆機就位時，要事先檢查鉆機的性能狀態是否良好，進行鉆機施工前的調試，檢查在回轉半徑范圍內是否有障礙物影響回轉，鉆孔分兩序進行，鉆進過程中根據機械儀表檢測成孔質量是否滿足設計要求。鉆孔達到設計標高后，對孔徑、孔深、傾斜度等進行檢測，檢測合格后及時進行清孔。

d.鋼筋籠下放。鋼筋籠在鋼筋廠內分節制作完成后，宜采用吊車、平板車輔以人工運輸至樁基現場。下放鋼筋籠時對準孔位輕放、慢放，由專人引導并居于孔中心，緩慢下至設計深度(見圖4)，避免鋼筋籠卡住或碰撞孔壁。將鋼筋籠子固定后，再次取樣測定泥漿比重，合格后方可進行下道工序。

圖4 鋼筋籠的下放

e.混凝土澆筑?；炷翝仓?，需進行導管下設，導管在使用前應進行水密試驗，合格后方可使用。導管安裝完畢后，經測深、檢查孔徑及沉淀物均符合要求后，即進行水下混凝土灌注。首盤混凝土灌注量依據孔深、孔徑和導管內徑計算得出，灌注必須連續進行，不得中斷，導管第一次埋入混凝土灌注面以下深度不應小于1m；提升導管時，不能搖動，要維持孔內靜水狀態，要保證導管底部埋入混凝土2～6m，混凝土澆筑面上升速度不小于2m/h。灌注樁澆筑時應高出設計0.5～1m。

2.2.3 地下連續墻施工

a.導墻修筑。導墻采用鋼筋混凝土結構，導墻凈寬比地下連續墻厚度多40mm，采用機械挖土和人工修整相結合的方法開挖導墻溝槽，挖土標高由人工修整控制，嚴禁超挖。導墻施工完成后，按規范要求劃分槽段，將槽段連續編號，并分為兩序，奇數序號為I序，偶數序號為Ⅱ序。

b.地下連續墻成槽施工。依照預先設定的成槽順序進行施工，先施工I序槽，再施工Ⅱ序槽，跳槽分段作業，采用液壓抓斗“三抓法”成槽。

c.混凝土澆筑，開挖至設計標高后，及時檢查槽深、槽寬和垂直度、漿液性能，合格后方可進行混凝土澆筑?；炷翝仓?，先在導管內注入適量的水泥砂漿，并準備好足夠數量的混凝土，以使導管中的球塞被擠出后，能將導管底部埋入混凝土內，混凝土連續澆筑，槽孔內混凝土面上升速度不小于2m/h，并連續上升至設計高程頂面。

2.2.4 樁間旋噴樁施工

a.根據基線控制點和高程點、樁位平面圖及現場基準水準點，使用GPS進行樁位放樣，并打入明顯標記，樁位放樣應確保準確無誤，定位精度在50mm以內。

b.鉆機造孔。采用地質鉆機進行鉆孔施工，鉆孔孔徑大于噴射管外徑20mm，鉆孔前需要校核鉆桿垂直度，利用鉛錘吊線的方法檢查鉆桿是否垂直，要求垂直度偏差不超過1%。鉆孔分兩序進行，鉆孔有效深度應超過設計深度0.3m。

c.制漿、噴射。采用42.5級普通硅酸鹽水泥，高速攪拌機攪拌時間不小于30s，普通攪拌機攪拌時間不小于3min。漿液在使用前應過篩，從制備至用完的時間宜小于4h，在儲漿桶內安裝低速攪拌軸攪拌，防止水泥漿沉淀。高壓旋噴下噴射管前先進行地面試噴，檢查機械及管路運行情況，并調準噴射方向和旋轉方向。噴射作業完成后，應利用回漿或水泥漿及時回灌，直至孔口漿面不再下降為止。

2.2.5 空箱結構施工

a.雙排灌注樁樁頭破除、空箱底板施工前，樁檢合格后需將雙排樁樁頭破除，將樁頭鋼筋與空箱底板鋼筋連為一體(見圖5)，灌注樁上接空箱結構形成一體化圍堰。

圖5 空箱底板鋼筋的鋪設

b.模板與鋼筋安裝。底板外?？刹捎?500mm×1200mm鋼平模，內模采用600mm×600mm標準倒角模板，鋼模面板厚4mm?？障鋲ι?，外模采用3000mm×2100mm鋼平模，內模主要采用1500mm×750mm鋼平模，鋼模面板厚4mm。鋼筋在內場加工成型，現場綁扎定位，上、下層鋼筋片間用工字形鋼筋支撐，支撐與上、下層鋼筋網片點焊，以確保網片之間的尺寸。下層鋼筋網片墊混凝土墊塊，墊塊強度不低于底板混凝土，支撐間距不應大于1.5m。為加快施工進度，直徑16mm以下的鋼筋采用搭接，直徑25mm、28mm鋼筋采用直螺紋連接，其他需要焊接的鋼筋可現場焊接。

c.止水帶及預埋件安裝。施工人員嚴格按測量放點進行止水帶安裝，止水帶安裝與模板支立同時進行。在混凝土澆筑過程中設專人看護止水帶，保證止水帶在混凝土澆筑過程中不變形，不損壞，對施工過程中暴露在外面的止水帶用木盒進行保護。預埋件加工嚴格按各澆筑分塊或分段的預埋件要求進行加工，預埋件安裝時采取必要的架立措施，保證預埋件固定牢靠，在混凝土澆筑過程中設專人看護預埋件。

d.混凝土澆筑與養護?？障浣Y構分三次澆筑成型，第一次澆筑底板和立墻倒角，第二次澆筑空箱墻身，第三次澆筑圍堰空箱頂板和剩余墻身?；炷翝仓捎秒A梯澆筑法，嚴格分層，層厚30cm，條寬4m?；炷翝仓戤吅?2～18h內開始采用噴淋法養護至規定時間，養護期間用土工布覆蓋保濕。

3 應用實例與效果分析

3.1 工程概況

淮河航道臨淮崗復線船閘，位于安徽省六安市霍邱縣臨淮崗鄉?；春雍降琅R淮崗復線船閘施工圍堰體系包括退建城西湖蓄洪堤圍堰、上游全年圍堰、下游全年縱向圍堰、下游全年橫向圍堰、下游枯水圍堰。

上、下游全年圍堰及主基坑帷幕系統構成了主基坑支護及止水體系。上游全年圍堰頂寬4～8m，下游全年圍堰頂寬10m，圍堰體系中除下游縱向圍堰外，其余圍堰均為土圍堰。該工程圍堰施工導流特征值見表1。

表1 施工導流圍堰特征值

該工程下游左岸縱向全年圍堰為空箱圍堰(即一體化圍堰)，施工期間兼有基坑開挖防滲與縣道交通導流雙重作用，后期兼有一線船閘與復線船閘分隔堤的作用，下游左岸縱向全年圍堰剖面見圖6。該圍堰為永臨結合結構，工程竣工后下游縱向圍堰保留，作為一線船閘和復線船閘之間的隔流墻。

圖6 左岸縱向全年圍堰布置剖面(尺寸單位：mm)

3.2 社會與環保效益

圖7為一體化擋水圍堰在臨淮崗復線船閘的施工過程，該技術施工工業化程度高，工藝先進，工效高，加快了施工進度，縮短了施工工期。按照合理的順序進行流水施工，避免了機械設備反復移動或拆除樁基，便于土方開挖、減少施工便道修筑，節約了成本。同時，灌注樁結合高壓旋噴樁與地下連續墻組合的下部圍堰結構所需空間較小，不需要大開挖，對周圍建筑物的安全及使用的影響較小。本工法充分利用三種基礎處理方式的不同性能以及施工的先后順序，加快了施工進度，縮短了施工時間，降低了施工對周邊環境的影響程度，具有較高的社會效益和環保效益。

圖7 一體化擋水圍堰應用于臨淮崗復線船閘

3.3 經濟效益分析

空箱圍堰下部采用灌注樁結合高壓旋噴與混凝土防滲墻的防滲與承載體系，較傳統單一的咬合樁在施工進度、防滲可靠性、施工安全性上有明顯優勢。依次進行鉆孔灌注樁、混凝土防滲墻、高壓旋噴樁的施工，在有限的施工作業面上，實現了灌注樁、混凝土防滲墻、高壓旋噴樁流水作業，加快了施工進度，提高了施工工效，降低了施工總成本。該工程若采用傳統咬合樁需20.7m素樁134根，23m素樁12根，共計素樁長3049.8m，所需費用為3049.8m×2756.08元/m=840.55萬元。與傳統咬合樁的施工方法相比，淮河航道臨淮崗復線船閘工程采用該一體化擋水圍堰施工后，需高壓旋噴樁深度3185.7m，費用為3185.7m×402.78元/m=128.31萬元；導梁144.6m，費用為144.6m×2152.07元/m=31.12萬元；混凝土防滲墻144.6m所需混凝土量1252.8m3，費用為1252.8m3×1939.97元/m3=243.03萬元；共計費用402.54萬元，其經濟效益對比分析見圖8。

圖8 經濟效益對比分析

對比兩種施工方法可以發現，采用該一體化擋水圍堰施工與單一咬合樁圍堰施工相比可節約工程造價約438.01萬元。

4 結 論

a.在空間受限、水位大幅變化等復雜條件下需要采用穩定性高、防滲能力強的樁基與空箱結構一體化的擋水圍堰施工方法。通過將雙排灌注樁、高壓旋噴樁和地下連續墻等多種施工工藝相融合，形成了一體化的防滲與承載體系，再結合鋼筋混凝土空箱結構，有效地克服了傳統圍堰施工方法的局限性。

b.采用一體化擋水圍堰施工主要包括施工準備、雙排灌注樁施工、地下連續墻施工、樁間旋噴樁施工和空箱結構施工五個施工步驟。

c.一體化擋水圍堰在淮河航道臨淮崗復線船閘施工中得到了成功應用，其效果表明該技術不僅達到了防滲加固的要求，發揮了應有的工程效益，也具有較好的社會效益、經濟效益，值得類似工程使用推廣。