赵鑫ZHAO Xin

（中交一航局第三工程有限公司，大连116000）

0 引言

近年来，我国的工程发展不再局限于地面上，也逐渐的扩张到了天上地下，地下海下工程也在不断的创新发展。止水咬合桩作为地下工程深基坑的围护结构，是地下工程的根本。在国外有成功成熟的施工经验与施工方法，但在我国的应用时间不长，引入时间短，而且研究也并不是很深入。但为了满足目前地下工程的发展，把止水咬合桩推到了创新发展的重要地位，不断地对止水咬合桩技术进行研究。止水咬合桩是既可以止水又可以兼顾支护的结构形式，在一些工程上得到采用，但由于地质条件的复杂多变，咬合桩成桩的垂直精度难以控制，咬合部位经常出现渗漏现象，并且缓凝混凝土技术不成熟。需要对止水咬合桩不断地探索研究，促进地下工程的发展。

1 工程概述

本工程位于大连市梭鱼湾海域的临海回填区，建成后做为海底隧道工程的沉管预制场地。该回填区地质条件复杂，上层土为杂填土、素填土、粉煤灰等土质，含较多的建筑垃圾和碎石，其余还有煤灰；下层是岩石。

对于临海区域的深基坑工程，基坑止水无疑是一项重要的工程之一。经专家组讨论研究，确定在坞壁覆盖层采用咬合桩止水，在岩基采用帷幕灌浆止水。止水咬合桩分为止水咬合桩和支护兼止水咬合桩。止水咬合桩采用直径1.0m 的荤素两种桩间隔布置，按0.75m 的间距布设，咬合宽度为0.25m，桩底入岩基1.0m。止水咬合桩的断面示意图如图1 所示。

图1 止水咬合桩的断面示意图

支护兼止水咬合桩采用直径0.8m、1.0m、1.2m 三种的荤素两种桩间隔布置，素桩桩底入岩1.0m，根据不同的桩直径，桩底入岩深度相应有2.5m、3.0m、6.0m 三种。素桩采用C20 超缓凝混凝土，坍落度为200±20mm，缓凝时间大于等于60 小时；荤桩采用的是C35 混凝土的钢筋混凝土结构，混凝土的坍落度为200±20mm。支护兼止水咬合桩的断面示意图如图2、图3 和图4 所示。

图2 止水咬合桩直径0.8m 的断面示意图

图3 止水咬合桩直径1.0m 的断面示意图

图4 止水咬合桩直径1.2m 的断面示意图

荤桩采用软咬合工艺，在素桩C20 混凝土浇注完24小时至初凝期间，最多36 小时的时间段，进行荤桩施工，以达到良好的咬合效果。荤桩相较于素桩就是在荤桩中有钢筋笼，而且施工过程的要求比素桩更高。本工程中，止水咬合桩平面总长1564m，支护兼止水咬合桩平面长275m，咬合桩总长1.6 万延米，平均桩长约为6.4m，共计2481 根。

2 工程施工重点难点

2.1 复杂地质条件 在进行整个地下工程时，由于地下的环境是未知的，地质勘探就十分的重要。地质的复杂程度分为简单，中常和复杂区，虽然有简单地质，但并不能保证绝对的简单，是相对程度上的简单。地质的勘察作为整个工程施工的第一步，对后续的施工计划的制定是至关重要的，根据不同复杂程度的地质分析并制定合理的钻孔工艺和整个工程的施工计划，对解决后续出现的疑难点是有用的。

在止水咬合桩的施工工程中，地质条件对钻孔的过程有很大的影响。本工程是在回填区施工进行，地质复杂，上层土为杂填土、素填土、粉煤灰等土质，含较多的建筑垃圾和碎石，其余还有煤灰；下层是岩石。为了保证咬合桩的止水和稳定，桩底要打入岩基，上层的土质不均匀，钻孔是易出现坍塌。在岩石层，钻孔无疑也是一个挑战，岩石是硬度和脆性都很高的物质，且块石、孤石较多，钻孔困难，易发生桩孔偏位、斜孔等问题，影响孔的尺寸。对钻孔工具的要求也就很高，钻孔工具刀具的性能不仅要硬度高于岩石，还要有很强的韧性。钻孔施工易出现缩孔、斜孔、坍孔等问题，尺寸偏差，导致钢筋笼难以下放，增加施工难度，影响工期，对止水和支护效果都会有影响[1]。

除此之外，复杂的地质条件还会影响混凝土的浇注，一旦因为钻孔时孔斜或孔缩都会影响混凝土的浇注，一方面会影响混凝土浇注的进程，从而影响工期，另一方面会影响止水咬合桩的质量。若孔斜，混凝土在浇注会受力不均匀，导致止水咬合桩的稳定性降低，对止水咬合桩的安全质量有较大的影响，而且止水咬合桩是成规模浇注的，一旦一个孔斜，其余的止水咬合桩也会受到相应的影响。缩孔会直接影响止水咬合桩的尺寸，止水咬合桩是一根素桩和一根荤桩相互咬合建造而成，一旦尺寸发生变化，就会降低一荤一素两桩之间的咬合，降低止水咬合桩的工程质量，还会出现渗水现象。

2.2 止水工程 在回填区的上层土质结构中，有一些动植物的残骸经多年有机微生物的反应变化，就有粉煤灰层，煤灰层松散、饱和，受震动后易液化，再加上海水中富含的多种物质，会对岩石的表面有腐蚀的影响，使岩面起伏不平；煤灰松散液化易流走，从而就还会引起溶沟、溶槽、溶洞的出现，导致土质不稳定，易塌陷。在此类地区进行开挖施工时，会有大量水涌入，混成泥浆，施工极其困难。海水由于月球引力的影响，在不同的季节和时间段中，不可避免地发生潮涨潮落，潮汐造成的涌水量是不同的，会增加施工过程的难度，所以在施工时就要把握最佳的施工时间，避免大量的涌水量造成施工不便。

作为止水咬合桩，止水性能无疑是最重要的性能。在止水咬合桩浇注时，浇注的时间和方法把握不正当会出现渗水现象。由于地质条件复杂和钻孔施工控制不当，会使孔垂直发生偏差，从而导致桩与桩之间咬合不完整或根本没发生咬合，产生渗水现象，除了会产生涉水的现象，还会影响止水咬合桩的工程质量，水滴石穿，增加了水和止水咬合桩的接触面积，加快止水咬合桩的腐蚀，而且咬合位置作为节点是整个止水咬合桩结构最薄弱的位置，从而就会降低止水咬合桩的使用年限。另一方面渗水现象也会发生在浇注的过程中，由于混凝土的特性，凝固的时间不均匀，没有把握好最佳的浇注时间，在桩体混凝土浇筑过程中拔管过快，混凝土未完全凝固，泥浆就会运动到止水咬合桩的桩身中，造成成分不均匀，出现孔洞和薄弱部位；或者泥浆碎渣在浇筑过程中由于混凝土压力作用将其从底部带到桩身，而造成桩身局部孔洞而形成渗水，从而影响止水咬合桩整体的性能[2]。

3 应对措施

3.1 钻孔施工过程 复杂的地质条件是无法避免的，想要完全避免复杂地质给钻孔带来的问题困难，除非换施工地点，不然面对复杂的地质条件只有迎难而上。在施工钻孔前就要考察地质环境，前期的考察工作是必不可少的，在划定的范围内，根据工程的要求和内容，合理选择最适合的施工点并制定施工计划和施工内容，并绘制正确的施工图纸，为整个工程的进行提供坚实的基础。

钻孔前防护筒的应用，防护筒作为钻孔下的第一刀，直接确定了孔的各方面尺寸，重中之重还在于孔的垂直度。在防护筒的制造过程中就有很高的要求，要综合地质信息，根据所需防护筒的性能，选取合适的防护筒材料，选取正确的加工过程，保证防护筒的性能满足施工条件。防护筒最重要的组成部分就是筒底的刀具，回填区的下方是岩石，钻孔需要延伸到岩石层，对刀具的性能要求是很高的，既要保证刀具的硬度强度能挖土凿石，又要保证韧性，刀具不易断裂。对于防护筒还要考虑散热和排土，在高强度的施工中，无疑会产生热量，热能增加便会影响机械的性能，影响工作效率。还有多余的土、碎石和石块能够及时地排出，使整个防护筒钻孔的过程能够有序地进行。

3.2 钢筋的选择和下放 混凝土钢筋材料的选择一般都是冷轧钢筋，市面上售卖的混凝土钢筋一般也都是冷轧钢筋，钢筋和混凝土的粘合是好的。对于止水咬合桩的钢筋性能要求就是强度高，耐腐蚀。目前的钢筋性能基本是能够满足这两项性能的。钢筋加工位于钢筋加厂房内，通过折弯、捆绑、焊接等工序，将钢筋制作成钢筋笼，然后运送的施工现场下放到钻孔中，等待后续混凝土的浇注。现在有新型的滚笼机可以直接将钢筋加工成钢筋笼，机械的自动化减少了工序，也缩短了工期。对于钢筋笼的下放，本次工程就是采用新型的滚笼机将钢筋笼整体加工12m 长节段，要根据止水咬合桩的高度制作合适的钢筋笼大小，过大由于重力的影响会使钢筋笼变形，不能保持高标准的垂直度，过小由于海水的浮力会使钢筋笼无法与孔底直接接触，影响桩体多的结构与质量。一些较高的止水咬合桩，为了避免钢筋笼上浮，钢筋笼和孔底、钢筋笼和钢筋笼直接无法直接接触，就可以通过焊接的方法，在钢筋笼的底部使用轻薄板进行焊接，提高其抵抗力，不发生变形，使其能够抵抗管套上浮时产生的力，避免钢筋笼的上浮现象。

3.3 混凝土的选择和浇注 在止水咬合桩在桩体施工的过程中，对于混凝土的选择，应采用混凝土的初凝时间在60 小时以上，来保证荤桩有足够的时间来浇注[3]。在荤桩浇注时，不可避免地会出现一些问题，要有足够的时间思考解决办法，并在基坑桩未凝固前行荤桩的浇注，保证止水咬合桩之间的咬合程度，避免出现结构质量不达标，出现渗水现象。为了使混凝土的凝固时间增加，需要选择适当的缓凝剂添加在混凝土中，延长其初凝时间，保证止水咬合桩之间的咬合能顺利完成。混凝剂按形态区分，分为固体缓凝剂和液体缓凝剂，由于止水咬合桩的体积庞大，需要的混凝土较多，工程量较大，在选择缓凝剂时，应尽量选择液体形式的缓凝剂，避免使用固体缓凝剂如粉剂等，大量的混凝土在搅拌时，若加入粉剂的混凝剂，容易搅拌不均匀，为了保证混凝土间的凝固是均匀的，也不可能少量的混凝土搅拌，只要有间断不连续就会有节点，节点是整体结构性能薄弱的部位，节点多就会影响止水咬合桩整体的性能，从而影响整体混凝土的凝结效果。缓凝剂的使用能够在一定程度上延缓混凝土的凝结时间，合理的掺入量可以有效地延缓混凝土的凝结时间，过多会影响混凝土的性能不达标，过少也会减少混凝土凝固的时间。适当地添加缓凝剂能够降低凝结过程中产生裂缝的可能性，因为混凝土在凝固的过程中有足够的时间进行原子间的扩散，使成分均匀，进而提高混凝土强度和质量。

在混凝土配置的过程中，施工人员应先按照标准的配比进行试验，并根据施工场地的实际情况，考虑到海水和地质等的影响因素，对现有的材料配合比进行合理调整，对适配混凝土进行各项指标的检验，进行各种冲击等检测实验，检测混凝土的性能，混凝土在凝结过程中是否出现渗水和离析的情况，并且强度硬度韧性和初凝时间在标准范围内，反反复复进行实验，最终选取最适合的混凝土原料配比。也并不是试验出的数据是最终数据，在实际现场中也会有各种意想不到的意外影响混凝土结构的性能，能根据多次的试验经验及时地找出最佳的解决办法。在不同适配结果中，选择质量最优的配合比，按照标准的混凝土灌注方式进行施工[3]。止水咬合桩的浇注过程在浇注前，对于钢筋笼要先设置混凝土保护层来保证钢筋笼的强度，并且隔绝钢筋笼与外界的接触，确保在使用年限钢筋笼不被腐蚀。在钻孔的工程中就要预先留出设置保护层的间隙，规划合理尺寸。保护层可以修整咬合桩孔的尺寸，在钻孔时出现的偏差，就可用保护层修补。在浇注过程中严格按照制定的施工工艺标准进行施工，在采买材料的时候也要采买工艺要求的材料，避免出现不达标的材料影响性能，威胁人们的生命财产安全。在混凝土浇注完成后也要进行强度等性能检测试验，为保证后续的施工能顺利有序地进行，不影响到后续的施工，在使用期间，止水咬合桩的性能是能达标的。

4 结语

对于止水咬合桩，在复杂的地质条件下，钻孔、混凝土的浇注技术依然一直都是需要改进完善的，并且地质勘探也是一个极其重要的技术环节，只要技术达标，止水和支护的性能还是十分良好的，得到了很多地下工程的应用。中国地大物博，海洋陆地资源都是十分丰富，地下海下的矿产资源有待发掘，但地质条件也是十分的复杂，对于发掘资源的工程就是特别大的问题。咬合桩工程技术在随着时代的发展而发展，虽然技术较难，但有广阔的发展前景，有很多的技术人员在不断地探究发现，在不久的将来，止水咬合桩的技术也就会更加的专业先进，发展得越来越好。