钢筋混凝土桩基础在水库除险加固中的应用

张 伟

（新疆维吾尔自治区草原畜牧工程勘察规划设计院 新疆 乌鲁木齐 830049）

钢筋混凝土桩基础具有施工简便、速度快、质量有保证和造价低的特点，在国内各地的基础处理工程中应用较广泛，而在新疆水利工程中用于水工建筑物的基础处理基本上没有采用过，红山水库溢洪道泄槽基础采用人工挖孔灌注桩的处理形式，尚数首例。本文就红山水库溢洪道人工挖孔灌注桩的设计及施工作以简单介绍，提供一个水工建筑物基础处理的新思路。

1 工程概况

红山水库位于新疆呼图壁县雀尔沟河上。该水库为中型山区拦河水库，坝高38 m，2000年为了使该水库达到设计防洪标准，在左坝肩二级台地上增设了溢洪道。溢洪道为有闸控制宽顶堰形式，宽5 m，总长223 m，主要由进口段、控制段、泄槽段、消力池段组成，均为钢筋混凝土结构。

溢洪道基础一般均坐落于新鲜泥岩上，但在泄槽首段0+003～0+067有一东西走向隐伏冲沟，与溢洪道呈60°的斜交，冲沟末端位于泄槽东侧高约20 m的二级阶地下。冲沟最大深度22 m，上口宽约64 m，沟内主要为冲洪积碎石土，粒径一般最大不超过5 cm，含水量14.73%，密实度较差，干容重仅为1.47 t/m3，孔隙比0.93，具有高压缩性和湿陷性，压缩系数0.08 MPa，压缩模量 2.3 MPa，湿陷系数0.042，黏聚力8 MPa，摩擦角28°。该土层对建筑物的稳定极不利，为保证泄槽稳定安全运行，泄槽不能直接坐落于该隐伏冲沟上，必须进行基础处理。

2 设计方案选择

初设阶段对该段采用实腹拱横跨隐伏冲沟的形式，将泄槽搁置于拱顶。在施工阶段的地质详勘后，发现冲沟上口宽度较原设计宽，冲沟上游面基岩陡立，实腹拱的上游拱座无法搁置在新鲜基岩面上，并且拱跨较大，因此，进行了方案变更。经过反复推敲和方案论证，决定采用桩基进行处理。

该冲沟深浅不一，最深处22 m，最浅处3 m，如果采用摩擦桩，桩长不一样，桩身周边摩阻力也不一样，每根桩的承载力也不同，因此，不适宜采用摩擦桩，应采用端承桩的形式。泄槽每段长8 m，宽6 m，为矩形断面，整体现浇，采用单桩承重形式。桩基形式可选用钢管桩、混凝土灌注桩，人工挖孔灌注桩。经比较，认为钢管桩及混凝土灌注桩施工中易产生“缩颈”现象，施工质量可靠性差，单桩承载力保证率低，一般适用于群桩。而人工挖孔灌注桩孔径较大，施工质量有保证，且该工程桩长不长，地基土均为冲洪积碎石土，无不良地质情况，无地下水影响，具备人工挖孔的条件，因此，决定采用人工灌注桩的形式。

3 设计要点

由于单桩荷载较大，地基为泥岩，属于软岩，承载力较小，因此，桩距不宜太大。桩基平行于泄槽轴线布置两行，行距5.5 m，排距4 m，每排2根(见图1、图2)，桩顶设钢筋混凝土承台梁，泄槽简支在承台梁上(见图3)。桩基所承受的荷载主要是泄槽混凝土自重及槽内水重，经荷载分析计算，每根桩约承受85 t的荷载。桩身采用C20钢筋混凝土浇筑，经结构计算，桩身最小直径0.4 m，按人工开挖最小施工要求，桩直径取1.0 m。桩底部为泥岩，设计承载力为550 kPa，按此进行桩底压应力复核，桩端直径最小应为1.60 m，因此，桩端采用圆台形式扩底，以提高承载能力。桩身按构造配置钢筋，主筋采用直径22 mm的Ⅱ级钢筋10根，箍筋采用φ8的Ⅰ级钢筋螺旋状布置，主筋上部伸入承台梁内660 mm，桩顶3 m范围内箍筋加密(见图4)。

图1 人工挖孔灌注桩纵剖面图

图2 人工挖孔灌注桩平面图

图3 桩身与承台梁构造图

4 施工工艺

施工工具可采用铁锹、钢钎、风镐挖孔，出土工具采用手摇辘轳和提土桶。施工前先进行三通一平等工作，然后按设计桩位图施放轴线和桩位。挖孔采用间隔开挖，先长桩后短桩，先挖中间桩，后边桩，防止塌孔。

由于该地层为冲洪积碎石土，较松散，易滑塌，为了确保施工过程中的安全，边挖孔边浇筑混凝土护壁（见图5）。对于土质较坚硬稳定性较好的地层，护壁采用素混凝土，土质较差地段护壁内应适当配筋。护壁内径1.0 m，每节护壁均应在当日连续施工完毕，护壁混凝土采用直径3 cm的振动棒振捣密实，护壁模板在24 h之后即可以拆除。孔底应深入新鲜基岩内0.5 m，当孔挖至设计标高时，清理完孔底残渣，验收合格后，立即采用C20细石混凝土封底，防止基底泥岩潮解分化。预先制作好钢筋笼，绑扎钢筋笼时，纵向主筋应放在内侧，横向筋放在外侧，以免妨碍混凝土串筒。桩孔验收合格后,将预先制作好的钢筋笼分段垂直放入孔内。安放时要对准孔位，避免碰撞孔壁，造成孔壁坍塌，就位后立即固定。然后采用串筒浇筑桩身混凝土，防止混凝土离析，混凝土采用插入式振捣器分层振实。

图5 现浇混凝土护壁剖面图

为了保证安全，施工时在孔内设置应急软爬梯，供人员上下井。每日开工前检测井下的有毒有害气体，当桩孔开挖深度超过10 m时，用风泵向井下送风，风量不宜少于25 L/s。对孔内照明定期进行检查，严防漏电。在施工中随时进行桩孔的垂直度和标高的测量，确保施工精度。桩身混凝土浇筑7天后，按总桩数的30%对桩身混凝土采用动测原理进行桩体质量检验，受检的21根桩质量均合格，达到了设计要求。

5 施工中遇到的特殊问题的处理

在进行桩号0+007及0+011处东侧两根桩的开挖过程中,孔深达到11 m时，地层结构发生了变化，下部出现约0.8 m厚的流砂层，含水量较大，呈流塑状，流砂不断涌入孔内，施工无法进行下去，如果不及时处理，很可能会发生塌孔。当时，考虑了许多解决方法，最后该段采用直径1 m，厚0.6 cm，长1.2 m的钢护筒，套在上层混凝土护壁内，先施加压力，切入流砂层内0.4 m，然后将筒内的流砂挖出，再加压力切入下层流砂中，重复多次，直至穿过流砂层。该方法在处理流砂夹层中取得了成功，确保了工程顺利按期完工。

6 工程竣工后的效果评价

整个桩基处理仅用了15天的时间，共计31根桩，桩长总计220 m，日进尺14.67 m，总投资约20万元，较原实腹拱方案节省投资约10万元，既缩短了工期，又节省了投资，工程质量得到了保证。该工程建成投入运行已有两年，泄槽未出现沉降变形现象，说明泄槽底部的桩基受力状况较好，未出现沉降、侧移等现象，施工质量较好，取得了圆满成功。

7 人工挖孔灌注桩经验

人工挖孔灌注桩作为一种传统的成桩施工工艺，具有造价低、施工设备简单、成桩直径大、成桩质量容易保证等特点，同时也存在受地质条件限制，工人劳动强度大、危险性高等缺点。因此，采用该工艺应注意其适用条件，一般在地基土中分布有厚淤泥、地下水位下有厚砂层及粉土层、地层中有腐殖质和有机物煤层等可能存在有毒气体的土层、地下水丰富及孔深超过25 m时，不宜使用人工挖孔灌注桩。对于适宜采用该种地基处理方式的地层，施工前应进行详细的地质勘察工作，认真分析采用该方法的可行性，同时，施工中必须具备可靠的安全保障措施，在地基土土质较差的情况下应采用混凝土护壁，遇到薄层流砂、淤泥时可采用钢套管护壁。

综合上述情况，施工前只要认真进行地质勘察，充分论证人工挖孔灌注桩施工的可行性，施工中注意安全，严格按照施工程序进行，局部遇到不良地质情况时，多借鉴已有施工经验，该地基处理方法就会发挥出其不可磨灭的优越性，取得显著的工程效益。