某工程引水渠道邊坡加固抗滑樁施工難點(diǎn)探討

郭永生

(中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司，鄭州 450001)

1 工程概況

某攔河引水及干渠工程主要由攔河引水樞紐、引水渠道總干渠及灌區(qū)分干渠等部分組成。渠道分部工程由矩形槽和渠道工程兩部分組成，矩形槽和渠道縱坡分別為1/2200和1/10000，矩形槽底寬6.5m，凈高4.9m，混凝土底板厚1.0m，側(cè)墻厚度從底面至頂面依次為0.8m、0.5m。混凝土板以下鋪兩布一膜防滲層，膜厚0.8mm，并在膜下加鋪3.5cm厚度的M10砂漿墊層。底板和邊坡均按照2.5m×2.5m的尺寸分縫處理，縫寬2.0cm。

2 引水渠道工程地質(zhì)條件

引水渠道布置在大壩左肩，為河岸開(kāi)敞式。由寬頂堰、陡坡段組成，堰寬3.5m，全長(zhǎng)55m。洪水泄于小支溝，接于河道。最大泄流量15m3/s。引水渠道位于河溝左岸，是經(jīng)原先的山梁開(kāi)鑿而成，左側(cè)依附山體，右側(cè)是與壩體相接的黃土臺(tái)。引水渠道兩側(cè)為第四系黃土陡壁，高度在3-10m之間。勘察期間，引水渠道內(nèi)新近堆積物雜多，雜草叢生、樹(shù)木林立，并被通往上游的一條土路堵塞、截?cái)啵藕椴粫场８鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)測(cè)繪，引水渠道區(qū)分布的地層主要為第四紀(jì)沖洪積堆積物和風(fēng)積黃土，按層序分述如下：

1)沖洪積堆積物Q4al+pl：分布于引水渠道泄流槽底。灰黃色黃土類(lèi)土，土質(zhì)均勻性差，結(jié)構(gòu)疏松，含大量姜石土、砂粒及植物根等。堅(jiān)硬、可塑，工程性質(zhì)差。

2)黃土Q3eol：為所在場(chǎng)地的主要地層，分布于引水渠道兩側(cè)和基地。褐黃色，土質(zhì)均勻，含少量有機(jī)質(zhì)，大孔隙發(fā)育，具濕陷性和自重濕陷性，工程性質(zhì)一般。

根據(jù)本次勘察結(jié)果，引水渠道區(qū)存在的地質(zhì)問(wèn)題主要是邊坡穩(wěn)定問(wèn)題。引水渠道在左岸的山梁基礎(chǔ)上開(kāi)鑿而成，左側(cè)為連接山體的土質(zhì)高邊坡，坡角很陡，高度大，邊坡土體(黃土)的水穩(wěn)定性差，目前局部已見(jiàn)有坍塌及掉塊現(xiàn)象，導(dǎo)致坡體穩(wěn)定性降低，在強(qiáng)降雨等不利工況下可能發(fā)生失穩(wěn)破壞，發(fā)生大范圍坍塌，堵塞引水渠道。引水渠道左邊沒(méi)采取削坡，致使山土侵襲引水渠道，加之砌筑質(zhì)量差，無(wú)法保證正常泄洪，成為影響大壩安全的主要隱患。

該工程引水渠道是工程主要建筑物，由于設(shè)計(jì)、施工的年代原因，存在嚴(yán)重問(wèn)題，不能達(dá)到設(shè)計(jì)的運(yùn)行工況，必須進(jìn)行加固處理。

3 引水渠道邊坡加固抗滑樁施工

該工程引水渠道邊坡加固抗滑樁施工采用挖孔法，具體施工流程詳見(jiàn)圖1，考慮到鄰樁樁體施工的不利影響，增強(qiáng)樁孔開(kāi)挖穩(wěn)定性，保證施工質(zhì)量，對(duì)10根設(shè)計(jì)布置的抗滑樁按跳格施工的次序，先單號(hào)樁施工，再雙號(hào)樁施工[1]。

圖1 抗滑樁跳格施工流程

3.1 抗滑樁的開(kāi)挖

1)樁口開(kāi)挖：

進(jìn)行擬開(kāi)挖樁孔口中心點(diǎn)及開(kāi)挖邊線(xiàn)放樣，并根據(jù)土層條件人工開(kāi)挖至2-3m深，在孔口及孔四周2m范圍內(nèi)采用C25混凝土按厚×寬為50cm×120cm尺寸進(jìn)行混凝土鎖口澆筑，在混凝土澆筑施工過(guò)程中進(jìn)行龍門(mén)架支座鋼板預(yù)埋以及井口防護(hù)欄立桿。為防止引水渠道邊坡加固抗滑樁施工過(guò)程中地表水流入孔內(nèi)，應(yīng)確保混凝土鎖口面高出地面10cm±1cm，并設(shè)置截水溝。

2)樁孔開(kāi)挖：

采用分段開(kāi)挖跟進(jìn)支護(hù)的樁孔開(kāi)挖施工方式，根據(jù)土層地質(zhì)情況確定單段開(kāi)挖深度，本工程覆蓋層單段開(kāi)挖深度1.0-1.3m，巖石層開(kāi)挖深度1.6-2.0m。覆蓋層主要通過(guò)人工開(kāi)挖，具體而言，強(qiáng)風(fēng)化、強(qiáng)卸荷及裂隙發(fā)育等覆蓋層通過(guò)人工風(fēng)鎬開(kāi)挖，對(duì)于人工開(kāi)挖存在困難的區(qū)域用風(fēng)鉆鉆孔+弱爆破的開(kāi)挖方式。清渣時(shí)由人工裝渣，再通過(guò)電動(dòng)葫蘆提升至地面指定區(qū)域內(nèi)棄置。工程區(qū)內(nèi)地下水豐富，在樁孔開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)樁底積水抽排，孔壁垂直度采用四壁吊線(xiàn)法測(cè)量，并將孔壁傾斜度控制在0.5%范圍內(nèi)。為保證地下水豐富且松散堆積、黏結(jié)性不強(qiáng)的覆蓋層開(kāi)挖段開(kāi)挖過(guò)程中混凝土樁壁不坍塌，應(yīng)在樁孔開(kāi)挖之前將鋼插板打入樁四壁超前支護(hù)。

在開(kāi)挖過(guò)程中圍巖和上部襯砌段混凝土受爆破影響的程度、單響裝藥量最值及孔壁保護(hù)層厚度等應(yīng)根據(jù)孔壁抗爆震模擬試驗(yàn)進(jìn)行確定，某工程引水渠道邊坡加固抗滑樁樁孔爆破孔孔距1.0m，排距0.80m，孔深2.0m，裝填φ22mm光爆藥卷，起爆采用非電微差毫秒雷管，20cm厚度的保護(hù)層由人工風(fēng)鎬挖除[2]。

3)臨時(shí)護(hù)壁支護(hù)：

為加強(qiáng)開(kāi)挖施工時(shí)圍巖自身穩(wěn)定性，確保開(kāi)挖施工安全，在樁身一個(gè)循環(huán)開(kāi)挖結(jié)束后及時(shí)采用鋼筋混凝土護(hù)壁進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，支護(hù)型式詳見(jiàn)圖2。護(hù)壁混凝土采用C25二級(jí)配，混凝土厚度30cm，主筋孔排及分布筋Φ22@200。樁孔開(kāi)挖及修正后進(jìn)行混凝土護(hù)壁施工，護(hù)壁模板為整體性模板，模板通過(guò)電動(dòng)葫蘆緩慢勻速下放至孔底，并形成較為封閉的澆筑倉(cāng)位，為增強(qiáng)混凝土護(hù)臂抵抗爆破施工的振害并加快施工進(jìn)度，混凝土中摻加早強(qiáng)劑。

3.2 樁體施工

結(jié)束樁孔開(kāi)挖及混凝土護(hù)壁臨時(shí)支護(hù)施工后至混凝土樁身施工前，必須徹底清除孔底松散巖石和浮渣，并對(duì)臨時(shí)支護(hù)護(hù)壁混凝土表面鑿毛后架設(shè)鋼筋束。將強(qiáng)度C25混凝土拌和后泵送入倉(cāng)，并將澆筑坯下料厚度確定為40cm，人工平倉(cāng)。為確保混凝土樁體澆筑施工質(zhì)量，防止出現(xiàn)冷縫，必須確保澆筑施工人員設(shè)備供應(yīng)充足，一次性澆筑至樁頂。

圖2 鋼筋混凝土護(hù)壁進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)

4 抗滑樁施工難點(diǎn)

4.1 涌水防治

對(duì)于裂隙地層且水頭壓力較小時(shí)，抗滑樁基坑開(kāi)挖會(huì)出現(xiàn)少量滲漏涌水，對(duì)此情況應(yīng)通過(guò)設(shè)置集水坑集中排放，

某工程引水渠道邊坡抗滑樁基坑開(kāi)挖的過(guò)程中，上下游承臺(tái)兩側(cè)均出現(xiàn)局部大量涌水現(xiàn)象，這種涌水爆發(fā)突然、集中、量大，施工方主要采取導(dǎo)流封堵法，管道導(dǎo)流后即關(guān)閉閥門(mén)進(jìn)行封堵。導(dǎo)流封堵法的防治原理在于利用導(dǎo)流漏斗及管道形成涌水宣泄通道，并在涌水點(diǎn)四周進(jìn)行混凝土澆筑，待其達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，關(guān)閉管道閥門(mén)以達(dá)到堵水的目的，具體見(jiàn)圖3。根據(jù)涌水量情況、四周巖體、水頭壓力等確定漏斗形狀、管道直徑、混凝土厚度等。

圖3 導(dǎo)流封堵法

涌水封堵施工過(guò)程中，必須根據(jù)涌水點(diǎn)施工水頭壓力進(jìn)行封堵混凝土的高度、厚度、強(qiáng)度等參數(shù)的確定，為加快施工進(jìn)度，應(yīng)在混凝土中摻加早強(qiáng)劑。封堵措施的實(shí)施必須因地制宜，盡量避免對(duì)承臺(tái)、樁基等主體構(gòu)筑物位置和結(jié)構(gòu)斷面的占據(jù)，通過(guò)擴(kuò)大開(kāi)挖范圍在結(jié)構(gòu)尺寸之外設(shè)置堵水設(shè)施，若存在困難，則應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)。

4.2 塌方處理

針對(duì)不同情況的塌方，處理方案并不相同，在塌方嚴(yán)重的情況下甚至需要綜合運(yùn)用幾種處理方案。根據(jù)某工程引水渠道邊坡加固施工特點(diǎn)，對(duì)邊坡加固施工可能發(fā)生的幾種塌方情況，應(yīng)做如下應(yīng)對(duì)：

圍巖裂隙發(fā)育引起的小范圍塌方多因開(kāi)挖及支護(hù)方式運(yùn)用不當(dāng)造成，且多出現(xiàn)在略微風(fēng)化以及裂隙密集圍巖區(qū)域，經(jīng)常在爆破施工后數(shù)小時(shí)內(nèi)快速出現(xiàn)，其所引起的塌方規(guī)模并不嚴(yán)重，但是對(duì)于工作面施工安全存在潛在威脅，擬采用加強(qiáng)錨噴法進(jìn)行處理。

規(guī)模較小的塌方體大多出現(xiàn)在兩側(cè)巖體完整且的窄小斷層破碎帶，對(duì)其應(yīng)該實(shí)施挑梁法架設(shè)鋼支撐后錨噴加固處理，也就是使型鋼橫穿頂梁臨時(shí)立架并撐抵至掌子面，形成挑梁后再在挑梁之上架設(shè)水垛，達(dá)到填塞洞穴，防止塌方繼續(xù)擴(kuò)大的目的。

塌方量較大且范圍在10m以?xún)?nèi)的中等塌方通常發(fā)生在相鄰且傾向相對(duì)的斷層交接帶。這類(lèi)塌方發(fā)生前，一般會(huì)先出現(xiàn)巖層掉塊現(xiàn)象，掉塊的頻率及塊落程度通常與爆破施工振動(dòng)烈度、頻率以及區(qū)域地下水活動(dòng)強(qiáng)烈程度直接相關(guān)。在中等塌方發(fā)生后，會(huì)形成具有一定穩(wěn)定性的頂板，阻擋塌方持續(xù)發(fā)生。對(duì)于某工程引水渠道邊坡加固抗滑樁樁孔爆破施工過(guò)程中可能發(fā)生的中等塌方，應(yīng)當(dāng)采用錨噴法、插筋排架法、護(hù)頂法、管棚法進(jìn)行加固處理。

影響最大的是塌方面積至少為100m3，塌穴高度至少10m的大塌方，對(duì)于巖層薄弱的情況，大塌方必將引發(fā)冒頂。如果此類(lèi)塌方發(fā)生后將隧洞整個(gè)堵塞，并且施工方尚未掌握塌方變動(dòng)規(guī)模及規(guī)律，應(yīng)當(dāng)運(yùn)用錨噴法，管棚法等措施綜合處理；如果大塌方發(fā)生后埋藏不深且地質(zhì)條件復(fù)雜的情況下，應(yīng)選擇使用灌漿法與環(huán)行導(dǎo)洞法進(jìn)行處理。

由于本工程引水渠道邊坡加固爆破開(kāi)挖塌方情況較為復(fù)雜，塌方處理并無(wú)既定模式，必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況再行決定。但是，在引水渠道邊坡加護(hù)抗滑樁施工過(guò)程中必須加強(qiáng)質(zhì)量控制，未雨綢繆，對(duì)于可能發(fā)生的塌方，采取有效防護(hù)措施，力爭(zhēng)將塌方發(fā)生的可能性及損失降至最低。

5 結(jié) 論

該工程引水渠道邊坡未設(shè)置抗滑樁的情況下，邊坡存在滑移趨勢(shì)，滑移量逐年增大，在引水渠道邊坡抗滑樁除險(xiǎn)加固施工期間滑移量呈更大規(guī)模增加，而抗滑樁加固施工后，之前的邊坡滑移情況得到有效緩解，滑移面位移不在明顯增減，邊坡趨于穩(wěn)定狀態(tài)，表明引水渠道邊坡抗滑樁加固處理方案的實(shí)施取得了提升邊坡穩(wěn)定性的預(yù)期效果。