水閘防滲加固工程中的振沖碎石樁技術實踐

摘 要：本研究針對水閘抗滲加固工程中的問題，深入探討了振沖碎石樁的設計原理及其在工程中的應用。采用振動成樁技術構建密實的碎石樁體，并與周圍土體形成復合地基，以提高地基的承載力和穩定性，有效減少滲透。在淮河支流某水閘抗滲加固工程中，本文應用振沖碎石樁技術，結果顯示，采用該技術不僅將水閘復合地基的承載力提高至122kPa，還增強了地基的密實度和抗滲性，有效保障了水閘的安全運行。

關鍵詞：水閘；抗滲加固工程；振沖碎石樁

中圖分類號：TV 22 " " " " 文獻標志碼：A

水閘作為水利工程中的關鍵設施，其穩定性和安全性直接影響水資源調控的效率與效果。然而，在實際運行過程中，水閘往往會受到水流的長期沖刷和滲透作用，導致基礎土體的滲透性增強，進而引發地基失穩、滲漏加劇等一系列問題，嚴重威脅水閘的安全運行[1]。為了解決這些問題，必須加快水閘抗滲加固工程建設。在眾多抗滲加固工程的技術中，振沖碎石樁技術以其獨特的優勢受到了廣泛關注。該技術通過振動設備將碎石材料強行擠入地基中，形成密實的碎石樁體，進一步提高地基的整體性能[2]。本研究將深入探討振沖碎石樁的設計原理及其在水閘抗滲加固工程中的應用。本文結合具體工程實例，分析振沖碎石樁在水閘抗滲加固工程中的實際應用效果，希望能夠為水閘抗滲加固工程提供一種新的有效方法，同時也為進一步推廣和應用振沖碎石樁技術提供理論支持和實踐經驗。

1 水閘抗滲加固工程中的振沖碎石樁在工程應用

1.1 振沖碎石樁設計原理

振沖碎石樁的設計原理主要基于振動成樁技術和碎石材料的特性。通過振動設備將碎石材料強行擠入地基中，形成密實的碎石樁體。這種樁體具有良好的透水性、排水性和承載能力，能夠有效提高地基的密實度和穩定性[3]。振沖碎石樁示意圖如圖1所示。

1.2 振沖碎石樁施工工藝流程

振沖碎石樁施工工藝流程，如圖2所示。

由圖2可知，振沖碎石樁施工工藝流程主要包括定線測量、試樁、振沖施工、成樁檢驗[4]。施工控制要點包括前期準備、樁位定位放樣、吊車就位、振沖鉆孔、清潔孔洞、填料振密制樁、關機停水移位、清溝排污和后期處理等步驟。

1.3 振沖碎石樁在水閘抗滲加固工程中具體應用

振沖碎石樁在水閘抗滲加固工程中的應用主要涉及地基處理、水閘防滲和裂縫處理等方面。在地基中設置碎石樁體，可以提高地基的承載力和穩定性，減少滲透性。同時，樁體能夠形成有效的防滲屏障，阻止水流滲透進入水閘基礎內部，從而保證水閘的穩定性、保障安全性[5]。此外，振沖碎石樁還可以用來修復水閘的裂縫問題，填充裂縫并增強周圍土體的密實度和承載能力。

2 工程實例分析

2.1 工程概況

為分析振沖碎石樁在水閘抗滲加固工程中的應用效果，本研究選取了位于淮河支流的某水閘作為工程案例，該水閘主要用于泄洪、調節河流流量、農田灌溉。由于長期受到水流的沖刷和滲透作用，因此水閘基礎出現了嚴重的滲透破壞問題，同時水閘泄洪能力不足，已經無法滿足泄洪標準，為了修復這些問題并增強水閘的抗滲性能，工程采用振沖碎石樁加固技術，在施工過程中，通過地質勘探和試驗確定了地基的性質和參數，根據設計要求在水閘基礎周圍設置振沖碎石樁。施工時，樁體采用合適的碎石材料和振動設備參數，保證樁體的密實度和承載能力滿足設計要求，并在施工完成后進行質量檢測和評估。振沖碎石樁平面布置如圖3所示。

2.2 工程地質條件

該水閘的地質結構比較復雜，土壤含水量大，土質疏松。現場勘探檢測結果顯示土壤內摩擦角為18°～22°，該地區土壤在飽水狀態下的土壤承載力為15kPa、抗剪切強度為75kPa～95kPa。根據國家相關標準檢測水閘12m深地基土，根據檢測結果可知，在8級地震情況下，該水閘地基土發生明顯的地震液化現象，嚴重威脅大壩整體安全性，因此必須對該水閘地基進行抗滲加固。

3 應用效果分析

3.1 設計參數

在振沖碎石樁的設計過程中，考慮地基的土壤特性、水閘的使用需求以及預期的加固效果，將樁長設計為10m，樁徑400mm，根據地質勘探結果和工程經驗，選擇合適的碎石粒徑（40～120mm）和碎石材料的質量要求（含泥量小于5%）。同時，確定振沖器的振動頻率、振動力以及碎石的投料速率等關鍵參數，保證振沖碎石樁的施工質量和效果。

3.2 施工細節

施工準備：在施工前，須對施工區域進行詳細測量和放樣，確定樁位和樁距。同時，對施工設備進行全面檢查和調試，保證設備處于良好的工作狀態[6]。

樁位定位與振沖器安裝：采用打入木樁的方式在樁位中心進行定位，并使用吊車將振沖器與樁位對準，保證振沖器豎直懸空并離地面10～20cm。

振沖鉆孔：打開高壓清水泵，向孔內注入清水，并啟動振沖器進行鉆孔。在鉆孔過程中，根據土壤性質調整振沖器的振動頻率和振動力，保證鉆孔的穩定性和孔壁的完整性。

清潔孔洞：在鉆孔完成后，將振沖器吊出并與孔位對準，再次插入孔底進行清潔孔洞。在清潔過程中，注意觀察孔內的排漿情況，根據排漿情況確定清潔次數。

填料與振密：在清潔孔洞后，開始進行填料和振密工作。按照設計要求，分段填料并連續振密，直至孔口。在填料過程中，注意控制每次下料的用量和振沖器的振動參數，保證樁體的密實度和承載能力。

成樁檢驗：在樁體施工完成后進行成樁檢驗。采用承載力測試和滲透性測試等手段，評估樁體的質量和加固效果。

3.3 承載力測試

將本文振沖碎石樁技術應用在水閘抗滲加固工程后，對水閘抗滲加固工程中地基的3個樁位進行承載力試驗。將試驗設置標準為設計要求承載力特征值的2倍，水閘地基承載力測試結果，見表1。

根據表2的數據分別制作沉降－時間曲線、荷載－沉降曲線，如圖4、圖5所示。

根據要求將設計要求承載力特征值的2倍設置為最大加載壓力。復合地基承載力fspk的計算過程如公式（1）～公式（3）所示。

fspk=[1+m（n-1）]fsk （1）

（2）

fspk=[1+0.101×（3.5-1）]×100≈15.3kPa （3）

式中：fsk為處理后樁間土承載力特征值，取其天然地基承載力特征值，取100kPa；m為面積置換率；d為樁身平均直徑，取0.4m；de為單樁分擔的處理地基面積的等效圓直徑，de=1.05S，取1.05m，S為樁間距，取1.2m；n為復合地基樁土應力比，本工程n=3.5。

分析試驗結果表明，在水閘抗滲加固工程中，采用本文描述的振沖碎石樁技術后，水閘復合地基的承載力顯著提升。具體而言，該技術使水閘復合地基的承載力達到125.3kPa，這個數值不僅超過了120kPa的設計標準，而且充分滿足了水閘地基承載力的要求。這個成果主要歸功于振沖碎石樁技術的獨特優勢。振沖碎石樁采用振動成樁技術，使碎石材料在地基中形成密實的樁體。這些樁體與周圍土體形成復合地基，共同承擔上部荷載。碎石樁體具有較高的承載能力和較好的變形性能，能夠有效提高地基的承載力。

3.4 滲透性測試

將滲透系數作為本文技術在水閘抗滲加固工程中的應用效果評價指標。滲透系數的計算過程如公式（4）所示。

（4）

式中：L為水閘段落長度；Δp為兩側壓力差；h為水閘段落厚度；q為滲透流量。

為探討本文技術在水閘抗滲加固工程中的應用效果，將水閘劃分為6個段落，分析應用本文技術前后水閘段落滲透系數的變化情況，統計結果見表2。

對比采用本文技術前后的水閘段落滲透系數，可以明顯看出，采用本文技術后，水閘段落的滲透系數有所減少，不僅是數值減少，反映了水閘基礎物理性質的重要改變。滲透系數減少說明水分通過水閘基礎的速率減緩，也說明水閘防滲性能有所提升。滲透系數減少進一步說明了振沖碎石樁的碎石材料具有良好的透水性和排水性，應用本文技術可以提高水閘基礎的密實度和穩定性。在施工過程中，碎石材料能夠填充地基中的孔隙和裂縫，降低地基的滲透性。同時，碎石樁體還能夠與周圍土體形成緊密的接觸面，提高地基的整體防滲性能，當水閘面對各種外力作用時，能夠保證其結構的完整性和穩定性。

4 結語

在水閘抗滲加固工程中，振沖碎石樁技術以其獨特的設計原理和顯著的工程應用效果，為水閘的安全運行提供了有力保障。振沖碎石樁的設計原理是通過振動器的振動和沖擊作用，使土層產生液化和塑性變形，進而通過碎石材料填充形成堅實的樁體。這種樁體不僅能與周圍土體緊密結合，形成復合地基，還能有效提高地基的密實度和穩定性，從而減少滲透，提高水閘的抗滲性能。未來可以通過優化設計和施工技術進一步提高該技術的效果，為水閘的安全運行提供更加堅實的保障。

參考文獻

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