水閘防滲加固工程中的振沖碎石樁技術(shù)實(shí)踐

摘 要：本研究針對(duì)水閘抗?jié)B加固工程中的問題，深入探討了振沖碎石樁的設(shè)計(jì)原理及其在工程中的應(yīng)用。采用振動(dòng)成樁技術(shù)構(gòu)建密實(shí)的碎石樁體，并與周圍土體形成復(fù)合地基，以提高地基的承載力和穩(wěn)定性，有效減少滲透。在淮河支流某水閘抗?jié)B加固工程中，本文應(yīng)用振沖碎石樁技術(shù)，結(jié)果顯示，采用該技術(shù)不僅將水閘復(fù)合地基的承載力提高至122kPa，還增強(qiáng)了地基的密實(shí)度和抗?jié)B性，有效保障了水閘的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：水閘；抗?jié)B加固工程；振沖碎石樁

中圖分類號(hào)：TV 22 " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

水閘作為水利工程中的關(guān)鍵設(shè)施，其穩(wěn)定性和安全性直接影響水資源調(diào)控的效率與效果。然而，在實(shí)際運(yùn)行過程中，水閘往往會(huì)受到水流的長(zhǎng)期沖刷和滲透作用，導(dǎo)致基礎(chǔ)土體的滲透性增強(qiáng)，進(jìn)而引發(fā)地基失穩(wěn)、滲漏加劇等一系列問題，嚴(yán)重威脅水閘的安全運(yùn)行[1]。為了解決這些問題，必須加快水閘抗?jié)B加固工程建設(shè)。在眾多抗?jié)B加固工程的技術(shù)中，振沖碎石樁技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)受到了廣泛關(guān)注。該技術(shù)通過振動(dòng)設(shè)備將碎石材料強(qiáng)行擠入地基中，形成密實(shí)的碎石樁體，進(jìn)一步提高地基的整體性能[2]。本研究將深入探討振沖碎石樁的設(shè)計(jì)原理及其在水閘抗?jié)B加固工程中的應(yīng)用。本文結(jié)合具體工程實(shí)例，分析振沖碎石樁在水閘抗?jié)B加固工程中的實(shí)際應(yīng)用效果，希望能夠?yàn)樗l抗?jié)B加固工程提供一種新的有效方法，同時(shí)也為進(jìn)一步推廣和應(yīng)用振沖碎石樁技術(shù)提供理論支持和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 水閘抗?jié)B加固工程中的振沖碎石樁在工程應(yīng)用

1.1 振沖碎石樁設(shè)計(jì)原理

振沖碎石樁的設(shè)計(jì)原理主要基于振動(dòng)成樁技術(shù)和碎石材料的特性。通過振動(dòng)設(shè)備將碎石材料強(qiáng)行擠入地基中，形成密實(shí)的碎石樁體。這種樁體具有良好的透水性、排水性和承載能力，能夠有效提高地基的密實(shí)度和穩(wěn)定性[3]。振沖碎石樁示意圖如圖1所示。

1.2 振沖碎石樁施工工藝流程

振沖碎石樁施工工藝流程，如圖2所示。

由圖2可知，振沖碎石樁施工工藝流程主要包括定線測(cè)量、試樁、振沖施工、成樁檢驗(yàn)[4]。施工控制要點(diǎn)包括前期準(zhǔn)備、樁位定位放樣、吊車就位、振沖鉆孔、清潔孔洞、填料振密制樁、關(guān)機(jī)停水移位、清溝排污和后期處理等步驟。

1.3 振沖碎石樁在水閘抗?jié)B加固工程中具體應(yīng)用

振沖碎石樁在水閘抗?jié)B加固工程中的應(yīng)用主要涉及地基處理、水閘防滲和裂縫處理等方面。在地基中設(shè)置碎石樁體，可以提高地基的承載力和穩(wěn)定性，減少滲透性。同時(shí)，樁體能夠形成有效的防滲屏障，阻止水流滲透進(jìn)入水閘基礎(chǔ)內(nèi)部，從而保證水閘的穩(wěn)定性、保障安全性[5]。此外，振沖碎石樁還可以用來(lái)修復(fù)水閘的裂縫問題，填充裂縫并增強(qiáng)周圍土體的密實(shí)度和承載能力。

2 工程實(shí)例分析

2.1 工程概況

為分析振沖碎石樁在水閘抗?jié)B加固工程中的應(yīng)用效果，本研究選取了位于淮河支流的某水閘作為工程案例，該水閘主要用于泄洪、調(diào)節(jié)河流流量、農(nóng)田灌溉。由于長(zhǎng)期受到水流的沖刷和滲透作用，因此水閘基礎(chǔ)出現(xiàn)了嚴(yán)重的滲透破壞問題，同時(shí)水閘泄洪能力不足，已經(jīng)無(wú)法滿足泄洪標(biāo)準(zhǔn)，為了修復(fù)這些問題并增強(qiáng)水閘的抗?jié)B性能，工程采用振沖碎石樁加固技術(shù)，在施工過程中，通過地質(zhì)勘探和試驗(yàn)確定了地基的性質(zhì)和參數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求在水閘基礎(chǔ)周圍設(shè)置振沖碎石樁。施工時(shí)，樁體采用合適的碎石材料和振動(dòng)設(shè)備參數(shù)，保證樁體的密實(shí)度和承載能力滿足設(shè)計(jì)要求，并在施工完成后進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)和評(píng)估。振沖碎石樁平面布置如圖3所示。

2.2 工程地質(zhì)條件

該水閘的地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，土壤含水量大，土質(zhì)疏松?，F(xiàn)場(chǎng)勘探檢測(cè)結(jié)果顯示土壤內(nèi)摩擦角為18°～22°，該地區(qū)土壤在飽水狀態(tài)下的土壤承載力為15kPa、抗剪切強(qiáng)度為75kPa～95kPa。根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)水閘12m深地基土，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可知，在8級(jí)地震情況下，該水閘地基土發(fā)生明顯的地震液化現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅大壩整體安全性，因此必須對(duì)該水閘地基進(jìn)行抗?jié)B加固。

3 應(yīng)用效果分析

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

在振沖碎石樁的設(shè)計(jì)過程中，考慮地基的土壤特性、水閘的使用需求以及預(yù)期的加固效果，將樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)為10m，樁徑400mm，根據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果和工程經(jīng)驗(yàn)，選擇合適的碎石粒徑（40～120mm）和碎石材料的質(zhì)量要求（含泥量小于5%）。同時(shí)，確定振沖器的振動(dòng)頻率、振動(dòng)力以及碎石的投料速率等關(guān)鍵參數(shù)，保證振沖碎石樁的施工質(zhì)量和效果。

3.2 施工細(xì)節(jié)

施工準(zhǔn)備：在施工前，須對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)測(cè)量和放樣，確定樁位和樁距。同時(shí)，對(duì)施工設(shè)備進(jìn)行全面檢查和調(diào)試，保證設(shè)備處于良好的工作狀態(tài)[6]。

樁位定位與振沖器安裝：采用打入木樁的方式在樁位中心進(jìn)行定位，并使用吊車將振沖器與樁位對(duì)準(zhǔn)，保證振沖器豎直懸空并離地面10～20cm。

振沖鉆孔：打開高壓清水泵，向孔內(nèi)注入清水，并啟動(dòng)振沖器進(jìn)行鉆孔。在鉆孔過程中，根據(jù)土壤性質(zhì)調(diào)整振沖器的振動(dòng)頻率和振動(dòng)力，保證鉆孔的穩(wěn)定性和孔壁的完整性。

清潔孔洞：在鉆孔完成后，將振沖器吊出并與孔位對(duì)準(zhǔn)，再次插入孔底進(jìn)行清潔孔洞。在清潔過程中，注意觀察孔內(nèi)的排漿情況，根據(jù)排漿情況確定清潔次數(shù)。

填料與振密：在清潔孔洞后，開始進(jìn)行填料和振密工作。按照設(shè)計(jì)要求，分段填料并連續(xù)振密，直至孔口。在填料過程中，注意控制每次下料的用量和振沖器的振動(dòng)參數(shù)，保證樁體的密實(shí)度和承載能力。

成樁檢驗(yàn)：在樁體施工完成后進(jìn)行成樁檢驗(yàn)。采用承載力測(cè)試和滲透性測(cè)試等手段，評(píng)估樁體的質(zhì)量和加固效果。

3.3 承載力測(cè)試

將本文振沖碎石樁技術(shù)應(yīng)用在水閘抗?jié)B加固工程后，對(duì)水閘抗?jié)B加固工程中地基的3個(gè)樁位進(jìn)行承載力試驗(yàn)。將試驗(yàn)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計(jì)要求承載力特征值的2倍，水閘地基承載力測(cè)試結(jié)果，見表1。

根據(jù)表2的數(shù)據(jù)分別制作沉降－時(shí)間曲線、荷載－沉降曲線，如圖4、圖5所示。

根據(jù)要求將設(shè)計(jì)要求承載力特征值的2倍設(shè)置為最大加載壓力。復(fù)合地基承載力fspk的計(jì)算過程如公式（1）～公式（3）所示。

fspk=[1+m（n-1）]fsk （1）

（2）

fspk=[1+0.101×（3.5-1）]×100≈15.3kPa （3）

式中：fsk為處理后樁間土承載力特征值，取其天然地基承載力特征值，取100kPa；m為面積置換率；d為樁身平均直徑，取0.4m；de為單樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓直徑，de=1.05S，取1.05m，S為樁間距，取1.2m；n為復(fù)合地基樁土應(yīng)力比，本工程n=3.5。

分析試驗(yàn)結(jié)果表明，在水閘抗?jié)B加固工程中，采用本文描述的振沖碎石樁技術(shù)后，水閘復(fù)合地基的承載力顯著提升。具體而言，該技術(shù)使水閘復(fù)合地基的承載力達(dá)到125.3kPa，這個(gè)數(shù)值不僅超過了120kPa的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，而且充分滿足了水閘地基承載力的要求。這個(gè)成果主要?dú)w功于振沖碎石樁技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。振沖碎石樁采用振動(dòng)成樁技術(shù)，使碎石材料在地基中形成密實(shí)的樁體。這些樁體與周圍土體形成復(fù)合地基，共同承擔(dān)上部荷載。碎石樁體具有較高的承載能力和較好的變形性能，能夠有效提高地基的承載力。

3.4 滲透性測(cè)試

將滲透系數(shù)作為本文技術(shù)在水閘抗?jié)B加固工程中的應(yīng)用效果評(píng)價(jià)指標(biāo)。滲透系數(shù)的計(jì)算過程如公式（4）所示。

（4）

式中：L為水閘段落長(zhǎng)度；Δp為兩側(cè)壓力差；h為水閘段落厚度；q為滲透流量。

為探討本文技術(shù)在水閘抗?jié)B加固工程中的應(yīng)用效果，將水閘劃分為6個(gè)段落，分析應(yīng)用本文技術(shù)前后水閘段落滲透系數(shù)的變化情況，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

對(duì)比采用本文技術(shù)前后的水閘段落滲透系數(shù)，可以明顯看出，采用本文技術(shù)后，水閘段落的滲透系數(shù)有所減少，不僅是數(shù)值減少，反映了水閘基礎(chǔ)物理性質(zhì)的重要改變。滲透系數(shù)減少說(shuō)明水分通過水閘基礎(chǔ)的速率減緩，也說(shuō)明水閘防滲性能有所提升。滲透系數(shù)減少進(jìn)一步說(shuō)明了振沖碎石樁的碎石材料具有良好的透水性和排水性，應(yīng)用本文技術(shù)可以提高水閘基礎(chǔ)的密實(shí)度和穩(wěn)定性。在施工過程中，碎石材料能夠填充地基中的孔隙和裂縫，降低地基的滲透性。同時(shí)，碎石樁體還能夠與周圍土體形成緊密的接觸面，提高地基的整體防滲性能，當(dāng)水閘面對(duì)各種外力作用時(shí)，能夠保證其結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性。

4 結(jié)語(yǔ)

在水閘抗?jié)B加固工程中，振沖碎石樁技術(shù)以其獨(dú)特的設(shè)計(jì)原理和顯著的工程應(yīng)用效果，為水閘的安全運(yùn)行提供了有力保障。振沖碎石樁的設(shè)計(jì)原理是通過振動(dòng)器的振動(dòng)和沖擊作用，使土層產(chǎn)生液化和塑性變形，進(jìn)而通過碎石材料填充形成堅(jiān)實(shí)的樁體。這種樁體不僅能與周圍土體緊密結(jié)合，形成復(fù)合地基，還能有效提高地基的密實(shí)度和穩(wěn)定性，從而減少滲透，提高水閘的抗?jié)B性能。未來(lái)可以通過優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工技術(shù)進(jìn)一步提高該技術(shù)的效果，為水閘的安全運(yùn)行提供更加堅(jiān)實(shí)的保障。

參考文獻(xiàn)

[1]李書博.振沖碎石樁復(fù)合地基處理技術(shù)在某水閘加固設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].水利技術(shù)監(jiān)督，2022（5）：169-171，207.

[2]劉鳳艷.河閘樞紐工程淺孔閘振沖碎石樁設(shè)計(jì)分析與研究—以盤錦市雙臺(tái)子河閘樞紐為例[J].黑龍江水利科技，2021，49（6）：174-176.

[3]葉智峰.振沖碎石樁在液化砂土地基加固中的應(yīng)用效果分析[J].四川水利，2023，44（2）：9-15.

[4]楊燕.振沖碎石樁在三角海水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].云南水力發(fā)電，2022，38（2）：98-100.

[5]石碩.振沖碎石樁在大壩壩基加固中的應(yīng)用研究[J].廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2023，21（3）：21-24.

[6]耿任紅，沈云，陳奔奔，等.超深振沖碎石樁質(zhì)量檢測(cè)與加固平臺(tái)穩(wěn)定性分析[J].中國(guó)水運(yùn)（下半月），2023，23（10）：149-151.