高壓旋噴樁在土石壩除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用

任文峰

(華城建設(shè)集團(tuán)有限公司，福建 泉州 362011)

1 工程概況

某水庫(kù)為小(2)型水庫(kù)，位于福建省南部剝蝕丘陵地區(qū)，水庫(kù)規(guī)劃為灌溉水庫(kù)，現(xiàn)作水產(chǎn)養(yǎng)殖，由于下游無(wú)居民區(qū)，水庫(kù)不作防洪功能。大壩為重力壩，填筑土為周邊開挖的殘積黏性土碾壓而成，壩基為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。壩坡為3級(jí)緩坡，破底構(gòu)筑埋石排水棱體，上游坡原為干砌塊石，經(jīng)加固為水泥砂漿勾縫。水庫(kù)最大壩高17.5m，水庫(kù)總庫(kù)容10.89萬(wàn)m3。

根據(jù)例行的大壩安全鑒定，大壩安全綜合評(píng)價(jià)中，滲流安全評(píng)價(jià)為C等級(jí)，不滿足現(xiàn)行規(guī)范的防滲要求，經(jīng)過(guò)組織專家進(jìn)行論證，最終將水庫(kù)評(píng)定為三類壩，水庫(kù)納入水利部門應(yīng)急除險(xiǎn)計(jì)劃。

2 除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案

本次著重需要對(duì)壩體穩(wěn)定性和抗?jié)B性進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。壩體滲流穩(wěn)定復(fù)核中，土的滲透允許坡降可參考下式計(jì)算。

(1)

式中：γs為土粒密度；γw為水密度；n為土的孔隙率(n=0.447)；KB為流土安全系數(shù)(KB=1.5)。

經(jīng)過(guò)滲流理論計(jì)算，J允許=0.63，壩體各工況出逸水力比降J

大壩防滲加固的主要設(shè)計(jì)如下：在壩頂樁號(hào)B0+000-B0+075.35沿壩軸線布設(shè)鉆孔，旋噴樁頂高程為595.3m，底部進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖0.5m。間距0.4-0.5m(樁號(hào)0+000-B0+009.5及樁號(hào)B0+064-B0+075.35，間距為0.5m，共46孔，鉆孔總進(jìn)尺653.58m，灌漿長(zhǎng)度349.8m；樁號(hào)B0+009.5-B0+064，間距為0.4m，共131孔)分兩序施工。共鉆孔177孔，鉆孔總進(jìn)尺2033.48m，成樁總長(zhǎng)1891.88m，設(shè)計(jì)橫斷面和縱斷面分別如圖1和圖2所示。

圖1 水庫(kù)大壩高壓旋噴樁防滲加固橫斷面圖

圖2 水庫(kù)大壩高壓旋噴樁防滲加固縱斷面圖

3 固施工方法

3.1 施工參數(shù)確定

施工參數(shù)控制著施工的質(zhì)量，關(guān)鍵的施工參數(shù)是保證工程安全、有序、高質(zhì)量實(shí)施的要素，并能夠給設(shè)計(jì)、工程造價(jià)等分項(xiàng)提供重要依據(jù)。高壓旋噴樁的施工參數(shù)主要是根據(jù)數(shù)值計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)以及技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的，內(nèi)容主要是：旋噴混凝土漿體的注漿壓力、注漿口孔徑和形狀、噴口數(shù)量、注漿管旋轉(zhuǎn)速度和豎向提升速度等。工程中，填筑土為殘積黏性土，含水量20%-30%，根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)、試樁結(jié)果，主要施工參數(shù)為注漿管豎向提升速度0.2-0.5m/min、噴射口3個(gè)、旋轉(zhuǎn)速度18-25r/min、注漿壓力22-25MPa。樁體強(qiáng)度與注漿管提升速度成反比，樁徑與注漿壓力成正比[1]。

3.2 施工準(zhǔn)備

為準(zhǔn)確確定各類加固參數(shù)，在土石壩除險(xiǎn)加固前應(yīng)詳盡了解本項(xiàng)目的地形、土體和水文地質(zhì)狀況，工程區(qū)域范圍內(nèi)不良地質(zhì)條件、裂隙、破碎帶、斷層等現(xiàn)象。在滲漏部位開展鉆孔勘察或者物探勘察，查明大壩內(nèi)部土質(zhì)均勻性及密實(shí)度、空洞、地下水位和地下水含量和基巖構(gòu)造情況等，以便為其設(shè)計(jì)與施工提供基礎(chǔ)資料。并且要做出嚴(yán)格的注壓水試驗(yàn)，為除險(xiǎn)加固提供精準(zhǔn)資料[2]。

3.3 選噴設(shè)備及材料

主要用到的設(shè)備是：水泵、發(fā)電機(jī)、供漿設(shè)備、高壓旋噴機(jī)等，道路交通良好的條件下可才用商品混凝土，道路交通較差的條件下宜采用攪拌機(jī)，特別條件采用人工攪拌。

注漿材料采用425號(hào)的硅酸鹽水泥，添加粉煤灰提高高壓旋噴樁的抗?jié)B系數(shù)，骨料采用河沙，并適當(dāng)添加外加劑。高壓旋噴樁主要作用是在壩體形成一堵防滲墻，起到上下游隔水的作用，因此樁體完整性、抗?jié)B性能是工程質(zhì)量控制的關(guān)鍵。原材料的質(zhì)量控制要求嚴(yán)格，需要定期進(jìn)行安全檢查和質(zhì)量試驗(yàn)[3]。

3.4 工藝流程

高壓旋噴注漿法的施工工藝流程，如圖3所示，主要包括以下幾個(gè)步驟：

圖3 高壓旋噴樁加固壩體施工工藝流程

1)鉆機(jī)就位：

鉆機(jī)平穩(wěn)放置并固定，由于防滲墻是高壓旋噴樁體連續(xù)而成的，對(duì)樁體位置要求較高，鉆頭需要嚴(yán)格一準(zhǔn)設(shè)計(jì)孔中心點(diǎn)位，為防止鉆孔傾斜，鉆桿角度偏差不超過(guò)1.5%。

2)鉆孔：

鉆孔要求垂直度不超過(guò)1.5%，孔深要達(dá)到相對(duì)隔水層以下0.5m。

3)插管噴漿：

當(dāng)鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)位置時(shí)，即可進(jìn)行旋噴灌漿施工，應(yīng)注意嚴(yán)格控制設(shè)計(jì)的施工參數(shù)，并及時(shí)采集旋噴基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并進(jìn)行記錄。

4)沖洗：

當(dāng)旋轉(zhuǎn)式噴管被完全抬高至安裝設(shè)計(jì)標(biāo)高頂部時(shí)，將旋噴管按每個(gè)噴射節(jié)點(diǎn)逐節(jié)地進(jìn)行拆卸，并清潔干凈，以徹底防止噴射漿液在旋噴管內(nèi)快速凝聚而造成堵塞。

4 施工注意事項(xiàng)

噴漿施工中，可能會(huì)隨時(shí)發(fā)生塌孔、漏水、冒漿、串孔等突發(fā)問(wèn)題，從而可能導(dǎo)致噴漿壓力突然下降或壓力驟增等，必須及時(shí)地查明原因，及時(shí)對(duì)其進(jìn)行解決，確保其噴漿施工的正常進(jìn)度和施工質(zhì)量。下面結(jié)合本工程施工經(jīng)驗(yàn)，提出一些施工注意事項(xiàng)。

4.1 鉆孔

施工中要嚴(yán)格控制鉆孔斜度，若斜度過(guò)大，易造成旋噴樁底部開叉，交叉部分減弱或缺失，從而造成后期滲漏。塌孔是在孔形成后，由于鉆井土層含有較多砂或礫石，此時(shí)可增加泥漿的濃度，或向泥漿中添加膨脹土，也可根據(jù)需要使用套管保護(hù)方法。

4.2 噴漿

施工前需要進(jìn)行高噴灌漿試驗(yàn)，以根據(jù)不同地層所形成的樁徑來(lái)確定高噴灌漿的孔距及排數(shù)。水泥用量應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。另外在設(shè)計(jì)方案的選取時(shí)必須進(jìn)行經(jīng)濟(jì)考慮，選出最佳的設(shè)計(jì)方案。

4.3 漏漿

漏漿主要體現(xiàn)于鉆孔或者灌漿過(guò)程中，難以將孔中灌滿或漿體滲出，原因可能是填筑土孔隙率較高或鉆孔經(jīng)過(guò)大壩滲漏點(diǎn)致使?jié){體滲出等。解決方法為：適當(dāng)增加漿體濃度；漿體添加樹脂、水玻璃等止水材料；添加細(xì)沙堵住孔隙；降低注漿管的提升速度，提高注漿量等。

5 施工效果檢測(cè)及分析

5.1 檢測(cè)基本要求

1)高壓旋噴樁的復(fù)合地基承載力，采用載荷試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)，要求≥150kPa。

2)抗壓強(qiáng)度采用對(duì)檢測(cè)樁進(jìn)行取芯，室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)樁身的強(qiáng)度，要求抗壓強(qiáng)度≥1.2MPa。承載力和抗壓強(qiáng)度不是高壓旋噴樁在大壩防滲加固的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)，但仍需具備足夠的強(qiáng)度以抵抗上下游較大水位差引起的靜水壓力。

3)滲透系數(shù)是防滲加固的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，樁體要起到隔水作用，就需要滲透系數(shù)足夠低。滲透系數(shù)是對(duì)檢測(cè)樁取芯進(jìn)行滲透試驗(yàn)測(cè)得，要求<1.0×10-6cm/s。

5.2 檢測(cè)結(jié)果

復(fù)合地基承載力檢測(cè)隨機(jī)選取進(jìn)行載荷試驗(yàn)，樁號(hào)分別為11#和37#樁。取芯檢測(cè)樁為4根，并現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行樁身完整性和注水試驗(yàn)檢測(cè)，樁號(hào)分別為17#、23#、29#和37#。

1)復(fù)合地基承載力特征值分別為11#檢測(cè)樁：175kPa和37#檢測(cè)樁161kPa，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

2)根據(jù)取芯結(jié)果，I類樁為2根，II類樁為2根，各占檢測(cè)樁數(shù)的50%。檢測(cè)樁的成樁質(zhì)量均較好，檢測(cè)樁長(zhǎng)與設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)相當(dāng)。

3)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的注水試驗(yàn)結(jié)果，每根檢測(cè)樁進(jìn)行3段注水，其滲透系數(shù)試驗(yàn)值處于5.73×10-7-2.22×10-7cm/s，平均值為1.27×10-7cm/s，可以滿足設(shè)計(jì)要求。

4)檢測(cè)樁芯樣抗壓強(qiáng)度為2.0-2.9 MPa，滲透系數(shù)為1.12×10-7-9.11×10-7cm/s，可以滿足設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)福建某小型水庫(kù)的壩體采用高壓旋噴加固技術(shù)進(jìn)行除險(xiǎn)處理，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果及后期水庫(kù)運(yùn)行表現(xiàn)，該壩體加固后運(yùn)行正常，原壩體在壩底位置存在的滲漏完全消失，其它位置未見濕坡、滲漏等異常。工程實(shí)踐表明，高壓旋噴樁可以有效解決土石壩的滲漏問(wèn)題，防滲處理效果較為理想。