淺析高壓旋噴樁在水閘地基防滲處理中的應(yīng)用

【摘要】水閘作為低水頭水工建筑，主要用來(lái)調(diào)節(jié)流量和控制水位，具體發(fā)揮引/泄水及擋水的作用。目前，水閘在發(fā)電、防洪、排灌、灌溉等水利工程中的應(yīng)用較為廣泛，而水閘地基的防滲處理事關(guān)水閘的運(yùn)行使用質(zhì)量，理應(yīng)加以重視。在本案，筆者結(jié)合廣東地區(qū)水閘工程的實(shí)際情況，淺析高壓旋噴樁在水閘地基防滲處理中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】水閘地基；防滲處理；高壓旋噴樁

引言

廣東某水閘地基的土（巖）層接近海堤地基土（巖）層，具體由海相沉積層（Q4m）、河流沖擊層（Qal）、殘積層（Qel）和基巖風(fēng)化層（r52-3/∈bc）組成。水閘的地下水主要為第四系松散沙層的孔隙潛水，其具有微承壓性；弱透水層為淤泥和淤泥質(zhì)土；基巖裂隙水分布在基巖風(fēng)化裂隙中，具體較差的富水性。為了滿足地基加固與防滲的要求，一般采用高壓旋噴樁施工技術(shù)，且其應(yīng)用效果令人滿意。據(jù)此，下文首先簡(jiǎn)單介紹高壓旋噴樁的工藝設(shè)計(jì)，然后再進(jìn)一步分析其在廣東地區(qū)水閘地基防滲處理中的應(yīng)用控制，以供借鑒。

一、施工工藝設(shè)計(jì)

高壓旋噴樁主要通過(guò)高壓旋轉(zhuǎn)的噴嘴把水泥漿噴入土層，使之與土體混合，并形成連接搭接的水泥加固體，其具有噪音低、振動(dòng)小和施工占地少的優(yōu)點(diǎn)，且適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土等地基。按噴射方法來(lái)劃分，噴射注漿分為單管法、二重管法和三重管法，而噴射注漿的加固半徑受噴射壓力、提升速度、噴咀直徑、漿液稠度及加固土的抗剪強(qiáng)度等因素的影響；加固體強(qiáng)度受單位加固體內(nèi)水泥的摻量及土質(zhì)的影響。在高壓噴射注漿中，其成樁機(jī)理主要表現(xiàn)為充填與滲透固結(jié)、壓密、混合攪拌、升揚(yáng)置換及土體破壞的作用。據(jù)此，筆者分別從以下方面淺析高壓旋噴樁的工藝設(shè)計(jì)：

（一）確定加固體的直徑

高壓旋噴樁的直徑一般采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法加以確定，注意在試驗(yàn)中將其影響因素（如噴射壓力、提升速度、噴咀直徑、漿液稠度等）考慮其中。

（二）布置型式

旋噴樁的平面布置型式一般由加固的目的而定，其中基礎(chǔ)承重選用分離布置的單樁；防水帷幕選用排樁和板墻；整體加固多用來(lái)防止基底涌土或改善土體的穩(wěn)定性；地基的水平隔水層選用水平封閉樁。

（三）設(shè)計(jì)承載力計(jì)算

1.按樁身強(qiáng)度，旋噴樁的容許承載力，其中表示樁體材料強(qiáng)度的折減系數(shù)，一般取0.4-0.5；表示樁體試件（7*7*7cm）的室內(nèi)平均抗壓強(qiáng)度，kPa；表示樁的橫斷面積。

2.按土體強(qiáng)度，旋噴樁的容許承載力，其中，表示樁身的截面周長(zhǎng)，具體按樁體直徑進(jìn)行計(jì)算，m；表示土層的容許摩阻力，kPa；表示土層的厚度，m；表示樁底的支撐面積，具體按樁體直徑進(jìn)行計(jì)算，為m；表示樁尖地基的容許承載力，kPa。

3.復(fù)合地基的容許承載力，其中，表示地基的承載力折減系數(shù)，在不受到樁間土的作用時(shí)，=0；表示單樁承載力， kPa；樁間土的地基承載力， kPa；表示樁的荷載面積；表示樁的斷面積。

（四）計(jì)算漿量

漿量的計(jì)算方法包括噴量法和體積法兩種，其中噴射漿量的設(shè)計(jì)值取較大計(jì)算結(jié)果。

1.噴量法：漿量，其中，表示噴射長(zhǎng)度，m；表示提升速度，m/min；表示單位噴漿量，m3/m；表示損失系數(shù)，一般取0.1-0.2。

2.體積法：漿量，其中，表示旋噴固結(jié)體的直徑，m；表示注漿管的直徑，m；表示填充率，一般取0.75-0.9；表示旋噴范圍天然土的填充率，一般取0.5-0.75；表示旋噴長(zhǎng)度，m；表示未旋噴長(zhǎng)度，m。一般來(lái)講，根據(jù)噴漿量和水灰比，便可算出水泥的用量。

（五）樁體強(qiáng)度

根據(jù)設(shè)計(jì)要求可知，旋噴樁在成樁28d之后先抽芯取樣，再開(kāi)展無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，其中抽檢數(shù)取2%（≧2根）；無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度≧設(shè)計(jì)值；復(fù)合地基承載力≧設(shè)計(jì)值。

在案例水閘中，左右側(cè)連接壩段在初期未設(shè)防滲墻，但地基在試蓄水階段出現(xiàn)繞壩肩側(cè)向滲漏，并引起兩側(cè)門(mén)口大沉降。根據(jù)上述設(shè)計(jì)要求及工程概況，提出以下地基防滲處理方案：沿門(mén)庫(kù)外緣20cm處設(shè)防滲墻，使之與水閘上游的防滲墻組成防滲體系，其中旋噴樁直徑為120cm；樁中心距為89.44cm；搭接長(zhǎng)度為30.56cm；樁身強(qiáng)度≧5MPa；滲透系數(shù)<7-10cm/s。通過(guò)試樁試驗(yàn)，決定采取三重管法噴射注漿，其中噴漿量取1.35m3/m，水灰比取1：1.5，同時(shí)選用150地質(zhì)鉆機(jī)施工。據(jù)28d取芯試驗(yàn)結(jié)果，樁身強(qiáng)度為8-11MPa，且經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，未出現(xiàn)壩肩側(cè)向繞流現(xiàn)象和門(mén)庫(kù)沉降現(xiàn)象。

二、施工工藝控制

圖1為高壓旋噴樁的施工工藝流程圖。結(jié)合圖1所示，筆者認(rèn)為應(yīng)從以下方面加強(qiáng)對(duì)高壓旋噴樁的施工質(zhì)量控制：

（一）在正式施工之前進(jìn)行試樁，并重點(diǎn)開(kāi)展室內(nèi)配比試驗(yàn)、試樁試驗(yàn)，其中室內(nèi)配比試驗(yàn)步驟如下：在室內(nèi)烘干、碾碎現(xiàn)場(chǎng)取土樣→用2-5mm的篩分出粉狀土→按設(shè)計(jì)要求依次開(kāi)展攪拌、養(yǎng)護(hù)和力學(xué)試驗(yàn)→得出噴漿量與水灰比，注意可在漿液中摻入外摻劑來(lái)改善漿液的綜合性能，且當(dāng)土樣的含水量在試驗(yàn)之前發(fā)生了改變，應(yīng)將之調(diào)為天然含水量；試樁試樣步驟如下：按室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果制備漿液，并在試驗(yàn)點(diǎn)設(shè)多根試樁，然后再按試樁結(jié)果確定工藝參數(shù)。（二）按設(shè)計(jì)要求控制水灰比，注意在制漿時(shí)切忌隨意改變水灰比；在旋噴時(shí)，不得使用過(guò)期或受潮的水泥，以防泥漿沉淀引起濃度下降；在漿液在攪拌結(jié)束送入吸漿桶時(shí)，需篩網(wǎng)過(guò)濾，其中篩的過(guò)濾孔應(yīng)比噴嘴直徑的1/2小。（三）在旋噴時(shí)，冒漿量應(yīng)比注漿量的1/5小，如若出現(xiàn)不冒漿或冒漿量>1/5的情況，則需先查明原因，再按需調(diào)整噴嘴直徑或選噴參數(shù)。（四）在旋噴時(shí)，如若出現(xiàn)機(jī)械故障而引起旋噴中斷，則需先重新鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高，再重新旋噴；如若遇到大漂石或孤石，需移動(dòng)樁體位置，以免出現(xiàn)畸形樁或斷樁。（五）鉆桿的提升與旋轉(zhuǎn)應(yīng)連續(xù)不中斷，且在接長(zhǎng)鉆桿（或繼續(xù)旋噴）時(shí)，應(yīng)確保鉆桿的搭接長(zhǎng)度為10-20cm，以免出現(xiàn)斷樁。一般來(lái)講，在水閘地基防滲處理中，高壓旋噴樁的施工質(zhì)量應(yīng)滿足表1所示要求。

三、結(jié)語(yǔ)

在廣東地區(qū)水閘地基防滲工程中，高壓旋噴樁的應(yīng)用具有施工簡(jiǎn)便、機(jī)械設(shè)備簡(jiǎn)單、耐久性好、取料方便及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也不會(huì)對(duì)水閘的正常使用產(chǎn)生影響。但在設(shè)計(jì)時(shí)，如若地下水存在侵蝕性的特征，且流速較大，則需通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定施工工藝的參數(shù)。

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作者簡(jiǎn)介：劉思韻（1987）女 廣東廣州 本科 工程師 從事水利工程設(shè)計(jì)工作