碼頭防護(hù)堤壩攪拌樁防滲加固設(shè)計(jì)

摘要：采用攪拌樁對碼頭防護(hù)堤壩進(jìn)行加固，可以有效提升碼頭防護(hù)堤壩與碼頭的運(yùn)營與建設(shè)的安全性和穩(wěn)定性。依據(jù)堤壩不同部位的特點(diǎn)，進(jìn)行防滲加固設(shè)計(jì)，設(shè)定合理的參數(shù)。在施工時(shí)，嚴(yán)格依照要求與工藝進(jìn)行操作，恰當(dāng)選擇攪拌設(shè)備的功率，精確控制下鉆和提鉆的技術(shù)，科學(xué)、合理地確定安全監(jiān)測的范圍、頻次和預(yù)警值。研究成果可以為碼頭防護(hù)堤壩工程提供科學(xué)、有效的解決方案，保障工程的安全建設(shè)。

關(guān)鍵詞：防護(hù)堤壩""攪拌樁""堤壩防滲""加固設(shè)計(jì)

Design"of"Anti-Seepage"Reinforcement"of"Mixing"Piles"for"the"Wharf"Protection"Embankment

SHENG"Qiao

CRCC"Harbour"and"Channel"Engineering"Bureau"Group"Co.，"Ltd.，"Wuhan，"Hubei"Province，"430000"China

Abstract："Using"mixing"piles"to"reinforce"the"wharf"protection"embankment"can"significantly"improve"the"safety"and"stability"of"the"wharf"protection"embankment，"as"well"as"the"operation"and"construction"of"the"wharf."Tailored"anti-seepage"reinforcement"designs"are"designed"based"on"the"specific"characteristics"of"different"sections"of"the"embankment，"with"rational"parameters."During"construction，"strictly"follow"the"requirements"and"processes"to"operate，"select"appropriate"power"for"mixing"equipment，"accurately"control"over"drilling"and"lifting"techniques，"and"scientifically"and"reasonably"determine"the"scope，"frequency，"and"warning"thresholds"for"safety"monitoring."These"research"findings"offer"a"scientific"and"effective"solution"for"wharf"protection"embankment"projects，"ensuring"the"safe"construction"of"the"projects.

Key"Words："Protection"embankment;"Mixing"pile;"Embankment"anti-seepage;"Reinforcement"design

碼頭的建設(shè)過程中，不可避免地需要對堤壩進(jìn)行防滲加固。由于堤壩防滲工程所涉工藝和工序十分繁雜，所以，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都可能引發(fā)安全事故。

水泥攪拌樁常用于加固堤壩，主要原理為利用水泥凝結(jié)時(shí)愈發(fā)堅(jiān)硬的特點(diǎn)，水泥與土充分混合后堅(jiān)固性強(qiáng)，能夠形成堤壩防滲墻[1-4]。劉紅昌[5]、張臻[6]針對土石壩防滲加固方案的比選和設(shè)計(jì)展開了分析，結(jié)果表明采用攪拌樁加固堤壩經(jīng)濟(jì)性較好。盛小濤等人[7]總結(jié)了圍井反濾技術(shù)在應(yīng)對管涌險(xiǎn)情時(shí)的應(yīng)用目標(biāo)、達(dá)成條件、特殊環(huán)境下的應(yīng)用設(shè)計(jì)。朱宇星[8]對不同工況下水庫的滲流安全穩(wěn)定性展開分析研究，結(jié)果表明塑性混凝土防滲墻具有低滲透系數(shù)、高工作強(qiáng)度的材料特性。李林恩等人[9]通過改變塑性混凝土自身材料的水膠比，能夠更好地保障高水位情況下圍堰的正常運(yùn)行。杜澤鵬等人[10]對防滲墻采用剛性混凝土和塑性混凝土兩種材料時(shí)的溫度應(yīng)力進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，探討了北方寒冷地區(qū)混凝土防滲墻溫度應(yīng)力在墻體的分布狀況及其對墻體結(jié)構(gòu)的影響。以上研究成果為堤壩防滲加固提供了理論和實(shí)踐支持。本文依托某地碼頭堤壩防洪加固工程，對水泥攪拌樁加固堤壩提升穩(wěn)定性設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，以期為類似工程提供參考。

1"工程概況

某綜合碼頭工程處于在長江干流田家鎮(zhèn)河段左岸，所處位置的水域十分開闊，水陸運(yùn)輸條件便捷，在港口開發(fā)建設(shè)方面具有優(yōu)良的自然條件和外部環(huán)境條件。需要加固的大堤樁號(hào)為K103+495—K102+730，屬3級(jí)堤防，工程處無護(hù)岸結(jié)構(gòu)。堤壩的頂部高度在25.5～25.8"m之間，防洪設(shè)計(jì)的水位是23.61"m，坡底的高度是20.60"m。目前，堤壩的頂部寬度大約是6"m，堤壩的內(nèi)外坡度比例是1：3。堤壩的內(nèi)外都有草皮保護(hù)，堤壩的內(nèi)部壓浸臺(tái)的寬度大概是30"m，堤壩的外部防浪林的寬度大概是50"m，所有的堤壩都已經(jīng)達(dá)到了建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)報(bào)告，工程所涉堤段未進(jìn)行堤身、堤基防滲加固措施。涉堤段典型斷面圖如圖1所示。

根據(jù)鉆孔揭露，結(jié)合主體工程可研階段勘察成果，擬建碼頭場地在勘探深度范圍內(nèi)所分布的地層依次為第四系人工填土（Q4ml）、全新統(tǒng)沖洪積（Q4al+pl）、殘坡積（Q4el+dl）及二疊系上統(tǒng)（P2）灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)頁巖等。工程區(qū)陸域場地的地下水類型包括上層滯水、巖溶裂隙水。堤內(nèi)場地所測地下水位埋深在0.0～7.7"m，標(biāo)高處于6.21～16.16"m。

2"堤壩防滲加固設(shè)計(jì)

2.1""堤壩與引橋銜接處防滲處理

對引橋橋臺(tái)樁周于橋臺(tái)樁基施工結(jié)束后，進(jìn)行靜壓注漿防滲處理（如圖2所示）。灌漿孔沿樁周外側(cè)0.2"m和0.8"m處雙排梅花型布置，間距0.6"m，深入堤基特定土層不少于1.5"m，漿液材料選用特定土，添加15%的42.5"MPa水泥。

灌漿漿液密度為1.3～1.6"g/cm3，穩(wěn)定性小于0.15"g/cm3，膠體率大于等于70%，每30"min失水量為10～30"cm2。注漿壓力管嘴指示控制最大50"kPa。自下而上分段灌漿，每米孔深灌注量現(xiàn)場試驗(yàn)定，一般為0.3-0.5"m3，灌漿量或孔口壓力達(dá)標(biāo)后，灌漿結(jié)束。每孔灌漿結(jié)束，封孔，拔出注漿管，用水泥砂漿封閉，孔口析水后，用土料回填整平。充填灌漿干法造孔，用XY-1型鉆機(jī)，孔徑50"mm，鉆孔位置偏差不超2"cm，垂直偏差小于孔深2％。

為了加強(qiáng)橋臺(tái)側(cè)面與堤身回填土體結(jié)合，減弱江水滲透，在1至4號(hào)引橋橋臺(tái)基礎(chǔ)施工中，于上、下游側(cè)面和迎水面鋪設(shè)一層外延3"m的土工膜，規(guī)格為兩布一膜（700"g/m2）。同時(shí)，樁基承臺(tái)基槽用黏性土回填壓實(shí)，厚度為100～15"cm，分層碾壓，壓實(shí)度不小于0.93。

為了保證堤身填土質(zhì)量，在填土結(jié)合面打坎，坎高15"cm、寬60"cm。依據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB"50283—2013），橋臺(tái)堤身回填土要求如下：（1）宜選黏性土，土料滲透系數(shù)≤1×10-5"cm/s；（2）黏粒含量10％～35％，塑性指數(shù)IP為10～20，不含植物根莖等雜質(zhì)；（3）有機(jī)混合物含量不超3%，水溶性鹽類含量不超2%；（4）土料含水率與最優(yōu)含水率偏差為±3％。

為了確保引橋橋臺(tái)支座外露及檢修方便，避免后期對堤身土體開挖，在堤身內(nèi)橋臺(tái)兩側(cè)新建C25重力式封邊擋土墻，墻高17"540"cm，頂寬35"cm，墻背坡比1：0.3，底部寬115"～77"m。

2.2""堤身段攪拌樁加固設(shè)計(jì)

如圖3所示，引橋與堤壩加固結(jié)合段長30"m，斜坡道路加固長20"m。水泥土攪拌樁樁徑為0.6"m，樁間距為1.2"m，矩形布置，樁長為7.4～10.8"m，樁底深入特定土層不少于1.5"m，成樁28"d后樁身抗壓強(qiáng)度不小于1.2"MPa，面積置換率19.6%，水泥摻量比20%，單樁承載力不小于84.9"kN，復(fù)合地基承載力為110"kPa。主體工程施工完后，本工程恢復(fù)道路范圍與堤頂加固一致，長92"m，恢復(fù)后，堤頂?shù)缆穼?.0"m，結(jié)構(gòu)層自上而下為22"cm厚混凝土（彎折強(qiáng)度不小于4.5"MPa）、15"cm厚水泥穩(wěn)定層（5：95）、15"cm厚水泥穩(wěn)定層（4：96）、夯實(shí)土層（密實(shí)度93%以上）。道路兩側(cè)用C30砼預(yù)制站石收邊，尺寸為15×40"cm。

對堤內(nèi)坡實(shí)體路基，填土用塑性指數(shù)7～10的砂性土料，且須滿足：土料中有機(jī)混合物含量不超5%，水溶性鹽類含量不超3%；填土滲透系數(shù)k≤1×10-4"cm/s；土料含水率與最優(yōu)含水率偏差±3%，壓實(shí)度≥0.65。

2.3""岸坡防護(hù)設(shè)計(jì)

2.3.1坡防護(hù)平面設(shè)計(jì)

本工程依平順護(hù)岸與穩(wěn)固岸腳原則，對現(xiàn)狀土質(zhì)岸坡新建兩級(jí)護(hù)坡。上級(jí)岸坡坡頂高程為19.0～16.0"m，坡腳高程為15.00～12.00"m，坡比為1：3.0～1：5.0，一級(jí)護(hù)坡坡腳設(shè)4"m寬中平臺(tái)。二級(jí)護(hù)坡頂高程為15.0～12.00"m，坡腳高程為9.70"m，坡比為1：3.0-1：20，坡腳新建4"m寬枯水平臺(tái)，高程為9.70"m，高于設(shè)計(jì)枯水位1"m?？菟脚_(tái)外側(cè)水下約30"m處（至深泓線附近或水下岸坡緩于1：4緩坡處）拋石護(hù)岸，拋石厚度不小于1"m，末端設(shè)10"m寬、不小于2.0"m厚防沖備填石平臺(tái)，拋石散石70%，籠石30%，粒徑為0.20～0.45"m，平均0.30"m。岸坡上下游設(shè)5.0"m×1.0"m格賓石籠封邊銜接。岸頂順?biāo)髟O(shè)60×60"cm、壁厚25"cm的C25砼縱向排水溝，垂直水流向設(shè)間距100"m的橫向排水溝，與縱向相接并接枯水平臺(tái)。C25砼排水溝每10米設(shè)2"cm寬伸縮縫，內(nèi)嵌硬質(zhì)聚乙烯閉孔泡沫板。

2.3.2坡防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一級(jí)護(hù)坡坡面用厚30"cm的雷諾護(hù)墊護(hù)坡，下設(shè)單層350"g/m2土工布；坡頂新建60×60"cm、壁厚25"cm的C25砼縱向排水溝，坡腳新建1.0"m×1.5"m的C25混凝土護(hù)腳槽，下設(shè)10"cm厚砂石混合料墊層；二級(jí)護(hù)坡坡腳新建2"m寬、2.0×1.0"m的C25混凝土護(hù)腳槽，下設(shè)2.0×0.5"m的格賓籠石；護(hù)腳槽外側(cè)設(shè)2"m寬、2.0×1.5"m的格賓籠石枯水平臺(tái)。枯水平臺(tái)以下水下拋石護(hù)岸，散石70%，，籠石30%。上、下游邊線處格賓籠石封邊5.0×1.0"m，枯水平臺(tái)以下用5"m、寬1"m厚拋石與現(xiàn)狀岸坡順接。護(hù)岸C25混凝土排水溝及護(hù)腳槽每10米設(shè)2"cm寬伸縮縫，內(nèi)嵌硬質(zhì)聚乙烯閉孔泡沫板。

2.4""堤內(nèi)橋墩反濾設(shè)計(jì)

如圖4所示，橋墩基礎(chǔ)周邊5"m范圍內(nèi)下挖1"m，自下至上依次鋪設(shè)單層350"g/m2土工布、60"cm厚反濾料及40"cm厚砂性土。土工布規(guī)格為350"g/m2，沿承臺(tái)周邊鋪設(shè)，高程與承臺(tái)頂面一致，側(cè)面向下與承臺(tái)側(cè)邊粘貼相接1"m，搭接部位重疊50"cm。反濾料：上部設(shè)3層反濾，依次為20"cm厚碎石、20"cm厚粗砂和20"cm厚細(xì)砂，上部用砂性土回填，IP為7～10，分層碾壓密實(shí)，相對密度不小于0.65。

3"堤壩攪拌樁加固施工

3.1""施工要求

依照《復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范》（GB/T"50783—2012）規(guī)定[11]，設(shè)計(jì)樁長需要依據(jù)施工機(jī)械的能力予以明確，噴漿攪拌法的加固深度不宜超出20"m，噴粉攪拌法的加固深度不宜超過15"m。據(jù)此結(jié)論判定：若攪拌樁長大于20"m，則屬于“超深攪拌樁”；攪拌樁長在20"m及以內(nèi)時(shí)，于普通軟土下的基礎(chǔ)加固處理工藝已然成熟，質(zhì)量處于可控狀態(tài)；當(dāng)樁長大于20"m且遭遇復(fù)雜軟土地質(zhì)時(shí)，必然會(huì)在常規(guī)工藝的基礎(chǔ)上增添技術(shù)難度，所以，需要在原有工藝上進(jìn)行改進(jìn)，方能保障超深樁基的強(qiáng)度與質(zhì)量。

在施工加固深度的范圍里，土體的任何一點(diǎn)均應(yīng)攪拌20次以上，結(jié)合傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的3層6翼片或4層8翼片鉆頭，倘若按照常規(guī)的“四攪四噴”工序進(jìn)行控制，攪拌頻率分別能夠達(dá)到24次和32次，雖然滿足技術(shù)規(guī)范的要求，然而卻存在工序繁雜、作業(yè)耗時(shí)久、經(jīng)濟(jì)效益低下等不利因素。

3.2""攪拌設(shè)備功率

隨著軟土深度的增加，攪拌樁鉆桿和鉆頭所面臨的阻力會(huì)增大，在一定的軟土深度下，鉆頭的提速或攪拌難以滿足技術(shù)要求。在深層進(jìn)行噴漿（粉）時(shí)，必然會(huì)受到水或土壓力的影響，所施加的注漿（粉）壓力過大，則更易引發(fā)向上返漿或地下竄漿的情況，造成水泥材料的過度浪費(fèi)；反之，施加的壓力過小，又無法確保攪拌樁的水泥摻量和成樁質(zhì)量。攪拌設(shè)備功率的大小是在軟土中高質(zhì)量成樁的關(guān)鍵所在，樁身每斷面的攪拌位置與噴漿（粉）務(wù)必要同步且同時(shí)進(jìn)行，否則膠凝材料難以與軟土更為良好地拌和均勻，進(jìn)而導(dǎo)致芯樣不連續(xù)或強(qiáng)度不合格等質(zhì)量問題。

3.3""下鉆技術(shù)控制

運(yùn)用DGN-28型攪拌設(shè)備，并配置多翼片攪拌鉆頭與高壓輔助攪拌裝置來施行，依據(jù)設(shè)備功率，結(jié)合“二攪二噴”和“四攪四噴”工藝來開展，通過下鉆和提鉆對復(fù)雜或超深軟土進(jìn)行高頻攪拌與復(fù)雜軟土的處理。

依據(jù)不同的軟土含水量，開展水泥摻量配合比的設(shè)計(jì)，以保證樁基芯樣的完整性和強(qiáng)度。具體操作方式如下：啟動(dòng)灰漿泵，當(dāng)灰漿從噴嘴噴出時(shí)，開啟樁機(jī)向下旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)攪拌；水泥攪拌樁機(jī)就位后，開始鉆進(jìn)并噴漿，確保水泥漿用量和水泥漿總用量。能夠適當(dāng)調(diào)整提升和鉆進(jìn)的速度，過程中要隨時(shí)留意深層監(jiān)測儀的記錄數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。要定期對攪拌翼片的直徑大小進(jìn)行檢查，當(dāng)直徑損量大于10"mm時(shí)，必須更換翼片。當(dāng)鉆進(jìn)噴漿成樁達(dá)到設(shè)計(jì)樁長或?qū)游缓?，需在原地噴漿半分鐘，然后反轉(zhuǎn)勻速提升，其深度誤差不能超過5"cm。在下沉鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)時(shí)，要依據(jù)土質(zhì)的軟硬情況，選擇合適的擋位，同時(shí)要時(shí)刻留意電流的變化，及時(shí)進(jìn)行換擋操作。

3.4""提鉆技術(shù)控制

當(dāng)攪拌鉆頭抵達(dá)設(shè)計(jì)深度時(shí)，應(yīng)將攪拌頭反轉(zhuǎn)，同時(shí)噴漿并提升攪拌。要嚴(yán)格把控?cái)嚢杷俣龋瑖姖{、攪拌、提升3項(xiàng)同步開展，將水泥漿充分與土體拌和均勻。鉆進(jìn)速度和提升速度參照表1進(jìn)行控制，在試樁過程中，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真做好記錄，當(dāng)鉆頭提升至設(shè)計(jì)頂標(biāo)高以上50"cm后，停止噴漿。

4"堤壩加固施工安全監(jiān)測

4.1""監(jiān)測范圍

為了明確堤防在工程施工期和運(yùn)行期的沉降變形與水平位移情況，依照相關(guān)規(guī)定[12-13]，在碼頭翻堤運(yùn)輸通道引橋上下游5"m處各自設(shè)置1個(gè)監(jiān)測斷面，一共設(shè)置8個(gè)堤防安全監(jiān)測斷面。每個(gè)監(jiān)測斷面都安排4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，分別是堤內(nèi)腳、堤內(nèi)肩、堤外肩、堤外腳。這些監(jiān)測點(diǎn)在工程開始前就進(jìn)行埋設(shè)，用于施工期和運(yùn)行初期（竣工后1年）的監(jiān)測。在堤內(nèi)距離堤腳200～300"m的位置布置1組工作基點(diǎn)，基點(diǎn)至少由2個(gè)混凝土柱普通水準(zhǔn)標(biāo)石組成一組，且基點(diǎn)需位于未受擾動(dòng)的土體上。沉降和水平位移的測點(diǎn)采用混凝土水準(zhǔn)標(biāo)石，布置測點(diǎn)時(shí)挖一個(gè)50"cm×50"cm、深80"cm的深坑，用C20混凝土澆筑監(jiān)測點(diǎn)基座，在基座頂面埋設(shè)不銹鋼標(biāo)芯，并標(biāo)注測點(diǎn)編號(hào)、埋設(shè)年月等信息。

4.2""監(jiān)測頻次

按照相關(guān)規(guī)定[12-13]，基于堤防工程的實(shí)際情況，明確堤防位移和沉降的監(jiān)測頻次。在施工期，每天進(jìn)行1次監(jiān)測；運(yùn)行初期的汛期（5月至10月上旬），每周監(jiān)測1次；運(yùn)行期的非汛期（10月中旬至次年4月），每月監(jiān)測1次。監(jiān)測期限：依據(jù)涉河建設(shè)方案的施工工期安排，施工期設(shè)定為2年；運(yùn)行初期的監(jiān)測時(shí)間為竣工后的1年。

4.3""監(jiān)測項(xiàng)目預(yù)警

參照《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB"50497—2019）中“表8.0.4土質(zhì)基坑及支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測預(yù)警值”中一級(jí)基坑的預(yù)警值范圍，并結(jié)合有關(guān)部門的規(guī)定、經(jīng)驗(yàn)類比值來確定具體工點(diǎn)監(jiān)測項(xiàng)目的預(yù)警值。沉降、水平位移的預(yù)警值如表2所示。

5"結(jié)論

（1）針對碼頭防護(hù)堤壩攪拌樁防滲加固展開設(shè)計(jì)、施工與安全監(jiān)測的研究，有效消除并減弱了碼頭建設(shè)和運(yùn)行給堤防安全帶來的不利影響?？紤]到堤壩與引橋銜接處、堤身段、岸坡防護(hù)玌堤內(nèi)橋墩存在不同特點(diǎn)，相應(yīng)地實(shí)施了防滲加固與防護(hù)措施。

（2）施工期間，通過合理選定攪拌設(shè)備功率，精準(zhǔn)把控下鉆和提鉆技術(shù)，保證了攪拌樁的質(zhì)量與加固成效。依據(jù)不同的軟土狀況，開展水泥摻量配合比設(shè)計(jì)，進(jìn)一步確保了樁基芯樣的完整性和強(qiáng)度。

（3）在堤壩監(jiān)測方面，參考借鑒相關(guān)領(lǐng)域規(guī)范，確定合理的的監(jiān)測范圍、頻次玌預(yù)警值，能夠及時(shí)且有效地掌握堤防在施工期和運(yùn)行期的沉降變形與水平位移狀況。

（4）工程施工前和施工中，應(yīng)做好臨時(shí)度汛措施，并對現(xiàn)有堤防、護(hù)岸等堤防設(shè)施按要求進(jìn)行監(jiān)測，提出切實(shí)可行的應(yīng)急處理措施，確保堤防安全。一旦出現(xiàn)險(xiǎn)情，應(yīng)及時(shí)上報(bào)和進(jìn)行搶險(xiǎn)。

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