高壓旋噴樁在攔河閘基礎(chǔ)中的應(yīng)用

邊慧霞，張瑜芝,，田維雄

(1.華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450045；2.山西省漳河水利工程建設(shè)管理局，山西 太原 030002)

高壓旋噴樁在攔河閘基礎(chǔ)中的應(yīng)用

邊慧霞1，張瑜芝1,2，田維雄2

(1.華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450045；2.山西省漳河水利工程建設(shè)管理局，山西 太原 030002)

摘要：以山西省淜頭水電站攔河閘基礎(chǔ)處理工程為例，對高壓旋噴樁在低液限黏土層、卵石混合土層及級(jí)配不良礫互層等復(fù)雜閘基加固中的施工過程進(jìn)行了分析，并對樁體噴射中遇到的問題根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析處理，通過現(xiàn)場取芯、單樁載荷試驗(yàn)樁徑檢測及樁間土檢測對加固效果進(jìn)行分析評價(jià)，可以為類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：高壓旋噴樁；閘基礎(chǔ)；黏土層；噴射控制；主要措施；質(zhì)量檢測

高壓旋噴樁屬于高壓噴射注漿法范疇。它是20世紀(jì)70年代日本首先提出，在靜壓注漿的基礎(chǔ)上，采用高壓水射流切割技術(shù)而發(fā)展起來的[1]。高壓旋噴樁是以高壓旋轉(zhuǎn)的噴嘴將水泥漿噴入土層與土體混合，形成連續(xù)搭接的水泥加固體[2]。它具有可灌性好、成效優(yōu)良以及適用地層廣、深度大、施工機(jī)具簡單、施工簡便、施工迅速等工藝特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、建筑的軟土地基處理，既有建筑的地基加固，水庫防滲處理等工程中，是一項(xiàng)先進(jìn)、有效、實(shí)用的技術(shù)。本文結(jié)合淜頭水電站攔河閘基礎(chǔ)處理工程，對高壓旋噴樁施工進(jìn)行具體分析，為類似工程提供借鑒。

1工程基本資料

1.1工程概況

淜頭水電站工程位于山西省長治市平順縣北耽車村上游約400 m的濁漳河干流上，控制流域面積10 458 km2。工程等別為Ⅳ等，主要建筑物級(jí)別為4級(jí)，臨時(shí)建筑物為5級(jí)。淜頭水電站主要建筑物由攔河閘壩和壩后左岸引水式電站組成。攔河閘壩包括閘室段、左右岸擋水壩段。

高壓旋噴樁布置在左岸擋水壩段和閘室段。

1.2工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

閘基地層巖性自上而下為：①全新統(tǒng)晚期沉淀物，上部為低液限黏土，厚4.0～12.5 m，主要分布于主河床左岸河漫灘，下部為卵石混合土，夾低液限黏土層，厚5.0～10.5 m，主河床及左岸河漫灘低液限黏土下均有分布。②全新統(tǒng)早期沉淀物，由低液限黏土、卵石混合土、級(jí)配不良礫互層相間組成，厚度10～25 m，分布于左岸Ⅰ級(jí)堆積階段；③上更新統(tǒng)洪沖積物，上部為低液限黏土，厚5～20 m，下部為卵石混合土、級(jí)配不良礫，厚度3～13 m。④∈2x-1～∈2x-3巖組泥頁巖、灰?guī)r，巖性較軟，易風(fēng)化，強(qiáng)風(fēng)化層厚度5～8 m，弱風(fēng)化層厚度10～15 m。

1.3施工難點(diǎn)、重點(diǎn)及處理措施

由于壩址上部為低液限黏土、卵石混合土，夾低液限黏土層，中部10～32 m 為卵石混合土、級(jí)配不良礫互層，此種地質(zhì)條件對高噴成孔影響極大，上部松散極易塌孔，下部卵石混合土、級(jí)配不良礫互層膠結(jié)較為密實(shí)，且含有卵石，成孔難度大，功效低，對機(jī)械磨損大。

由于閘基地質(zhì)情況復(fù)雜，在施工中遇到不良地層，為便于成孔，施工采用PVC管護(hù)壁或加大循環(huán)泥漿濃度。

2高壓旋噴樁加固設(shè)計(jì)

2.1加固范圍

由于左岸擋水壩段及閘室段閘基(樁號(hào)滲0+000.00～滲0+160.00)地層巖性主要為低液限黏土和卵石混合土，地質(zhì)條件復(fù)雜，為確保閘基的穩(wěn)定及安全，需對該范圍閘基進(jìn)行高壓旋噴樁加固。

2.2高壓旋噴樁設(shè)計(jì)參數(shù)

高壓旋噴樁有效樁徑1.0 m，樁間距2.2 m，加密樁間距1.7 m，呈梅花形布置，鉆孔深入巖面以下0.5 m，共1230根樁(其中加密區(qū)79根)。其28 d齡期的抗壓強(qiáng)度要求：地層為低液限黏土的樁體抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于1.5 MPa；地層為卵石混合土的樁體抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于3.0 MPa;加固后基底復(fù)合地基容許承載力應(yīng)不低于250 kPa。

3高壓旋噴樁施工

施工現(xiàn)場經(jīng)三次現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗(yàn)研究[3]，最終確定了合適的施工工藝和旋噴參數(shù)。

3.1施工工藝流程

主要包括鉆孔、下注漿管、噴射、成柱、封孔等[4]。

高壓旋噴樁采用二管法和三管法施工，梅花形布樁，分兩個(gè)工序進(jìn)行，如圖1所示，先施工Ⅰ

序孔，后施工Ⅱ序孔。

圖1　高壓旋噴樁施工工序示意圖

3.2高壓旋噴樁施工技術(shù)參數(shù)

旋噴參數(shù)詳見表1。其中在樁號(hào)滲0+050.894～0+073.754段黏土層較厚，此處主要采用三管法進(jìn)行旋噴施工；樁號(hào)0+000～0+050.894和樁號(hào)0+073.754～0+160.00段地層以卵石層和卵石間黏土層為主，此段采用二管法進(jìn)行旋噴施工，施工范圍見圖2。

圖2　高壓旋噴樁加固范圍示意圖(單位：m)

項(xiàng)目黏土層(三管法)卵石層(雙管法)卵石層間黏土層(雙管法)鉆孔孔徑/mmΦ150Φ110Φ110水壓力/MPa≥33//水流量/(L·min-1)70～80//水噴嘴孔徑/mm及個(gè)數(shù)1.8(2個(gè))//氣壓力/MPa≥0.7≥0.7≥0.7氣流量/(m3·min-1)1.01.01.0氣噴嘴個(gè)數(shù)2個(gè)2個(gè)2個(gè)漿壓力/MPa≥1.0≥33≥33漿流量/(L·min-1)≥70≥70≥70漿密度/(g·cm-3)1.511.451.45漿噴嘴孔徑/mm及個(gè)數(shù)6～12(2～3個(gè))2.0(2個(gè))2.0(2個(gè))回漿密度/(g·cm-3)>1.2>1.3>1.3提升速度ν/(cm·min-1)土層初噴5(無漿)10土層5提升速度ν/(cm·min-1)土層復(fù)噴7(送漿)10土層5提升速度ν/(cm·min-1)砂卵石1210卵石層10旋轉(zhuǎn)速度/(r·min-1)121010

3.3施工機(jī)具

根據(jù)本工程地質(zhì)情況及施工進(jìn)度要求，施工機(jī)具采用“兩鉆一噴”進(jìn)行配置，外加5臺(tái)全液壓根管鉆機(jī)，具體設(shè)備投入詳見表2。

表2　高壓旋噴樁機(jī)具設(shè)備表

3.4施工材料

(1)水泥:高壓噴射漿液采用P.O42.5拌制。

(2)水:就近原則，采用濁漳河河水。

(3)漿液:采用純水泥漿液，三管法水灰比為1∶1，兩管法水灰比為1.2∶1。

3.5噴射控制

(1)地面試噴、定向：鉆孔驗(yàn)收、高噴臺(tái)車就位并對準(zhǔn)孔口后，首先進(jìn)行地面試噴。

(2)開噴：噴管下至指定深度后，靜噴3 min，待各壓力參數(shù)和流量參數(shù)均達(dá)到要求，且孔口已返出漿液時(shí)，即按既定的提升速度和旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行噴射灌漿。

(3)高壓噴射灌漿全孔自下而上連續(xù)作業(yè)。作業(yè)中因拆卸噴射管而停頓后，搭接高噴灌漿長度不小于0.2 m。

(4)灌漿中斷

高壓噴射灌漿因故中斷后重新恢復(fù)施工前，應(yīng)對中斷孔段進(jìn)行復(fù)噴，搭接長度不小于0.5 m。

(5)提升速度的控制

位于30～41列(樁號(hào)滲0+050.894～0+073.754段)設(shè)計(jì)樁頂處于粉質(zhì)黏土地層的高噴樁，高噴樁噴漿步驟如下：噴管下到鉆孔終孔孔深后開始卵石層噴漿，噴漿至卵石層與黏土層結(jié)合面，停止送漿，用高壓水按5 cm/min的提升速度噴至超出設(shè)計(jì)樁頂高程50 cm，然后將噴管下放至停漿部位以下30 cm，開始送漿，再按7 cm/min的提升速度噴至超出設(shè)計(jì)樁頂高程50 cm。

位于6～29列及位于43～91列(樁號(hào)0+008.205～0+050.894和樁號(hào)0+073.754～0+160.00段)設(shè)計(jì)樁頂處于卵石地層的高噴樁：①對于卵石層中的黏土夾層，卵石層提升速度10 cm/min，黏土層提升速度5 cm/min，卵石層與黏土層結(jié)合面上下30 cm范圍，降低提速按5 cm/min提升，以確保結(jié)合面噴漿質(zhì)量；②在噴至距設(shè)計(jì)樁頂高程50 cm時(shí)，靜噴1 min后按8 cm/min的速度提升2 min后再靜噴1 min，再按8 cm/min的速度提升2 min再靜噴，直至設(shè)計(jì)高程，然后繼續(xù)按8 cm/min的速度提升直至超過設(shè)計(jì)高程50 cm。

(6)裝、卸噴射管時(shí)，采取密封、加快裝卸動(dòng)作的措施以防止噴嘴堵塞。

(7)當(dāng)噴射到超出設(shè)計(jì)高程50 cm后迅速拔出噴射管，及時(shí)將各管路沖洗干凈，以防堵塞。

(8)回灌：噴漿結(jié)束后，利用下一孔噴漿過程中的回漿和新制漿液兩種方法進(jìn)行回灌，直至孔內(nèi)漿面不再下沉為止。

(9)封孔：高壓噴射灌漿孔經(jīng)回灌后，空孔部分采用壤土回填。

3.6施工中遇到的問題及處理措施

(1)在注漿過程中，出現(xiàn)相鄰兩孔或隔孔冒漿，這表明閘壩地基已經(jīng)劈裂，串漿兩孔之間漿脈已經(jīng)溝通。處理這種情況，一是將冒漿孔用止?jié){塞堵，然后在注漿孔再繼續(xù)注漿，另一種是將注漿孔與冒漿孔并聯(lián)，同時(shí)進(jìn)行灌注。

(2)在進(jìn)漿正常的情況下，孔口回漿密度變小，回漿量增大，需要降低氣壓并加大進(jìn)漿漿液密度或進(jìn)漿量。

(3)在高噴灌漿因故中斷后重新恢復(fù)施工前，需要對中斷孔段進(jìn)行復(fù)噴，搭接長度要大于0.5 cm[5]。

(4)在施工過程中，壓力徒增，流量為零，要馬上停機(jī)檢查，若停機(jī)后壓力仍不變，可能是噴嘴堵塞，則需要疏通噴嘴。

4質(zhì)量檢測

4.1樁體抽芯抗壓強(qiáng)度檢測

高壓旋噴樁的取芯在旋噴樁成樁28 d后進(jìn)行[6]，取芯孔共選取了13個(gè)孔，芯樣抗壓強(qiáng)度檢測39組，其中黏土層樁體12組，最大值5.6 MPa，最小值3.1 MPa，均滿足設(shè)計(jì)要求(大于1.5 MPa)；卵石層樁體27組，最大值8.3 MPa，最小值3.6 MPa，均滿足設(shè)計(jì)要求(大于3.0 MPa)。

4.2單樁載荷試驗(yàn)及復(fù)合地基載荷試驗(yàn)

單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，共檢測6組，復(fù)合地基承載力全部達(dá)到250 kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

單樁豎向抗壓載荷試驗(yàn)，共檢測6組，檢測值分別為1150 kN、1150 kN、1150 kN、1150 kN、850 kN和850 kN，滿足設(shè)計(jì)要求(不低于1100 kN/800 kN)。

單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)樁與單樁抗壓載荷試驗(yàn)樁分布詳見圖3。

圖3　高壓旋噴樁載荷試驗(yàn)樁分布示意圖

4.3樁徑檢測

灌漿完成28 d后，可通過開挖至設(shè)計(jì)樁頂高程對樁體樁徑進(jìn)行檢查，閘室段閘基樁徑檢查結(jié)果為：<70 cm的樁體占總樁數(shù)的8.9%，70～100 cm的樁體占總樁數(shù)的74.5%，>100 cm的樁體占總樁數(shù)的16.6%。

4.4樁間土承載力檢測

通過對淜頭水電站閘基左岸擋水壩段、(5)號(hào)閘室段和(2)號(hào)閘室段基礎(chǔ)樁間土進(jìn)行井探取樣物理力學(xué)試驗(yàn)及鉆孔標(biāo)(錐)貫試驗(yàn)，得出左岸擋水壩段樁間土承載力為214 kPa，(5)號(hào)閘室段樁間土承載力為212 kPa，(2)號(hào)閘室段樁間土承載力為192 kPa。樁間土承載力比未處理前有較大提高。

5結(jié)論

從高壓旋噴樁檢測檢查結(jié)果來看，在這種復(fù)雜的地基中，成樁樁徑很難達(dá)到原設(shè)計(jì)樁徑1.0 m的要求，但是單樁地基承載力檢測、復(fù)合地基承載力檢測、樁間土承載力檢測及樁體抽芯檢測全部滿足設(shè)計(jì)要求。說明通過本次高壓旋噴樁施工，有效提高了閘基地基承載力，達(dá)到了基礎(chǔ)處理的目的，施工質(zhì)量是良好的。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：邊慧霞(1966-)，女，講師，主要從事工程管理方面的研究。

中圖分類號(hào)：TU753

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2096-0506(2016)04-0037-04