高壓旋噴樁在渠道基礎(chǔ)沉降處理中的應用

廖書杰，劉 剛，趙天來，康少龍

（華能甘肅水電開發(fā)有限公司,甘肅 蘭州 730060）

西北地區(qū)某水電站引水渠道設(shè)計為砂礫石基礎(chǔ)上的矩形鋼筋混凝土暗渠，投運后多次發(fā)生渠道滲漏，渠道基礎(chǔ)出現(xiàn)局部沉降，存在安全隱患。前期主要采取對渠道堵漏防滲的處理方式，由于沉降問題沒有徹底解決，渠道防滲漏效果不穩(wěn)定。本次渠道處理方案考慮采取高壓旋噴樁對沉降渠段起支撐作用，同時對渠底淺層基礎(chǔ)進行灌漿加固的綜合方式，在處理渠道局部沉降基礎(chǔ)上，解決渠道滲漏缺陷，取得較好的治理效果。

1 引水渠道基本情況

1.1 渠道結(jié)構(gòu)參數(shù)

水電站引水渠道起點與取水口相連，終點與壓力前池相接。渠道全長4 735 m，縱坡0.12%，起點高程2 943 m。渠道內(nèi)孔斷面尺寸為3 m×3.8 m（寬×高），邊墻和底板為C25鋼筋混凝土，厚40 cm。渠道每20 m布置一道結(jié)構(gòu)縫，設(shè)“651”型橡膠止水帶。

引水渠道工程區(qū)域的基礎(chǔ)地層主要是第四系沖洪積漂、卵、礫石及碎石土。沿渠道縱向部分為挖方地基，部分為砂礫石碾壓回填地基，最大填筑高度18 m。其中填方段渠道渠基細粒土（粒徑≤0.075 mm）含量較高，主要為坡洪積碎石土，中等透水性。

1.2 渠道沉降原因

引水渠道投運后，出現(xiàn)多處渠段裂縫滲水和基礎(chǔ)不均勻沉降等問題。渠道裂縫滲漏部位主要在渠道側(cè)墻，基本為豎直縫，較多集中在每段渠道兩側(cè)1/3處，且左右邊墻成對稱分布，裂縫一般從側(cè)墻八字腳處向上延伸，形態(tài)呈上小下大。渠道基礎(chǔ)不均勻沉降一般分布在填方區(qū)或挖填過渡區(qū)。

造成引水渠道產(chǎn)生裂縫滲水和基礎(chǔ)不均勻沉降的主要原因為：①施工質(zhì)量問題，包括渠道基礎(chǔ)高回填區(qū)碾壓質(zhì)量、渠道結(jié)構(gòu)縫止水安裝質(zhì)量等。②設(shè)計布置問題，包括渠段分段分縫較長、未考慮基礎(chǔ)挖填方過渡區(qū)設(shè)置分段、渠道基礎(chǔ)未設(shè)置防滲反濾構(gòu)造和引排設(shè)施等。③地質(zhì)問題，渠道基礎(chǔ)碎石土中細顆粒有濕陷性，渠道滲漏水會加速填方地基土的濕陷，引起地基不均勻沉降，進而造成渠道裂縫加寬或產(chǎn)生新的裂縫。④引水渠道地處高寒高海拔地區(qū)，溫差變化大，受砼收縮、溫度變化影響，渠道側(cè)墻砼易產(chǎn)生溫度裂縫，引起渠道滲漏。

1.3 渠道滲漏的處理情況

1.3.1 滲漏處理措施

前期引水渠道滲漏處理采取的是堵漏為主、引排為輔、加強觀測檢查的原則。具體為：①對渠道側(cè)墻裂縫進行普查編號、封堵，對縫寬較小的裂縫采取聚氯乙烯膠泥或水溶性聚氨酯泡沫填縫劑進行填補，對縫寬較大的裂縫采取鑿V型槽，填補砼處理。②將滲漏水有組織引排至遠離邊坡處，減少對渠道基礎(chǔ)的滲透破壞。③安排專人定時巡查渠道設(shè)施，發(fā)現(xiàn)滲漏及時處理。

1.3.2 存在的問題

堵漏處理短期效果較好，但是由于渠道局部沉降沒有徹底處理，另外暗渠裂縫滲漏往往不能及時發(fā)現(xiàn)，渠道基礎(chǔ)會因滲漏水加劇渠段不均勻沉降，輕則使渠道裂縫加寬或產(chǎn)生新的裂縫，嚴重的會導致渠道失穩(wěn)、破壞。渠道的滲漏和局部沉降是多種綜合因素相互作用影響造成，不針對性地徹底處理沉降問題，將影響引水渠道的安全穩(wěn)定運行。

2 高壓旋噴樁處理局部沉降

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，適用于結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)沉降處理和素填土、碎石土地基加固。本次渠道處理方案考慮對滲漏嚴重和局部沉降的渠段進行基礎(chǔ)加固處理，消除渠道沉降問題。具體是采用高壓旋噴樁對局部沉降渠道結(jié)構(gòu)進行支撐和渠道基礎(chǔ)淺層回填灌漿相結(jié)合的方法提高渠道基礎(chǔ)承載力，消除渠道基礎(chǔ)沉降的安全隱患。后續(xù)對渠道裂縫進行鑿縫堵漏封閉處理，消除渠道滲漏問題。

2.1 高壓旋噴樁和基底灌漿布置方案

（1）高壓旋噴樁布置：沿處理渠段縱軸線方向、渠道左右側(cè)墻外側(cè)布設(shè)一排旋噴樁，開孔孔位距側(cè)墻外邊緣20 cm。每段渠道結(jié)構(gòu)縫處各布置1個孔，其余孔按間距5 m～6 m均布，旋噴樁深度按進入原始地基1 m控制。旋噴樁間距和深度可根據(jù)裂縫位置及回填深度調(diào)整，應重點考慮在渠段結(jié)構(gòu)縫和側(cè)墻滲漏縫較大處或沉降較大處布設(shè)。高壓旋噴成樁樁徑不小于100 cm，進入渠底截面不少于30 cm，成樁高度不低于渠道底板高度。旋噴樁分兩序施工，采用普硅42.5級水泥，水灰比0.8∶1.2，成樁后強度不小于2 MPa。

（2）渠道基底灌漿布置：對于局部渠道基礎(chǔ)沉降量較大處，除布設(shè)高壓旋噴樁外，采用鉆斜孔回填灌漿的方式處理。灌漿鉆孔布置在渠道側(cè)墻外側(cè)的檢修道路平臺上，鉆孔最大深度不超過渠道基礎(chǔ)以下3 m，灌漿采用普硅42.5級水泥，灌漿壓力控制在0.2 MPa～0.3 MPa，單孔水泥注漿率控制在300 kg/m內(nèi)。灌漿分兩序施工，孔間距約2 m，灌漿孔盡量布置渠道裂縫處或基礎(chǔ)沉降量較大處。

2.2 高壓旋噴樁施工

2.2.1 施工流程

高壓旋噴樁利用高壓泵產(chǎn)生高速高壓的噴射流，通過安裝在鉆桿端部的特殊噴嘴，向周圍土體噴射漿液，鉆桿以一定速度逐步向上提升，高壓噴射流使一定范圍內(nèi)的土體結(jié)構(gòu)切削破壞，使土體與噴射漿液混合、膠結(jié)、硬化，在地基中形成一定強度的水泥土樁。主要工序包括有布孔、鉆機就位、鉆孔、漿液拌制、插管、高壓噴射注漿、拔管、移開機具等。

旋噴樁施工使用的機具包括有履帶式全液壓鉆機（MDL-150D）、高壓注漿泵（ZJB/BP-55 A）、空壓機（133/0.8 MPa）、柴油發(fā)電機（300 kW）等設(shè)備?，F(xiàn)場設(shè)置集中制漿站，配置高速攪拌機。

2.2.2 技術(shù)參數(shù)確定

渠道基礎(chǔ)主要為砂礫、碎石土回填，施工前，在渠道附近相同地基處擬定不同參數(shù)進行了高壓噴射注漿試驗，確定施工技術(shù)參數(shù)。高壓旋噴樁施工參數(shù)具體見表1。

表1

高壓旋噴樁施工采用三重管法，一般為高壓水、氣和漿液聯(lián)合作業(yè)。為防止因高壓水對渠道基礎(chǔ)的擾動破壞，施工時將高壓水改為高壓水泥漿，即采用一管為空氣和雙管為水泥漿的方式，防止渠道基礎(chǔ)在施工時受高壓水浸泡發(fā)生二次沉降，旋噴樁的耗漿量有增加。

2.2.3 成樁效果檢查

高壓旋噴樁施工為隱蔽工程，施工工序和過程質(zhì)量控制較為關(guān)鍵，施工過程中對鉆孔孔位、孔深、孔斜、壓力、漿液濃度、注漿管提升速度、噴嘴尺寸等要重點控制。

施工完成后應對固結(jié)體的整體性、均勻性和垂直度，固結(jié)體的有效直徑和有效加固長度以及固結(jié)體的強度特性進行開挖抽查，樁型完整、樁徑、強度滿足規(guī)范要求。

2.3 回填灌漿施工

對于局部渠道基礎(chǔ)沉降量較大部位，鉆斜孔采取噴射灌漿方式，在渠底一定范圍和深度內(nèi)進行回填灌注，達到加固土體、回填空隙的效果。由于在砂礫石地基局部灌漿，現(xiàn)場采取分序施工、間歇灌注和控制灌漿注入量等措施，灌漿分序注入量遞減規(guī)律明顯。

2.4 處理效果

高壓旋噴樁結(jié)合渠底淺層基礎(chǔ)灌漿加固進行渠道局部沉降處理均在渠道正常運行期間完成，后續(xù)將利用檢修期在渠道內(nèi)側(cè)進行防滲漏封堵，目前引水渠道運行穩(wěn)定，達到治理效果。

圖1 三重管旋噴注漿示意圖

3 結(jié)語

高壓噴射灌漿以前主要用于施工隔水帷幕（防滲墻），目前高壓噴射灌漿形成的旋噴樁作為地基加固處理的一種成熟技術(shù)手段，越來越多的得到廣泛運用。此次渠道處理方案主要利用旋噴樁對高填方區(qū)沉降渠道結(jié)構(gòu)起支撐作用，同時輔助灌漿對淺層基礎(chǔ)進行固結(jié)，達到在不影響渠道運行的情況下，從渠道外側(cè)對建筑物基礎(chǔ)進行加固，提升基礎(chǔ)承載力，減少渠道滲漏等綜合治理的效果。

（1）針對透水性較強的砂礫石回填基礎(chǔ)及承載力要求不高的建筑物，采取高壓旋噴樁和基礎(chǔ)灌漿相結(jié)合的處理方式，能發(fā)揮旋噴樁處理定位準確，成樁強度快，對建筑物運行影響小等優(yōu)勢，同時通過灌漿密實基礎(chǔ)，提高基礎(chǔ)總體承載力來減少基礎(chǔ)沉降。

（2）造孔和高壓噴射注漿作業(yè)是高壓旋噴樁施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵，不僅要嚴格按照“人、機、料、環(huán)、法、責”做好工序質(zhì)量管理，同時在高壓噴射注漿前，需根據(jù)處理部位的實際地質(zhì)情況通過試驗樁確定最優(yōu)的高壓噴射注漿施工技術(shù)參數(shù)，確保成樁直徑及強度要求。

（3）為防止因高壓水對渠道基礎(chǔ)擾動影響，對三重管法施工中的高壓水采用水泥漿替代，即采用高壓水泥漿進行樁周圍土體切割，避免了施工過程中渠道基礎(chǔ)出現(xiàn)沉降的安全隱患，類似工程中可借鑒推廣。

（4）砂礫石基礎(chǔ)灌漿處理難點是鉆孔、成孔和有效的灌注量，根據(jù)地層地質(zhì)情況選用合理的鉆灌設(shè)備可大大提高鉆孔效率。此次采用履帶式全液壓回轉(zhuǎn)鉆機（鉆灌一體）進行鉆孔和灌漿，鉆孔進度快、成孔率高，無需套管跟進護壁。灌漿時采取壓力控制和間歇噴射等手段有效控制了灌漿范圍和注入量。

（5）渠道沉降原因多樣，需要考慮綜合處理措施，除了針對渠道局部沉降對癥下藥進行處理外，現(xiàn)場需要對防滲漏封堵和漏水及時引排等措施。通過綜合處理才能保證建筑物的安全穩(wěn)定運行。