高壓旋噴樁在河堤加固施工中的應(yīng)用

楊志華，高美麗

(1.江西省水投疏浚有限公司，江西 南昌 330001；2.江西省建洪工程監(jiān)理咨詢有限公司，江西 南昌 330069)

當(dāng)前隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高，防洪工程防洪標(biāo)準(zhǔn)也有大幅度提升，為保證區(qū)域防洪安全，按照GB 50201—2014《防洪標(biāo)準(zhǔn)》及GB 50286—2013《防洪工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，現(xiàn)有防洪工程防洪標(biāo)準(zhǔn)必須按50～100a一遇進(jìn)行達(dá)標(biāo)加固設(shè)計(jì)。河堤加固設(shè)計(jì)通常包括堤身加高培厚以及堤基處理，尤其是軟土堤基處理應(yīng)為河堤加固設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)，影響防洪工程造價(jià)、影響工程安全。實(shí)踐證明，高壓旋噴樁技術(shù)對(duì)于既有建筑物堤基加固較為適用，加固強(qiáng)度高、施工方便、造價(jià)可控，本文以江西省高安市蘇溪河下游左岸防洪工程為例，進(jìn)行防洪工程高壓旋噴樁加固技術(shù)的應(yīng)用分析。

1 問題的提出

楊圩鎮(zhèn)防洪工程地處江西省高安市楊圩鎮(zhèn)錦河支流蘇溪河下游左岸，建設(shè)內(nèi)容為蘇溪河道下游段整治，整治長(zhǎng)度7.8km，防洪堤新建，混凝土防洪墻和防浪墻埋設(shè)，漿砌石護(hù)岸及混凝土預(yù)制塊護(hù)坡建設(shè)，堤防工程防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為10a一遇。現(xiàn)有工程河段防洪標(biāo)準(zhǔn)低，楊圩大橋漿砌石擋墻部分破損，過量取砂導(dǎo)致部分河床下切，河岸沖刷嚴(yán)重。工程區(qū)場(chǎng)地覆蓋層主要由素填土①-1、填石①-2、粉質(zhì)黏土②-1、淤泥②-2、淤泥質(zhì)土②-3、細(xì)砂②-4、粉質(zhì)黏土③、殘積黏性土④、全風(fēng)化花崗巖⑤-1、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖⑤-2等組成。

受工程建設(shè)時(shí)資金、材料、技術(shù)等條件的限制，當(dāng)時(shí)的河堤基礎(chǔ)一般都沿用拋石基床、堤身填土等傳統(tǒng)施工工藝，對(duì)于歷次加高培厚也并未做出基礎(chǔ)處理，河堤建成之后沉降逐年發(fā)生。根據(jù)防洪工程管理部門的監(jiān)測(cè)，在汛期能夠明顯感受到堤身的搖晃和震顫，這說明防洪工程只有堤高和堤寬能勉強(qiáng)滿足擋水要求，而堤身和堤基強(qiáng)度已然無法抵御洪水。考慮到工程所在區(qū)域?qū)嶋H情況，經(jīng)江西省水利廳批準(zhǔn)，決定在流域河道左岸河堤外修建立砂連圍河堤，并按50a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行達(dá)標(biāo)加固，所對(duì)應(yīng)暴潮水位2.23m(P=2%)。

2 河堤加固

加固河堤按照50a一遇擋洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，根據(jù)風(fēng)浪計(jì)算，原河堤必須加高培厚至堤寬6.5m，堤頂高程3.37m，防浪墻頂高程3.19m，此外還必須針對(duì)堤基不穩(wěn)進(jìn)行加固。總之，河堤堤基加固是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

2.1 工程地質(zhì)

本防洪工程區(qū)域土層連續(xù)，本地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.15g，設(shè)計(jì)特征周期為0.35s。工程區(qū)場(chǎng)地覆蓋層主要由素填土①-1、填石①-2、粉質(zhì)黏土②-1、淤泥②-2、淤泥質(zhì)土②-3、細(xì)砂②-4、粉質(zhì)黏土③、殘積黏性土④、全風(fēng)化花崗巖⑤-1、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖⑤-2等組成。各土層物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 各土層主要物理力學(xué)指標(biāo)

2.2 堤基加固方案

針對(duì)本工程堤基下臥層地質(zhì)主要為軟弱淤泥土的實(shí)際情況，可以考慮采用高壓旋噴樁、排水固結(jié)法、深層攪拌樁等達(dá)標(biāo)加固技術(shù)，以便達(dá)到提升軟弱地基承載力，有效解決堤坑抗滑穩(wěn)定和堤身自身沉降等問題。深層攪拌樁和排水固結(jié)法只適用于已有建筑物的前后向加固，并不適用于基底加固，其所能達(dá)到的加固效果主要是提升滑弧前后段土料的主要性能指標(biāo)，對(duì)于堤岸擋墻基底并無任何改善，無法達(dá)到所期望的加固要求，也無法有效解決工程堤岸擋墻沉降、位移變形等問題。

而高壓旋噴樁加固技術(shù)則可以通過運(yùn)用單管法在堤岸擋墻鉆孔(孔徑8～11cm)，并通過單管法于墻基底旋噴成樁(樁徑0.6～1.2m)，從而有效解決河堤抗滑穩(wěn)定和護(hù)岸變形等問題，通過改善基底滑弧段土料指標(biāo)性能而確保加固效率。防洪工程主要根據(jù)堤身位置選擇所采用的加固技術(shù)，堤岸擋墻基底通過高壓旋噴樁加固，堤身采用深層攪拌樁加固，為確保工期，并未設(shè)置預(yù)壓時(shí)間。

2.3 河堤穩(wěn)定性分析

2.3.1土層物理力學(xué)指標(biāo)

針對(duì)原狀土必須運(yùn)用地質(zhì)勘探所提供的資料及指標(biāo)，而針對(duì)加固處理之后的土層，則應(yīng)通過加權(quán)平均確定各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)，如下：

C0=C1×m+C2×(1-m)

(1)

φ0=φ1×m+φ2×(1-m)

(2)

式中，m—面積的置換率，550@2.0×2.0m高壓旋噴樁m=0.086；450@1.5×1.5m深層攪拌樁m=0.075；C1—水泥土的凝聚力，kPa；φ1—水泥土的內(nèi)摩擦角(°)；C2—原狀土的凝聚力，kPa；φ2—原狀土的內(nèi)摩擦角(°)；C0—復(fù)合地基凝聚力，kPa；φ0—復(fù)合地基的內(nèi)摩擦角(°)。其中，高壓旋噴樁：砂類土C1=450～550，φ1=35°～45°；粘性土C1=750～950，φ1=25°～35°；深層攪拌樁：C1=0.3～0.4fcu(樁身強(qiáng)度)，φ1=25°～35°。

本防洪工程高壓旋噴樁樁身設(shè)計(jì)強(qiáng)度為4.5MPa，深層攪拌樁樁身設(shè)計(jì)強(qiáng)度為2.5MPa，經(jīng)過計(jì)算后可得工程各土層加固前后物理力學(xué)性能指標(biāo)的對(duì)比情況，見表2。

表2 各土層加固前后物理力學(xué)性能指標(biāo)對(duì)比

2.3.2抗滑穩(wěn)定分析

根據(jù)上述工程各土層物理力學(xué)性能指標(biāo)的具體取值情況，防洪工程河堤加固前后壩坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，具體劃分成4種工況，并采用理正巖土系列軟件輔助計(jì)算。河堤各加固方案實(shí)施前后堤壩抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果詳見表3。

根據(jù)規(guī)范的具體要求，本防洪工程河堤為二級(jí)，正常情況下其抗滑安全系數(shù)[k]≥1.25，非正常條件下抗滑安全系數(shù)[k]≥1.15。根據(jù)表3中的計(jì)算結(jié)果，工程現(xiàn)狀河堤工況之下其抗滑安全系數(shù)都難以滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，高壓旋噴樁和深層攪拌樁加固處理之后其河堤抗滑安全系數(shù)有了很大程度的提升，滿足了設(shè)計(jì)規(guī)范要求，河堤堤基加固取得了理想效果。

2.3.3護(hù)岸擋墻地基承載力

本防洪工程原河堤缺乏基礎(chǔ)處理，每年都將發(fā)生不同程度的基礎(chǔ)下沉，本次河堤加固設(shè)計(jì)出于抗滑穩(wěn)定的具體要求，在護(hù)岸堤基位置布設(shè)兩排φ550相距為2.0×2.0m的高壓旋噴樁，此設(shè)計(jì)能有效提升護(hù)岸擋墻地基的承載力，從而有效解決護(hù)岸長(zhǎng)期變形的病害。根據(jù)JGJ 79—2002《水利工程地基處理技術(shù)規(guī)范》的要求，所計(jì)算出的高壓旋噴樁承載力高達(dá)244kN/樁，復(fù)合地基承載力達(dá)118KPa，滿足地基承載力的設(shè)計(jì)要求。

表3 堤壩抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

2.4 高壓旋噴樁施工

本防洪工程高壓旋噴樁設(shè)計(jì)樁徑φ550，樁距為2.0×2.0m，使用32.5普通型硅酸鹽水泥材料，設(shè)計(jì)水灰比為1∶1.2，樁身強(qiáng)度4.5MPa，初次擬定噴射壓力為25MPa，施工方法為單管法。為了控制機(jī)械移動(dòng)的次數(shù)，確保工程加固施工進(jìn)度，在施工初期連續(xù)鉆孔施工不間斷，高壓旋噴樁噴射壓力保持在25MPa，提升速度控制在20cm/min。待樁基加固施工3d后，已完工高壓旋噴樁護(hù)岸擋墻顯現(xiàn)出數(shù)條縱向裂縫，單樁水泥用量大大增加(450kg/m)。經(jīng)過深入分析發(fā)現(xiàn)，工程河堤地基較為軟弱，高壓旋噴樁連續(xù)施孔對(duì)堤基淤泥擾動(dòng)過大，所以將施工方式調(diào)整為跳孔施工，同時(shí)適當(dāng)降低高壓旋噴壓力后前述問題得以有效解決，單樁水泥用量也降低至220kg/m。

3 結(jié)論

目前，高壓旋噴樁技術(shù)已經(jīng)在本工程河堤堤基加固中全面采用，從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況來看，效果較為理想。但是必須注意到，高壓旋噴樁加固技術(shù)在應(yīng)用于河堤等既有建筑物工程堤基時(shí)，必須配合使用速凝漿液、跳孔噴射及冒漿回灌等施工技術(shù)措施，以有效防止噴射施工的同時(shí)堤基附加變形及基礎(chǔ)脫空等現(xiàn)象的出現(xiàn)，并加強(qiáng)施工過程中對(duì)河堤等既有建筑物的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保施工質(zhì)量。