水利工程不良地基施工加固技術(shù)探討

山東天成水利建設(shè)有限公司，山東 濰坊 261325

1 水利工程中不良地基的危害

1.1 導(dǎo)致土坡失穩(wěn)

在水利工程建設(shè)中，若發(fā)生土坡失穩(wěn)，會嚴(yán)重影響水利工程的質(zhì)量及安全，而不良地基的均勻性及穩(wěn)定性比較差，極易引起土坡失穩(wěn)現(xiàn)象，即在土坡平衡性比較差的情況下，會因外力沖擊土坡內(nèi)部結(jié)構(gòu)而發(fā)生改變，進(jìn)而會使土坡某一部分順著一定方向發(fā)生下移或偏移，最終破壞土坡穩(wěn)定性及整體性而引起土坡失穩(wěn)。

1.2 降低地基承載力

具有良好承載力的地基是保障水利工程高效優(yōu)質(zhì)建設(shè)的關(guān)鍵。地基承載力是指地基所能承受上部建筑物荷載且內(nèi)部結(jié)構(gòu)不被破壞的能力。不良地基條件下，地基的承載力會明顯降低，這是因?yàn)椴涣嫉鼗翆訒茐牡鼗鶅?nèi)部的平衡性，削弱地基承載上部建筑物壓力的能力，進(jìn)而易發(fā)生地基坍塌。若在上述情況下繼續(xù)進(jìn)行水利工程施工，則會引起水利建筑的傾斜及坍塌，甚至發(fā)生更大的安全事故。

1.3 引起地基沉降

地基沉降是水利不良地基的常見危害之一?，F(xiàn)實(shí)中引起地基沉降的因素有很多，而地基土不達(dá)標(biāo)是引起地基沉降最主要的因素。地基沉降是指由于受地基土影響而內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足，進(jìn)而難以承載上部建筑荷載而發(fā)生的沉降。地基沉降會極大地增加水利工程施工風(fēng)險(xiǎn)，甚至?xí)＜八ㄖ踩笆┕と藛T生命。

2 工程概況

某水利樞紐項(xiàng)目附屬建筑為5級，護(hù)岸擋墻選用的是扶壁式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墻平均高度為11.6m。經(jīng)對該項(xiàng)目護(hù)岸擋墻地基土進(jìn)行勘測得知，自下往上的地質(zhì)特征如下：①淤泥及淤質(zhì)土；②粉細(xì)砂層；③黏土、沙壤土；④人工填土。

3 加固方案的選擇

水利工程中針對不良地基進(jìn)行處理，常用的方法主要有灌注樁技術(shù)、強(qiáng)夯法、水泥攪拌樁技術(shù)、振沖碎石樁技術(shù)等。因?yàn)樗鄶嚢铇都夹g(shù)在淤泥土、黏性土、粉土及素填土等地基條件下應(yīng)用，具有施工操作簡便、效率高、周期短、噪聲低、無基土排污、環(huán)保性好及成本低等優(yōu)勢，所以結(jié)合該項(xiàng)目地質(zhì)特點(diǎn)，決定選用水泥攪拌樁技術(shù)對地基進(jìn)行處理。

4 水泥攪拌樁技術(shù)要點(diǎn)

4.1 水泥攪拌樁的施工要點(diǎn)

（1）施工準(zhǔn)備。為保障水泥攪拌樁技術(shù)的應(yīng)用取得預(yù)期的效果，必須在正式開始水泥攪拌樁施工前做好所有的準(zhǔn)備工作，切實(shí)為增強(qiáng)整個水利工程的穩(wěn)定性及耐久性奠定基礎(chǔ)。第一，針對該項(xiàng)目現(xiàn)場施工條件做全面詳細(xì)的調(diào)查及分析，制訂合理的水泥攪拌樁施工方案及組織計(jì)劃，以便把控施工進(jìn)度。第二，針對施工人員做好相應(yīng)的技術(shù)及安全交底，使其掌握各施工標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)要求，嚴(yán)格按照持證上崗的原則選用施工人員，保證參加水泥攪拌樁施工的人員都具有豐富的經(jīng)驗(yàn)及較高的技術(shù)水平，確保各環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量。第三，建立完善的原材料管控體系，由專業(yè)采購人員進(jìn)行原材料采購，并加強(qiáng)對各類原材料的質(zhì)量控制，對原材料的生產(chǎn)日期及合格證書等資料進(jìn)行嚴(yán)格全面的審核，保障采購回來的原材料都能達(dá)到施工要求，避免因材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)而影響整個工程的質(zhì)量。

（2）放樣測量。放樣測量過程中，先利用全站儀精準(zhǔn)測量出邊樁控制樁及深攪樁的軸線，待驗(yàn)收都達(dá)標(biāo)后，再制作控制樁，確定樁位，并利用竹筷將樁位標(biāo)出來，再將樁機(jī)就位。同時(shí)，將臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)到施工沿線外圍約50m位置，以此為標(biāo)準(zhǔn)來對樁頂標(biāo)高加以控制。

（3）樁基定位。先前后左右移動樁機(jī)，使鉆頭與樁位垂直對準(zhǔn)，再借助水平尺將樁機(jī)調(diào)平。在不平坦的地面施工時(shí)，要嚴(yán)格控制樁機(jī)的水平度，并應(yīng)在樁機(jī)兩側(cè)分別掛上鉛錘球，以有效控制樁機(jī)的垂直度。

（4）制作水泥漿。利用樁機(jī)正式開孔施工前，必須先結(jié)合設(shè)計(jì)要求進(jìn)行水泥漿配比及拌制，并將拌好的水泥漿倒入集料斗內(nèi)，以便壓漿作業(yè)。該項(xiàng)目水泥用量是83kg/m，按水灰比1∶1進(jìn)行拌制，每組水泥攪拌樁的水泥總用量為3991kg。

（5）拌和下沉噴漿。檢查定位好的樁基達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求之后，利用鋼絲繩將攪拌機(jī)掛到起重機(jī)上，接著利用漿膠管將攪拌機(jī)及砂漿泵分別連接好。開啟攪拌機(jī)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，待運(yùn)轉(zhuǎn)正常之后，開啟攪拌機(jī)，并放開起重機(jī)的鋼絲繩，使攪拌機(jī)可依靠自重順著導(dǎo)向架慢慢下沉至標(biāo)準(zhǔn)深度，停止下沉。下沉過程中應(yīng)用電流監(jiān)測表控制下沉速度，一般情況下應(yīng)控制工作電流最高不能超過70A，下沉速度應(yīng)控制在1～1.4m/min。若下沉速度較慢，可在輸漿系統(tǒng)補(bǔ)充清水以促進(jìn)鉆進(jìn)，且要提前利用鋼尺測量好鉆具的總長度，并利用紅漆標(biāo)記出孔深位置，以便隨時(shí)檢查鉆進(jìn)深度。

（6）攪拌噴漿及提升。當(dāng)鉆到設(shè)計(jì)要求深度之后，及時(shí)檢查鉆進(jìn)情況是否達(dá)標(biāo)，達(dá)標(biāo)后及時(shí)開啟灰泵，將攪拌機(jī)內(nèi)的水泥漿液按邊攪拌邊噴漿的方式壓進(jìn)樁基底部，待攪拌機(jī)被提出地表后，將傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)動速度調(diào)成二擋反轉(zhuǎn)。當(dāng)灰漿量達(dá)到設(shè)計(jì)灰漿量的2/3時(shí)，邊提升攪拌機(jī)邊旋轉(zhuǎn)，并繼續(xù)噴漿。這個過程中要結(jié)合設(shè)計(jì)要求將攪拌機(jī)提升速度嚴(yán)格控制在0.31～0.49m/min，控制首次噴漿量為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值的71%。

（7）復(fù)攪下沉的方法。待攪拌機(jī)提升至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，停止提升，將傳動系統(tǒng)調(diào)為二擋正轉(zhuǎn)，并關(guān)閉噴漿系統(tǒng)，自停灰面往下緩慢復(fù)攪，直至設(shè)計(jì)深度后停止。

（8）對拌機(jī)進(jìn)行重復(fù)提升。完成復(fù)攪作業(yè)之后，再將傳動系統(tǒng)調(diào)為反轉(zhuǎn)，并打開灰漿泵，邊攪拌邊噴漿，直至攪拌機(jī)提升離開地面之后，即完成一組水泥攪拌樁施工。

（9）系統(tǒng)清洗。在集料斗內(nèi)添加適量的清水，開啟灰漿泵，清洗干凈管路內(nèi)剩余的水泥漿，同時(shí)也要將攪拌樁頂部的雜質(zhì)清洗干凈。

（10）重復(fù)上述內(nèi)容直到完成所有的水泥攪拌樁施工。

4.2 水泥攪拌樁施工中的問題處理

此次水泥攪拌樁施工期間，發(fā)生了較為嚴(yán)重的樁頭下沉問題，下沉深度約為1.3～2m。這主要是由于粉細(xì)砂層含水量大，再加上基坑低于地下水水位，深井降水過程中引起了粉細(xì)砂層流動，導(dǎo)致水泥漿及細(xì)砂隨著水流了出來，進(jìn)而造成樁頭下沉問題。經(jīng)過分析研究，決定利用砂料按1m厚標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行回填，并暫?；咏邓┕ぃ_始拌和施工，基于水泥攪拌樁原有長度又增長了1m，采取分區(qū)填筑方式開展施工后，再開展水泥攪拌樁施工，最終樁頭下沉問題得到了有效解決。

5 水泥攪拌樁成樁質(zhì)量檢查

5.1 單樁復(fù)合地基及單樁負(fù)荷的檢測

（1）單樁復(fù)合地基的檢測。單樁復(fù)合地基檢測試驗(yàn)以慢速維持法進(jìn)行，并利用手動油泵逐級增加負(fù)荷，依據(jù)2倍設(shè)計(jì)負(fù)荷開展試驗(yàn)，分為四級卸載試驗(yàn)及八級加載試驗(yàn)，卸載量是分級荷載值的2倍。堆載平臺采取工字鋼塔及鋼梁搭建，承壓板選用的有0.82m2、1.10m2、1.68m23個規(guī)格，反力裝置選用的是堆積沙袋方式。

（2）單樁荷載試驗(yàn)的檢測。單樁荷載試驗(yàn)選擇慢速維持荷載法進(jìn)行，并采取手動油泵逐級增加荷載。每一級增加荷載量是56kN，首次加載量是分級荷載的2倍，第二次增加荷載至設(shè)計(jì)要求荷載值，堆載平臺采取鋼梁及工字鋼塔搭建，反力裝置采取沙袋堆積方式。

（3）試驗(yàn)的結(jié)果。單樁的豎向抗壓極限承載能力及地基承載能力都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

5.2 使用輕型動力觸探進(jìn)行檢測

輕型動力觸探裝置的主要組成部分包括穿心錘、觸探桿及錐頭等。實(shí)際檢測開始后，首先將錐頭放至于1/4樁徑位置，接著利用穿心錘敲打觸探桿，將觸探桿打進(jìn)水泥攪拌樁內(nèi)，每打進(jìn)100mm就記錄一次錘擊次數(shù)，等錘擊次數(shù)超過50次后停止試驗(yàn)。錘擊次數(shù)小于10次的則為不合格。此次檢測的所有水泥攪拌樁的錘擊次數(shù)都達(dá)到15次以上，水泥攪拌樁的強(qiáng)度達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求。并且，進(jìn)行了鉆芯取樣，可知此次水泥攪拌樁施工的噴漿均勻且無夾泥現(xiàn)象。

6 水泥攪拌樁技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性分析

該水利項(xiàng)目建設(shè)中，根據(jù)實(shí)際地基情況及地質(zhì)特點(diǎn)，決定選擇水泥攪拌樁技術(shù)進(jìn)行地基處理，并經(jīng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)配比試驗(yàn)，有效優(yōu)化了水泥的滲入量及水泥攪拌樁的水灰比，得出了最合適的水泥滲入量及水灰比。同時(shí)，在確保水泥攪拌樁施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，也進(jìn)行了合理的技術(shù)改進(jìn)，不僅加快了水泥攪拌樁的施工效率，縮短施工工期1.5個月，而且節(jié)約水泥用量約400t，最終有效增強(qiáng)了地基的承載力及強(qiáng)度，推動整個水利項(xiàng)目順利保質(zhì)保量完工。

7 結(jié)束語

綜上所述，在水利工程建設(shè)中遇到不良地基時(shí)，一定要充分全面地調(diào)查清楚現(xiàn)場地質(zhì)情況，并綜合分析項(xiàng)目施工現(xiàn)場實(shí)際情況及地質(zhì)特點(diǎn)，選擇合適的加固處理技術(shù)，并嚴(yán)格控制加固施工過程中各環(huán)節(jié)的質(zhì)量，保證不良地基加固施工取得理想的效果，最大程度上降低不良地基對水利工程項(xiàng)目的危害及不利影響，在推動水利工程項(xiàng)目安全、高效、優(yōu)質(zhì)完工的同時(shí)，也使整個工程實(shí)現(xiàn)最大化的效益目標(biāo)。