碼頭防護堤壩攪拌樁防滲加固設(shè)計

摘要：采用攪拌樁對碼頭防護堤壩進行加固，可以有效提升碼頭防護堤壩與碼頭的運營與建設(shè)的安全性和穩(wěn)定性。依據(jù)堤壩不同部位的特點，進行防滲加固設(shè)計，設(shè)定合理的參數(shù)。在施工時，嚴格依照要求與工藝進行操作，恰當(dāng)選擇攪拌設(shè)備的功率，精確控制下鉆和提鉆的技術(shù)，科學(xué)、合理地確定安全監(jiān)測的范圍、頻次和預(yù)警值。研究成果可以為碼頭防護堤壩工程提供科學(xué)、有效的解決方案，保障工程的安全建設(shè)。

關(guān)鍵詞：防護堤壩""攪拌樁""堤壩防滲""加固設(shè)計

Design"of"Anti-Seepage"Reinforcement"of"Mixing"Piles"for"the"Wharf"Protection"Embankment

SHENG"Qiao

CRCC"Harbour"and"Channel"Engineering"Bureau"Group"Co.，"Ltd.，"Wuhan，"Hubei"Province，"430000"China

Abstract："Using"mixing"piles"to"reinforce"the"wharf"protection"embankment"can"significantly"improve"the"safety"and"stability"of"the"wharf"protection"embankment，"as"well"as"the"operation"and"construction"of"the"wharf."Tailored"anti-seepage"reinforcement"designs"are"designed"based"on"the"specific"characteristics"of"different"sections"of"the"embankment，"with"rational"parameters."During"construction，"strictly"follow"the"requirements"and"processes"to"operate，"select"appropriate"power"for"mixing"equipment，"accurately"control"over"drilling"and"lifting"techniques，"and"scientifically"and"reasonably"determine"the"scope，"frequency，"and"warning"thresholds"for"safety"monitoring."These"research"findings"offer"a"scientific"and"effective"solution"for"wharf"protection"embankment"projects，"ensuring"the"safe"construction"of"the"projects.

Key"Words："Protection"embankment;"Mixing"pile;"Embankment"anti-seepage;"Reinforcement"design

碼頭的建設(shè)過程中，不可避免地需要對堤壩進行防滲加固。由于堤壩防滲工程所涉工藝和工序十分繁雜，所以，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都可能引發(fā)安全事故。

水泥攪拌樁常用于加固堤壩，主要原理為利用水泥凝結(jié)時愈發(fā)堅硬的特點，水泥與土充分混合后堅固性強，能夠形成堤壩防滲墻[1-4]。劉紅昌[5]、張臻[6]針對土石壩防滲加固方案的比選和設(shè)計展開了分析，結(jié)果表明采用攪拌樁加固堤壩經(jīng)濟性較好。盛小濤等人[7]總結(jié)了圍井反濾技術(shù)在應(yīng)對管涌險情時的應(yīng)用目標、達成條件、特殊環(huán)境下的應(yīng)用設(shè)計。朱宇星[8]對不同工況下水庫的滲流安全穩(wěn)定性展開分析研究，結(jié)果表明塑性混凝土防滲墻具有低滲透系數(shù)、高工作強度的材料特性。李林恩等人[9]通過改變塑性混凝土自身材料的水膠比，能夠更好地保障高水位情況下圍堰的正常運行。杜澤鵬等人[10]對防滲墻采用剛性混凝土和塑性混凝土兩種材料時的溫度應(yīng)力進行數(shù)值模擬計算，探討了北方寒冷地區(qū)混凝土防滲墻溫度應(yīng)力在墻體的分布狀況及其對墻體結(jié)構(gòu)的影響。以上研究成果為堤壩防滲加固提供了理論和實踐支持。本文依托某地碼頭堤壩防洪加固工程，對水泥攪拌樁加固堤壩提升穩(wěn)定性設(shè)計進行研究，以期為類似工程提供參考。

1"工程概況

某綜合碼頭工程處于在長江干流田家鎮(zhèn)河段左岸，所處位置的水域十分開闊，水陸運輸條件便捷，在港口開發(fā)建設(shè)方面具有優(yōu)良的自然條件和外部環(huán)境條件。需要加固的大堤樁號為K103+495—K102+730，屬3級堤防，工程處無護岸結(jié)構(gòu)。堤壩的頂部高度在25.5～25.8"m之間，防洪設(shè)計的水位是23.61"m，坡底的高度是20.60"m。目前，堤壩的頂部寬度大約是6"m，堤壩的內(nèi)外坡度比例是1：3。堤壩的內(nèi)外都有草皮保護，堤壩的內(nèi)部壓浸臺的寬度大概是30"m，堤壩的外部防浪林的寬度大概是50"m，所有的堤壩都已經(jīng)達到了建設(shè)的標準。根據(jù)相關(guān)設(shè)計報告，工程所涉堤段未進行堤身、堤基防滲加固措施。涉堤段典型斷面圖如圖1所示。

根據(jù)鉆孔揭露，結(jié)合主體工程可研階段勘察成果，擬建碼頭場地在勘探深度范圍內(nèi)所分布的地層依次為第四系人工填土（Q4ml）、全新統(tǒng)沖洪積（Q4al+pl）、殘坡積（Q4el+dl）及二疊系上統(tǒng)（P2）灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)頁巖等。工程區(qū)陸域場地的地下水類型包括上層滯水、巖溶裂隙水。堤內(nèi)場地所測地下水位埋深在0.0～7.7"m，標高處于6.21～16.16"m。

2"堤壩防滲加固設(shè)計

2.1""堤壩與引橋銜接處防滲處理

對引橋橋臺樁周于橋臺樁基施工結(jié)束后，進行靜壓注漿防滲處理（如圖2所示）。灌漿孔沿樁周外側(cè)0.2"m和0.8"m處雙排梅花型布置，間距0.6"m，深入堤基特定土層不少于1.5"m，漿液材料選用特定土，添加15%的42.5"MPa水泥。

灌漿漿液密度為1.3～1.6"g/cm3，穩(wěn)定性小于0.15"g/cm3，膠體率大于等于70%，每30"min失水量為10～30"cm2。注漿壓力管嘴指示控制最大50"kPa。自下而上分段灌漿，每米孔深灌注量現(xiàn)場試驗定，一般為0.3-0.5"m3，灌漿量或孔口壓力達標后，灌漿結(jié)束。每孔灌漿結(jié)束，封孔，拔出注漿管，用水泥砂漿封閉，孔口析水后，用土料回填整平。充填灌漿干法造孔，用XY-1型鉆機，孔徑50"mm，鉆孔位置偏差不超2"cm，垂直偏差小于孔深2％。

為了加強橋臺側(cè)面與堤身回填土體結(jié)合，減弱江水滲透，在1至4號引橋橋臺基礎(chǔ)施工中，于上、下游側(cè)面和迎水面鋪設(shè)一層外延3"m的土工膜，規(guī)格為兩布一膜（700"g/m2）。同時，樁基承臺基槽用黏性土回填壓實，厚度為100～15"cm，分層碾壓，壓實度不小于0.93。

為了保證堤身填土質(zhì)量，在填土結(jié)合面打坎，坎高15"cm、寬60"cm。依據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB"50283—2013），橋臺堤身回填土要求如下：（1）宜選黏性土，土料滲透系數(shù)≤1×10-5"cm/s；（2）黏粒含量10％～35％，塑性指數(shù)IP為10～20，不含植物根莖等雜質(zhì)；（3）有機混合物含量不超3%，水溶性鹽類含量不超2%；（4）土料含水率與最優(yōu)含水率偏差為±3％。

為了確保引橋橋臺支座外露及檢修方便，避免后期對堤身土體開挖，在堤身內(nèi)橋臺兩側(cè)新建C25重力式封邊擋土墻，墻高17"540"cm，頂寬35"cm，墻背坡比1：0.3，底部寬115"～77"m。

2.2""堤身段攪拌樁加固設(shè)計

如圖3所示，引橋與堤壩加固結(jié)合段長30"m，斜坡道路加固長20"m。水泥土攪拌樁樁徑為0.6"m，樁間距為1.2"m，矩形布置，樁長為7.4～10.8"m，樁底深入特定土層不少于1.5"m，成樁28"d后樁身抗壓強度不小于1.2"MPa，面積置換率19.6%，水泥摻量比20%，單樁承載力不小于84.9"kN，復(fù)合地基承載力為110"kPa。主體工程施工完后，本工程恢復(fù)道路范圍與堤頂加固一致，長92"m，恢復(fù)后，堤頂?shù)缆穼?.0"m，結(jié)構(gòu)層自上而下為22"cm厚混凝土（彎折強度不小于4.5"MPa）、15"cm厚水泥穩(wěn)定層（5：95）、15"cm厚水泥穩(wěn)定層（4：96）、夯實土層（密實度93%以上）。道路兩側(cè)用C30砼預(yù)制站石收邊，尺寸為15×40"cm。

對堤內(nèi)坡實體路基，填土用塑性指數(shù)7～10的砂性土料，且須滿足：土料中有機混合物含量不超5%，水溶性鹽類含量不超3%；填土滲透系數(shù)k≤1×10-4"cm/s；土料含水率與最優(yōu)含水率偏差±3%，壓實度≥0.65。

2.3""岸坡防護設(shè)計

2.3.1坡防護平面設(shè)計

本工程依平順護岸與穩(wěn)固岸腳原則，對現(xiàn)狀土質(zhì)岸坡新建兩級護坡。上級岸坡坡頂高程為19.0～16.0"m，坡腳高程為15.00～12.00"m，坡比為1：3.0～1：5.0，一級護坡坡腳設(shè)4"m寬中平臺。二級護坡頂高程為15.0～12.00"m，坡腳高程為9.70"m，坡比為1：3.0-1：20，坡腳新建4"m寬枯水平臺，高程為9.70"m，高于設(shè)計枯水位1"m?？菟脚_外側(cè)水下約30"m處（至深泓線附近或水下岸坡緩于1：4緩坡處）拋石護岸，拋石厚度不小于1"m，末端設(shè)10"m寬、不小于2.0"m厚防沖備填石平臺，拋石散石70%，籠石30%，粒徑為0.20～0.45"m，平均0.30"m。岸坡上下游設(shè)5.0"m×1.0"m格賓石籠封邊銜接。岸頂順水流設(shè)60×60"cm、壁厚25"cm的C25砼縱向排水溝，垂直水流向設(shè)間距100"m的橫向排水溝，與縱向相接并接枯水平臺。C25砼排水溝每10米設(shè)2"cm寬伸縮縫，內(nèi)嵌硬質(zhì)聚乙烯閉孔泡沫板。

2.3.2坡防護結(jié)構(gòu)設(shè)計

一級護坡坡面用厚30"cm的雷諾護墊護坡，下設(shè)單層350"g/m2土工布；坡頂新建60×60"cm、壁厚25"cm的C25砼縱向排水溝，坡腳新建1.0"m×1.5"m的C25混凝土護腳槽，下設(shè)10"cm厚砂石混合料墊層；二級護坡坡腳新建2"m寬、2.0×1.0"m的C25混凝土護腳槽，下設(shè)2.0×0.5"m的格賓籠石；護腳槽外側(cè)設(shè)2"m寬、2.0×1.5"m的格賓籠石枯水平臺?？菟脚_以下水下拋石護岸，散石70%，，籠石30%。上、下游邊線處格賓籠石封邊5.0×1.0"m，枯水平臺以下用5"m、寬1"m厚拋石與現(xiàn)狀岸坡順接。護岸C25混凝土排水溝及護腳槽每10米設(shè)2"cm寬伸縮縫，內(nèi)嵌硬質(zhì)聚乙烯閉孔泡沫板。

2.4""堤內(nèi)橋墩反濾設(shè)計

如圖4所示，橋墩基礎(chǔ)周邊5"m范圍內(nèi)下挖1"m，自下至上依次鋪設(shè)單層350"g/m2土工布、60"cm厚反濾料及40"cm厚砂性土。土工布規(guī)格為350"g/m2，沿承臺周邊鋪設(shè)，高程與承臺頂面一致，側(cè)面向下與承臺側(cè)邊粘貼相接1"m，搭接部位重疊50"cm。反濾料：上部設(shè)3層反濾，依次為20"cm厚碎石、20"cm厚粗砂和20"cm厚細砂，上部用砂性土回填，IP為7～10，分層碾壓密實，相對密度不小于0.65。

3"堤壩攪拌樁加固施工

3.1""施工要求

依照《復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范》（GB/T"50783—2012）規(guī)定[11]，設(shè)計樁長需要依據(jù)施工機械的能力予以明確，噴漿攪拌法的加固深度不宜超出20"m，噴粉攪拌法的加固深度不宜超過15"m。據(jù)此結(jié)論判定：若攪拌樁長大于20"m，則屬于“超深攪拌樁”；攪拌樁長在20"m及以內(nèi)時，于普通軟土下的基礎(chǔ)加固處理工藝已然成熟，質(zhì)量處于可控狀態(tài)；當(dāng)樁長大于20"m且遭遇復(fù)雜軟土地質(zhì)時，必然會在常規(guī)工藝的基礎(chǔ)上增添技術(shù)難度，所以，需要在原有工藝上進行改進，方能保障超深樁基的強度與質(zhì)量。

在施工加固深度的范圍里，土體的任何一點均應(yīng)攪拌20次以上，結(jié)合傳統(tǒng)設(shè)計的3層6翼片或4層8翼片鉆頭，倘若按照常規(guī)的“四攪四噴”工序進行控制，攪拌頻率分別能夠達到24次和32次，雖然滿足技術(shù)規(guī)范的要求，然而卻存在工序繁雜、作業(yè)耗時久、經(jīng)濟效益低下等不利因素。

3.2""攪拌設(shè)備功率

隨著軟土深度的增加，攪拌樁鉆桿和鉆頭所面臨的阻力會增大，在一定的軟土深度下，鉆頭的提速或攪拌難以滿足技術(shù)要求。在深層進行噴漿（粉）時，必然會受到水或土壓力的影響，所施加的注漿（粉）壓力過大，則更易引發(fā)向上返漿或地下竄漿的情況，造成水泥材料的過度浪費；反之，施加的壓力過小，又無法確保攪拌樁的水泥摻量和成樁質(zhì)量。攪拌設(shè)備功率的大小是在軟土中高質(zhì)量成樁的關(guān)鍵所在，樁身每斷面的攪拌位置與噴漿（粉）務(wù)必要同步且同時進行，否則膠凝材料難以與軟土更為良好地拌和均勻，進而導(dǎo)致芯樣不連續(xù)或強度不合格等質(zhì)量問題。

3.3""下鉆技術(shù)控制

運用DGN-28型攪拌設(shè)備，并配置多翼片攪拌鉆頭與高壓輔助攪拌裝置來施行，依據(jù)設(shè)備功率，結(jié)合“二攪二噴”和“四攪四噴”工藝來開展，通過下鉆和提鉆對復(fù)雜或超深軟土進行高頻攪拌與復(fù)雜軟土的處理。

依據(jù)不同的軟土含水量，開展水泥摻量配合比的設(shè)計，以保證樁基芯樣的完整性和強度。具體操作方式如下：啟動灰漿泵，當(dāng)灰漿從噴嘴噴出時，開啟樁機向下旋轉(zhuǎn)鉆進攪拌；水泥攪拌樁機就位后，開始鉆進并噴漿，確保水泥漿用量和水泥漿總用量。能夠適當(dāng)調(diào)整提升和鉆進的速度，過程中要隨時留意深層監(jiān)測儀的記錄數(shù)據(jù)，從而進行動態(tài)調(diào)整。要定期對攪拌翼片的直徑大小進行檢查，當(dāng)直徑損量大于10"mm時，必須更換翼片。當(dāng)鉆進噴漿成樁達到設(shè)計樁長或?qū)游缓螅柙谠貒姖{半分鐘，然后反轉(zhuǎn)勻速提升，其深度誤差不能超過5"cm。在下沉鉆頭進行鉆進時，要依據(jù)土質(zhì)的軟硬情況，選擇合適的擋位，同時要時刻留意電流的變化，及時進行換擋操作。

3.4""提鉆技術(shù)控制

當(dāng)攪拌鉆頭抵達設(shè)計深度時，應(yīng)將攪拌頭反轉(zhuǎn)，同時噴漿并提升攪拌。要嚴格把控攪拌速度，噴漿、攪拌、提升3項同步開展，將水泥漿充分與土體拌和均勻。鉆進速度和提升速度參照表1進行控制，在試樁過程中，應(yīng)當(dāng)認真做好記錄，當(dāng)鉆頭提升至設(shè)計頂標高以上50"cm后，停止噴漿。

4"堤壩加固施工安全監(jiān)測

4.1""監(jiān)測范圍

為了明確堤防在工程施工期和運行期的沉降變形與水平位移情況，依照相關(guān)規(guī)定[12-13]，在碼頭翻堤運輸通道引橋上下游5"m處各自設(shè)置1個監(jiān)測斷面，一共設(shè)置8個堤防安全監(jiān)測斷面。每個監(jiān)測斷面都安排4個監(jiān)測點，分別是堤內(nèi)腳、堤內(nèi)肩、堤外肩、堤外腳。這些監(jiān)測點在工程開始前就進行埋設(shè)，用于施工期和運行初期（竣工后1年）的監(jiān)測。在堤內(nèi)距離堤腳200～300"m的位置布置1組工作基點，基點至少由2個混凝土柱普通水準標石組成一組，且基點需位于未受擾動的土體上。沉降和水平位移的測點采用混凝土水準標石，布置測點時挖一個50"cm×50"cm、深80"cm的深坑，用C20混凝土澆筑監(jiān)測點基座，在基座頂面埋設(shè)不銹鋼標芯，并標注測點編號、埋設(shè)年月等信息。

4.2""監(jiān)測頻次

按照相關(guān)規(guī)定[12-13]，基于堤防工程的實際情況，明確堤防位移和沉降的監(jiān)測頻次。在施工期，每天進行1次監(jiān)測；運行初期的汛期（5月至10月上旬），每周監(jiān)測1次；運行期的非汛期（10月中旬至次年4月），每月監(jiān)測1次。監(jiān)測期限：依據(jù)涉河建設(shè)方案的施工工期安排，施工期設(shè)定為2年；運行初期的監(jiān)測時間為竣工后的1年。

4.3""監(jiān)測項目預(yù)警

參照《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標準》（GB"50497—2019）中“表8.0.4土質(zhì)基坑及支護結(jié)構(gòu)監(jiān)測預(yù)警值”中一級基坑的預(yù)警值范圍，并結(jié)合有關(guān)部門的規(guī)定、經(jīng)驗類比值來確定具體工點監(jiān)測項目的預(yù)警值。沉降、水平位移的預(yù)警值如表2所示。

5"結(jié)論

（1）針對碼頭防護堤壩攪拌樁防滲加固展開設(shè)計、施工與安全監(jiān)測的研究，有效消除并減弱了碼頭建設(shè)和運行給堤防安全帶來的不利影響?？紤]到堤壩與引橋銜接處、堤身段、岸坡防護玌堤內(nèi)橋墩存在不同特點，相應(yīng)地實施了防滲加固與防護措施。

（2）施工期間，通過合理選定攪拌設(shè)備功率，精準把控下鉆和提鉆技術(shù)，保證了攪拌樁的質(zhì)量與加固成效。依據(jù)不同的軟土狀況，開展水泥摻量配合比設(shè)計，進一步確保了樁基芯樣的完整性和強度。

（3）在堤壩監(jiān)測方面，參考借鑒相關(guān)領(lǐng)域規(guī)范，確定合理的的監(jiān)測范圍、頻次玌預(yù)警值，能夠及時且有效地掌握堤防在施工期和運行期的沉降變形與水平位移狀況。

（4）工程施工前和施工中，應(yīng)做好臨時度汛措施，并對現(xiàn)有堤防、護岸等堤防設(shè)施按要求進行監(jiān)測，提出切實可行的應(yīng)急處理措施，確保堤防安全。一旦出現(xiàn)險情，應(yīng)及時上報和進行搶險。

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