高壓擠密灌注樁技術在采兔溝水庫泄洪洞加固工程中的應用

任培清　郭俊平

（神木縣水務集團有限公司陜西神木719300）

高壓擠密灌注樁技術在采兔溝水庫泄洪洞加固工程中的應用

任培清郭俊平

（神木縣水務集團有限公司陜西神木719300）

本文針對采兔溝水庫泄洪洞加固工程中，為解決泄洪洞基礎沉降導致沉降縫止水帶破壞而出現局部滲水、漏水帶沙問題，對高壓擠密灌注樁的施工技術和施工工藝進行了闡述，為類似工程的除險加固提供借鑒。

擠密灌注樁；加固；水庫

1　工程概況

采兔溝水庫工程位于禿尾河中游干流上，壩址距神木縣城35km。水庫是以供水為主，保證下游灌溉及生態用水等綜合利用的水利工程。水庫工程設計總庫容7281萬m3，有效庫容6797.5萬m3，調節庫容5800萬m3。水庫設計日供水能力15萬m3，年供水總量5445萬m3，供水保證率95%。水庫工程主要由大壩、泄洪洞、引水管、工作橋、大壩監測系統等建筑物組成。大壩壩型為碾壓式砂壩，最大壩高33.8m，壩頂總長668m，最大泄洪流量59.78m3/s。

2　水庫工程存在的問題

水庫工程于2005年9月開工建設，2008年11月竣工。2009年10月開始試蓄水。2010年6月對水庫進行質量檢測，根據檢測結果表明，泄洪洞的洞身檢測的強度值滿足設計要求，但泄洪洞底部存在較多疏松區域；泄洪洞與放水塔之間出現不均勻沉降約30mm左右；其余伸縮縫處基礎也有不同程度的沉降，個別伸縮縫局部有滲水、漏水帶沙等問題。其主要原因是泄洪洞處于軟基上，在填筑砂壩體荷載作用下產生的變形引起的，并且在水庫蓄水至正常蓄水位后，由于荷載的變化，存在問題會進一步加劇。因此，為了提高泄洪洞基礎的均勻性和承載力，減少泄洪洞一定范圍內的沉陷變形量，須對泄洪洞進行基礎處理。

3　工程加固處理

3.1處理方案選擇

為了選擇泄洪洞處理的最佳方案，根據檢測成果資料，結合泄洪洞的實際情況，經多方論證，提出了水庫泄洪洞基礎處理方案，確定了選用擠密灌注樁處理方案。

3.2洞基擠密灌注樁處理設計及要求

為了控制洞基礎沉降變形，根據泄洪洞上部壩體和水體的荷載情況，考慮洞內施工空間限制，確定在第2洞段（與放水塔銜接的洞段）～12洞段采用擠密灌注樁擠密處理，使泄洪洞基礎達到密實狀態。即為在第2～10洞段基礎處理深8m，第11洞段基礎處理深6m，第12洞段洞基礎處理深3m，主要是對沙層擠密低流動性水泥基漿液（即低塌落度水泥基砂漿）；第13～18洞段采用洞底充填高滲透無機注漿料灌漿，處理深度為3m。

在每段洞底布置10個孔，分兩排布置，橫向孔間距為1.6m，距兩側壁為0.6m，縱向間距為2m均布，除距2#伸縮縫鉆孔為2m外，其余鉆孔距兩端1.0m。灌注低塌落度水泥基砂漿，形成樁徑約0.5m～0.8m。鉆孔時應先探明鋼筋位置，以防誤傷鋼筋。施工過程要緩慢進行，對粘土層和土工膜不能造成擾動或擾動很小，對洞身結構不能造成次生損害或者破壞。初步設計確定在洞底板鉆75mm～100mm的孔，注漿壓力為0.6MPa～2MPa之間，注漿樁的強度不小于3MPa。施工時注漿壓力等參數應根據現場灌漿試驗進行調整。

施工完成后，在兩孔中間鉆孔取樣檢測相對密實度（相對密實度不小于0.75），并采用探物方法檢測基礎的均勻性，確保基礎砂層密實。

3.3擠密灌注樁施工

3.3.1擠密灌注樁生產性試驗

施工前先進行擠密灌注樁生產性試驗確定符合設計強度、泵送要求的低塌落度灌注材料的配合比；確定擠密灌注樁的施工方法、工藝參數及配套泵送設備；確定擠密灌注樁能達到的擠密灌注效果。

通過試驗得出：（1）試驗證明，采用2MPa～4MPa的灌漿壓力，調節灌漿量，在試驗平臺的地基內灌入低塌落度的水泥粘土細石砂漿，能形成直徑400mm～700mm連續、完整的樁；（2）通過原狀砂樣對比測試、標準貫入實驗、地質雷達測試、鉆孔取芯等多種方法，其結果表明，采用施工擠密灌注樁能對樁周邊一定半徑內的砂層，起到擠壓密實作用，砂相對密度均能達到0.75的設計標準；（3）通過樁身的材料強度測試和室內配比試驗，樁身的抗壓強度大于10MPa；（4）通過灌漿試驗表明，在正常工作狀態下，管口的最大灌漿壓力＜5MPa；對不同深度的注入量進行控制，可防止抬動。

3.3.2灌漿施工工藝流程

施工工藝流程：鉆孔→下灌漿管→拌制低塌落度粘土水泥細石砂漿→安裝管路及拔管裝置→送漿→擠密灌注（抬動觀測）→提升灌注管→灌入→重復提升、灌入→灌注結束。

（1）鉆孔。①底板砼鉆孔。泄洪洞底板砼厚1.0m左右，采用鉆孔能力200m深度的HGY-200C地質鉆機，混凝土底板采用91mm金鋼石鉆頭進行鉆孔。鉆孔鉆進前，均事先用鋼卷尺放樣定位，鉆孔孔位誤差小于5cm，然后用鋼筋掃描儀掃描鉆孔部位鋼筋位置，如孔位剛好在鋼筋位置上，則適當調整孔位，避開砼內鋼筋，避免在鉆孔時損壞鋼筋；②砂層成孔。就采兔溝泄洪洞的施工條件，大型的成孔設備（打樁機、液壓振動）無法進洞，中型設備2.0m寬能進洞又不能靠邊（擠密樁孔距泄洪洞邊墻0.7m），結合現場的實際情況，砂層成孔采用以下方案:

YB-30液壓設備靜壓+清水泵泵送清水沖洗：利用液壓設備向下施加靜壓力，將灌漿鋼管壓入砂層內，同時人工轉動灌漿管，并在管內插入小直徑沖砂鋼管沖洗灌漿管內砂子，當壓入阻力過大時，可將沖砂水管伸至管腳處，使其適當擾動管腳及管壁附近砂體，使砂體在半懸浮狀態下促使灌漿管在壓力作用下下沉，須注意應采用閥門調節控制沖水量，使水量及壓力既能擾動少量砂體，又不至于將大量砂體帶出，直至設計孔深。在此過程中，應嚴格控制水量與水壓，使其帶出砂量控制在一定范圍內。

（2）灌注材料配合比及塌落度確定。根據材料配合比及塌落度，設定材料配合比為：水泥:砂:石屑:膨潤土:水:外加劑=100:150:250:30: 58:0.3，灌注前塌落度控制在3cm左右。利用塌落度筒對每批次輸出的漿材進行塌落度測試，并符合要求。

（3）安裝灌漿管路及拔管裝置。灌漿管路安裝完成后，先用潤滑漿對各管路進行潤滑，檢查輸送管系統是否堵塞。并安裝好提升拔管機。

（4）灌注。①連續泵送材料，記錄灌滿檢測量筒（500mm×500mm×500mm）的沖程次數，計算出泵送1次的材料量。根據灌漿沖程次數或量測泵上進料斗的吸入量，計量漿材灌入量；②啟動灌入泵。每1m灌漿孔段分3段進行灌入，當灌漿段達到目標灌入量后，提升灌漿管33cm；③反復提升、灌入、記錄；④材料灌入到達混凝土底板時，結束該孔的施工，移至另孔進行施工；⑤在灌入過程中，保證灌入泵的儲料高度須超料斗的2/3；密切觀測泵的壓力、表的壓力變化；每灌完一段后，在灌漿記錄表里認真記錄該段的灌入壓力和灌入量。

（5）灌入施工參數控制。①灌入方式：采用自下而上，分段灌入方法。②灌入量：當分段灌入量達到目標灌入量時，停止該段灌入。以形成樁徑為500mm計算，泵上進料斗的吸入量為0.06m3/段；以形成樁徑為600mm計算，泵上進料斗的吸入量為0.09m3/段；以形成樁徑為700mm計算，泵上進料斗的吸入量為0.12m3/段。③灌入速度：控制細石泵的沖程速度為每分鐘6次～8次。④灌漿壓力：灌漿泵上的表壓＜20MPa；灌入管孔口壓力＜5MPa。⑤灌入拔管：每米灌入孔，拔管3次。

（6）灌入結束標準。①定量灌入：分段灌入量達到理論樁徑所需材料用量時停止灌入。②抬動結束：根據抬動觀測記錄，當抬動值達到0.1mm時，降低灌入速率和灌入量，如抬動持續增大，則當抬動值達到0.2mm時，結束灌漿。③在試驗過程中，為觀察、記錄所發生的抬動現象，部分樁只采用定量灌入結束標準。

（7）抬動觀測。①抬動觀測孔布置：在泄洪洞每個洞段距上游伸縮縫、左（右）側墻各1m處布置一個抬動觀測孔，與灌漿孔位錯開，施工擠密灌注樁過程中均進行抬動觀測，并做好相應記錄；②砼抬動變形允許值為200μm；③抬動觀測過程中，當變形值接近允許值或變形值上升較快時，通知各工序操作人員減少灌漿量或停止灌漿。

（8）灌漿孔封孔。①在原孔將孔內漿液固結體取出掃孔到接觸段；②用高強砂漿充填鉆孔，并將孔口抹平。砂漿配比為：水泥:砂子:碎石屑:水=100:160:200:42。

4　工程加固后的效果分析

（1）擠密灌注樁質量檢查成果。

擠密灌注樁檢查孔數量按5%布置，從6個檢查孔的檢測結果表明，通過擠密灌注樁施工處理，泄洪洞基礎砂層得到擠壓密實，砂相對密度均能達到0.75，滿足設計要求。地質雷達掃描檢查主要分兩個階段進行，即施工前、后分別對待擠密灌漿區域和灌漿區域進行地質雷達掃描，根據灌漿前后泄洪洞底板檢驗數據進行對比，并根據現場實測的雷達圖像表明：在抽檢部位范圍內，原來泄洪洞襯砌板后部填砂相對疏松區域（砂密度較小、空洞或高含水），經擠密灌注樁施工處理后，相對疏松區域較灌漿前有很大程度的改善，相對疏松區基本消失。

（2）2012年11月，陜西省水利工程質量檢測中心站通過對泄洪洞處理工程檢測及試驗所獲得的數據、資料和圖像等進行綜合分析認為：泄洪洞底板通過擠密樁加固，伸縮縫及原有裂縫經過處理后，結構基礎穩固，達到了基礎處理加固的目的。

（3）泄洪洞基礎處理結束后，2012年8月14日至15日南京水利科學研究院組織蓄水安全鑒定專家對采兔溝水庫工程進行蓄水安全鑒定，鑒定認為：采兔溝水庫泄洪洞缺陷處理工程設計合理；施工滿足設計和要求。泄洪洞缺陷已經處理，工程形象面貌滿足蓄水條件，水庫可擇時下閘蓄水運行。建議逐步抬高蓄水位，逐步加大泄洪洞流量，運行中根據實際情況確定設置大壩貼破排水及泄洪洞下游出水口反濾保護的必要性；同時，應加大大壩及泄洪洞、滲流的監測，發現問題及時處理。

（4）2013年在泄洪洞洞底每節伸縮縫兩側設立測點不銹鋼水準標志，測點編號D1、D2、D3…、D34。西安誠信測繪數碼工程有限公司于2013年、2014年、2015年、2016年分別以放水塔洞底閘下游左側底板高程1054.011m作為起始數據，采用四等幾何水準測量方法和技術要求測定點間高差，推算洞身段測點高程值，各期高程值較差均小于±14.14 mm。根據各期高程計算編制泄洪洞洞底垂直方向位移量位移得出各洞段測點總沉降量大部分趨于-4mm～-10mm，個別測點最大沉降量為-13.1mm，但也小于±14.14mm。綜合對比分析認為：泄洪洞穩定。

5　結語

采兔溝水庫導流泄洪洞采用高壓擠密注漿的處理方式，解決了水庫泄洪洞的滲水、漏水問題，保證了壩體的穩定運行。該技術可以應用到加固失穩建筑物、特殊環境和特殊地質條件下的地基處理工程中，并在施工技術和施工工藝上取得較好的經驗，為今后病險水庫的加固除險提供借鑒。陜西水利

（責任編輯：唐紅云）

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