高壓旋噴樁在土石壩除險加固中的應用

任文峰

(華城建設集團有限公司，福建 泉州 362011)

1 工程概況

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

根據(jù)例行的大壩安全鑒定，大壩安全綜合評價中，滲流安全評價為C等級，不滿足現(xiàn)行規(guī)范的防滲要求，經(jīng)過組織專家進行論證，最終將水庫評定為三類壩，水庫納入水利部門應急除險計劃。

2 除險加固設計方案

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

(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)過滲流理論計算，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計如下：在壩頂樁號B0+000-B0+075.35沿壩軸線布設鉆孔，旋噴樁頂高程為595.3m，底部進入強風化巖0.5m。間距0.4-0.5m(樁號0+000-B0+009.5及樁號B0+064-B0+075.35，間距為0.5m，共46孔，鉆孔總進尺653.58m，灌漿長度349.8m；樁號B0+009.5-B0+064，間距為0.4m，共131孔)分兩序施工。共鉆孔177孔，鉆孔總進尺2033.48m，成樁總長1891.88m，設計橫斷面和縱斷面分別如圖1和圖2所示。

圖1 水庫大壩高壓旋噴樁防滲加固橫斷面圖

圖2 水庫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)控制著施工的質量，關鍵的施工參數(shù)是保證工程安全、有序、高質量實施的要素，并能夠給設計、工程造價等分項提供重要依據(jù)。高壓旋噴樁的施工參數(shù)主要是根據(jù)數(shù)值計算、現(xiàn)場試驗以及技術人員的經(jīng)驗總結出來的，內容主要是：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)室內試驗、試樁結果，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、旋轉速度18-25r/min、注漿壓力22-25MPa。樁體強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 施工準備

為準確確定各類加固參數(shù)，在土石壩除險加固前應詳盡了解本項目的地形、土體和水文地質狀況，工程區(qū)域范圍內不良地質條件、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，查明大壩內部土質均勻性及密實度、空洞、地下水位和地下水含量和基巖構造情況等，以便為其設計與施工提供基礎資料。并且要做出嚴格的注壓水試驗，為除險加固提供精準資料[2]。

3.3 選噴設備及材料

主要用到的設備是：水泵、發(fā)電機、供漿設備、高壓旋噴機等，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，特別條件采用人工攪拌。

注漿材料采用425號的硅酸鹽水泥，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性能是工程質量控制的關鍵。原材料的質量控制要求嚴格，需要定期進行安全檢查和質量試驗[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，主要包括以下幾個步驟：

圖3 高壓旋噴樁加固壩體施工工藝流程

1)鉆機就位：

鉆機平穩(wěn)放置并固定，由于防滲墻是高壓旋噴樁體連續(xù)而成的，對樁體位置要求較高，鉆頭需要嚴格一準設計孔中心點位，為防止鉆孔傾斜，鉆桿角度偏差不超過1.5%。

2)鉆孔：

鉆孔要求垂直度不超過1.5%，孔深要達到相對隔水層以下0.5m。

3)插管噴漿：

當鉆孔深度達到設計位置時，即可進行旋噴灌漿施工，應注意嚴格控制設計的施工參數(shù)，并及時采集旋噴基礎數(shù)據(jù)并進行記錄。

4)沖洗：

當旋轉式噴管被完全抬高至安裝設計標高頂部時，將旋噴管按每個噴射節(jié)點逐節(jié)地進行拆卸，并清潔干凈，以徹底防止噴射漿液在旋噴管內快速凝聚而造成堵塞。

4 施工注意事項

噴漿施工中，可能會隨時發(fā)生塌孔、漏水、冒漿、串孔等突發(fā)問題，從而可能導致噴漿壓力突然下降或壓力驟增等，必須及時地查明原因，及時對其進行解決，確保其噴漿施工的正常進度和施工質量。下面結合本工程施工經(jīng)驗，提出一些施工注意事項。

4.1 鉆孔

施工中要嚴格控制鉆孔斜度，若斜度過大，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)需要使用套管保護方法。

4.2 噴漿

施工前需要進行高噴灌漿試驗，以根據(jù)不同地層所形成的樁徑來確定高噴灌漿的孔距及排數(shù)。水泥用量應進行現(xiàn)場試驗確定。另外在設計方案的選取時必須進行經(jīng)濟考慮，選出最佳的設計方案。

4.3 漏漿

漏漿主要體現(xiàn)于鉆孔或者灌漿過程中，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)過大壩滲漏點致使?jié){體滲出等。解決方法為：適當增加漿體濃度；漿體添加樹脂、水玻璃等止水材料；添加細沙堵住孔隙；降低注漿管的提升速度，提高注漿量等。

5 施工效果檢測及分析

5.1 檢測基本要求

1)高壓旋噴樁的復合地基承載力，采用載荷試驗進行檢測，要求≥150kPa。

2)抗壓強度采用對檢測樁進行取芯，室內試驗檢測樁身的強度，要求抗壓強度≥1.2MPa。承載力和抗壓強度不是高壓旋噴樁在大壩防滲加固的主要設計指標，但仍需具備足夠的強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計參數(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)是對檢測樁取芯進行滲透試驗測得，要求<1.0×10-6cm/s。

5.2 檢測結果

復合地基承載力檢測隨機選取進行載荷試驗，樁號分別為11#和37#樁。取芯檢測樁為4根，并現(xiàn)場進行樁身完整性和注水試驗檢測，樁號分別為17#、23#、29#和37#。

1)復合地基承載力特征值分別為11#檢測樁：175kPa和37#檢測樁161kPa，能夠滿足設計要求。

2)根據(jù)取芯結果，I類樁為2根，II類樁為2根，各占檢測樁數(shù)的50%。檢測樁的成樁質量均較好，檢測樁長與設計樁長相當。

3)根據(jù)現(xiàn)場的注水試驗結果，每根檢測樁進行3段注水，其滲透系數(shù)試驗值處于5.73×10-7-2.22×10-7cm/s，平均值為1.27×10-7cm/s，可以滿足設計要求。

4)檢測樁芯樣抗壓強度為2.0-2.9 MPa，滲透系數(shù)為1.12×10-7-9.11×10-7cm/s，可以滿足設計要求。

6 結 語

通過對福建某小型水庫的壩體采用高壓旋噴加固技術進行除險處理，根據(jù)檢測結果及后期水庫運行表現(xiàn)，該壩體加固后運行正常，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。工程實踐表明，高壓旋噴樁可以有效解決土石壩的滲漏問題，防滲處理效果較為理想。