高壓擠密灌注樁技術(shù)在采兔溝水庫(kù)泄洪洞加固工程中的應(yīng)用

任培清　郭俊平

（神木縣水務(wù)集團(tuán)有限公司陜西神木719300）

高壓擠密灌注樁技術(shù)在采兔溝水庫(kù)泄洪洞加固工程中的應(yīng)用

任培清郭俊平

（神木縣水務(wù)集團(tuán)有限公司陜西神木719300）

本文針對(duì)采兔溝水庫(kù)泄洪洞加固工程中，為解決泄洪洞基礎(chǔ)沉降導(dǎo)致沉降縫止水帶破壞而出現(xiàn)局部滲水、漏水帶沙問題，對(duì)高壓擠密灌注樁的施工技術(shù)和施工工藝進(jìn)行了闡述，為類似工程的除險(xiǎn)加固提供借鑒。

擠密灌注樁；加固；水庫(kù)

1　工程概況

采兔溝水庫(kù)工程位于禿尾河中游干流上，壩址距神木縣城35km。水庫(kù)是以供水為主，保證下游灌溉及生態(tài)用水等綜合利用的水利工程。水庫(kù)工程設(shè)計(jì)總庫(kù)容7281萬(wàn)m3，有效庫(kù)容6797.5萬(wàn)m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容5800萬(wàn)m3。水庫(kù)設(shè)計(jì)日供水能力15萬(wàn)m3，年供水總量5445萬(wàn)m3，供水保證率95%。水庫(kù)工程主要由大壩、泄洪洞、引水管、工作橋、大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)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(zhǎng)668m，最大泄洪流量59.78m3/s。

2　水庫(kù)工程存在的問題

水庫(kù)工程于2005年9月開工建設(shè)，2008年11月竣工。2009年10月開始試蓄水。2010年6月對(duì)水庫(kù)進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果表明，泄洪洞的洞身檢測(cè)的強(qiáng)度值滿足設(shè)計(jì)要求，但泄洪洞底部存在較多疏松區(qū)域；泄洪洞與放水塔之間出現(xiàn)不均勻沉降約30mm左右；其余伸縮縫處基礎(chǔ)也有不同程度的沉降，個(gè)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(chǎn)生的變形引起的，并且在水庫(kù)蓄水至正常蓄水位后，由于荷載的變化，存在問題會(huì)進(jìn)一步加劇。因此，為了提高泄洪洞基礎(chǔ)的均勻性和承載力，減少泄洪洞一定范圍內(nèi)的沉陷變形量，須對(duì)泄洪洞進(jìn)行基礎(chǔ)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(jù)檢測(cè)成果資料，結(jié)合泄洪洞的實(shí)際情況，經(jīng)多方論證，提出了水庫(kù)泄洪洞基礎(chǔ)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(shè)計(jì)及要求

為了控制洞基礎(chǔ)沉降變形，根據(jù)泄洪洞上部壩體和水體的荷載情況，考慮洞內(nèi)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(chǔ)達(dá)到密實(shí)狀態(tài)。即為在第2～10洞段基礎(chǔ)處理深8m，第11洞段基礎(chǔ)處理深6m，第12洞段洞基礎(chǔ)處理深3m，主要是對(duì)沙層擠密低流動(dòng)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(wú)機(jī)注漿料灌漿，處理深度為3m。

在每段洞底布置10個(gè)孔，分兩排布置，橫向孔間距為1.6m，距兩側(cè)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(shí)應(yīng)先探明鋼筋位置，以防誤傷鋼筋。施工過程要緩慢進(jìn)行，對(duì)粘土層和土工膜不能造成擾動(dòng)或擾動(dòng)很小，對(duì)洞身結(jié)構(gòu)不能造成次生損害或者破壞。初步設(shè)計(jì)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(qiáng)度不小于3MPa。施工時(shí)注漿壓力等參數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整。

施工完成后，在兩孔中間鉆孔取樣檢測(cè)相對(duì)密實(shí)度（相對(duì)密實(shí)度不小于0.75），并采用探物方法檢測(cè)基礎(chǔ)的均勻性，確保基礎(chǔ)砂層密實(shí)。

3.3擠密灌注樁施工

3.3.1擠密灌注樁生產(chǎn)性試驗(yàn)

施工前先進(jìn)行擠密灌注樁生產(chǎn)性試驗(yàn)確定符合設(shè)計(jì)強(qiáng)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(shù)及配套泵送設(shè)備；確定擠密灌注樁能達(dá)到的擠密灌注效果。

通過試驗(yàn)得出：（1）試驗(yàn)證明，采用2MPa～4MPa的灌漿壓力，調(diào)節(jié)灌漿量，在試驗(yàn)平臺(tái)的地基內(nèi)灌入低塌落度的水泥粘土細(xì)石砂漿，能形成直徑400mm～700mm連續(xù)、完整的樁；（2）通過原狀砂樣對(duì)比測(cè)試、標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)、地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試、鉆孔取芯等多種方法，其結(jié)果表明，采用施工擠密灌注樁能對(duì)樁周邊一定半徑內(nèi)的砂層，起到擠壓密實(shí)作用，砂相對(duì)密度均能達(dá)到0.75的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；（3）通過樁身的材料強(qiáng)度測(cè)試和室內(nèi)配比試驗(yàn)，樁身的抗壓強(qiáng)度大于10MPa；（4）通過灌漿試驗(yàn)表明，在正常工作狀態(tài)下，管口的最大灌漿壓力＜5MPa；對(duì)不同深度的注入量進(jìn)行控制，可防止抬動(dòng)。

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(xì)石砂漿→安裝管路及拔管裝置→送漿→擠密灌注（抬動(dòng)觀測(cè)）→提升灌注管→灌入→重復(fù)提升、灌入→灌注結(jié)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(zhì)鉆機(jī)，混凝土底板采用91mm金鋼石鉆頭進(jìn)行鉆孔。鉆孔鉆進(jìn)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(dāng)調(diào)整孔位，避開砼內(nèi)鋼筋，避免在鉆孔時(shí)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(shè)備（打樁機(jī)、液壓振動(dòng)）無(wú)法進(jìn)洞，中型設(shè)備2.0m寬能進(jìn)洞又不能靠邊（擠密樁孔距泄洪洞邊墻0.7m），結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，砂層成孔采用以下方案:

YB-30液壓設(shè)備靜壓+清水泵泵送清水沖洗：利用液壓設(shè)備向下施加靜壓力，將灌漿鋼管壓入砂層內(nèi)，同時(shí)人工轉(zhuǎn)動(dòng)灌漿管，并在管內(nèi)插入小直徑?jīng)_砂鋼管沖洗灌漿管內(nèi)砂子，當(dāng)壓入阻力過大時(shí)，可將沖砂水管伸至管腳處，使其適當(dāng)擾動(dòng)管腳及管壁附近砂體，使砂體在半懸浮狀態(tài)下促使灌漿管在壓力作用下下沉，須注意應(yīng)采用閥門調(diào)節(jié)控制沖水量，使水量及壓力既能擾動(dòng)少量砂體，又不至于將大量砂體帶出，直至設(shè)計(jì)孔深。在此過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制水量與水壓，使其帶出砂量控制在一定范圍內(nèi)。

（2）灌注材料配合比及塌落度確定。根據(jù)材料配合比及塌落度，設(shè)定材料配合比為：水泥:砂:石屑:膨潤(rùn)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(duì)每批次輸出的漿材進(jìn)行塌落度測(cè)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(rùn)滑漿對(duì)各管路進(jìn)行潤(rùn)滑，檢查輸送管系統(tǒng)是否堵塞。并安裝好提升拔管機(jī)。

（4）灌注。①連續(xù)泵送材料，記錄灌滿檢測(cè)量筒（500mm×500mm×500mm）的沖程次數(shù)，計(jì)算出泵送1次的材料量。根據(jù)灌漿沖程次數(shù)或量測(cè)泵上進(jìn)料斗的吸入量，計(jì)量漿材灌入量；②啟動(dòng)灌入泵。每1m灌漿孔段分3段進(jìn)行灌入，當(dāng)灌漿段達(dá)到目標(biāo)灌入量后，提升灌漿管33cm；③反復(fù)提升、灌入、記錄；④材料灌入到達(dá)混凝土底板時(shí)，結(jié)束該孔的施工，移至另孔進(jìn)行施工；⑤在灌入過程中，保證灌入泵的儲(chǔ)料高度須超料斗的2/3；密切觀測(cè)泵的壓力、表的壓力變化；每灌完一段后，在灌漿記錄表里認(rèn)真記錄該段的灌入壓力和灌入量。

（5）灌入施工參數(shù)控制。①灌入方式：采用自下而上，分段灌入方法。②灌入量：當(dāng)分段灌入量達(dá)到目標(biāo)灌入量時(shí)，停止該段灌入。以形成樁徑為500mm計(jì)算，泵上進(jìn)料斗的吸入量為0.06m3/段；以形成樁徑為600mm計(jì)算，泵上進(jìn)料斗的吸入量為0.09m3/段；以形成樁徑為700mm計(jì)算，泵上進(jìn)料斗的吸入量為0.12m3/段。③灌入速度：控制細(xì)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(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。①定量灌入：分段灌入量達(dá)到理論樁徑所需材料用量時(shí)停止灌入。②抬動(dòng)結(jié)束：根據(jù)抬動(dòng)觀測(cè)記錄，當(dāng)抬動(dòng)值達(dá)到0.1mm時(shí)，降低灌入速率和灌入量，如抬動(dòng)持續(xù)增大，則當(dāng)抬動(dòng)值達(dá)到0.2mm時(shí)，結(jié)束灌漿。③在試驗(yàn)過程中，為觀察、記錄所發(fā)生的抬動(dòng)現(xiàn)象，部分樁只采用定量灌入結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

（7）抬動(dòng)觀測(cè)。①抬動(dòng)觀測(cè)孔布置：在泄洪洞每個(gè)洞段距上游伸縮縫、左（右）側(cè)墻各1m處布置一個(gè)抬動(dòng)觀測(cè)孔，與灌漿孔位錯(cuò)開，施工擠密灌注樁過程中均進(jìn)行抬動(dòng)觀測(cè)，并做好相應(yīng)記錄；②砼抬動(dòng)變形允許值為200μm；③抬動(dòng)觀測(cè)過程中，當(dāng)變形值接近允許值或變形值上升較快時(shí)，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(nèi)漿液固結(jié)體取出掃孔到接觸段；②用高強(qiáng)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(zhì)量檢查成果。

擠密灌注樁檢查孔數(shù)量按5%布置，從6個(gè)檢查孔的檢測(cè)結(jié)果表明，通過擠密灌注樁施工處理，泄洪洞基礎(chǔ)砂層得到擠壓密實(shí)，砂相對(duì)密度均能達(dá)到0.75，滿足設(shè)計(jì)要求。地質(zhì)雷達(dá)掃描檢查主要分兩個(gè)階段進(jìn)行，即施工前、后分別對(duì)待擠密灌漿區(qū)域和灌漿區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)掃描，根據(jù)灌漿前后泄洪洞底板檢驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的雷達(dá)圖像表明：在抽檢部位范圍內(nèi)，原來泄洪洞襯砌板后部填砂相對(duì)疏松區(qū)域（砂密度較小、空洞或高含水），經(jīng)擠密灌注樁施工處理后，相對(duì)疏松區(qū)域較灌漿前有很大程度的改善，相對(duì)疏松區(qū)基本消失。

（2）2012年11月，陜西省水利工程質(zhì)量檢測(cè)中心站通過對(duì)泄洪洞處理工程檢測(cè)及試驗(yàn)所獲得的數(shù)據(jù)、資料和圖像等進(jìn)行綜合分析認(rèn)為：泄洪洞底板通過擠密樁加固，伸縮縫及原有裂縫經(jīng)過處理后，結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)穩(wěn)固，達(dá)到了基礎(chǔ)處理加固的目的。

（3）泄洪洞基礎(chǔ)處理結(jié)束后，2012年8月14日至15日南京水利科學(xué)研究院組織蓄水安全鑒定專家對(duì)采兔溝水庫(kù)工程進(jìn)行蓄水安全鑒定，鑒定認(rèn)為：采兔溝水庫(kù)泄洪洞缺陷處理工程設(shè)計(jì)合理；施工滿足設(shè)計(jì)和要求。泄洪洞缺陷已經(jīng)處理，工程形象面貌滿足蓄水條件，水庫(kù)可擇時(shí)下閘蓄水運(yùn)行。建議逐步抬高蓄水位，逐步加大泄洪洞流量，運(yùn)行中根據(jù)實(shí)際情況確定設(shè)置大壩貼破排水及泄洪洞下游出水口反濾保護(hù)的必要性；同時(shí)，應(yīng)加大大壩及泄洪洞、滲流的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

（4）2013年在泄洪洞洞底每節(jié)伸縮縫兩側(cè)設(shè)立測(cè)點(diǎn)不銹鋼水準(zhǔn)標(biāo)志，測(cè)點(diǎn)編號(hào)D1、D2、D3…、D34。西安誠(chéng)信測(cè)繪數(shù)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(cè)底板高程1054.011m作為起始數(shù)據(jù)，采用四等幾何水準(zhǔn)測(cè)量方法和技術(shù)要求測(cè)定點(diǎn)間高差，推算洞身段測(cè)點(diǎn)高程值，各期高程值較差均小于±14.14 mm。根據(jù)各期高程計(jì)算編制泄洪洞洞底垂直方向位移量位移得出各洞段測(cè)點(diǎn)總沉降量大部分趨于-4mm～-10mm，個(gè)別測(cè)點(diǎn)最大沉降量為-13.1mm，但也小于±14.14mm。綜合對(duì)比分析認(rèn)為：泄洪洞穩(wěn)定。

5　結(jié)語(yǔ)

采兔溝水庫(kù)導(dǎo)流泄洪洞采用高壓擠密注漿的處理方式，解決了水庫(kù)泄洪洞的滲水、漏水問題，保證了壩體的穩(wěn)定運(yùn)行。該技術(shù)可以應(yīng)用到加固失穩(wěn)建筑物、特殊環(huán)境和特殊地質(zhì)條件下的地基處理工程中，并在施工技術(shù)和施工工藝上取得較好的經(jīng)驗(yàn)，為今后病險(xiǎn)水庫(kù)的加固除險(xiǎn)提供借鑒。陜西水利

（責(zé)任編輯：唐紅云）

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