善卷垸防洪大堤治理工程地基問題及處理措施

(湖南興禹建設有限公司，湖南 常德 415000)

1 項目概況

鼎城區善卷垸防洪大堤水利綜合治理工程，位于常德市鼎城區，為沅水一線大堤，防洪標準為50年一遇。堤防工程等別為Ⅲ等，相應的主要建筑物為3級。工程區堤垸屬平原地類型，垸內地勢低且平坦，地面高程32.00～35.00m，在地貌上屬于沅水南岸Ⅰ級階地范疇。工程主要建設內容為：整治老堤，開挖堤防，新建混凝土防洪墻、廊道、基礎水泥土攪拌樁、長螺旋鉆孔灌注樁、西站路交通閘等。

常德市城區屬季風濕潤氣候區，雨水豐富，暴雨多集中的4—9月。與工程項目密切相關的水文站主要有桃源水文站和常德水文站。工程設計所采用的洪水系列主要是桃源站近55年的水文資料。根據桃源站與常德站最大洪水的相差性分析，推求項目所在河段不同頻率的洪峰流量。

桃源站50年一遇的設計洪峰流量為34800m3/s，常德水文站對應的水位為41.32m。100年一遇的設計洪峰流量為38800 m3/s，常德水文站對應的水位為41.97m。

通過現場勘察，工程區無滑坡、泥石流、崩塌、巖溶、土洞等不良地質現象。工程存在的主要不良地質現象為頂沖及管涌。頂沖造成沖塌險情, 如不及時搶護,將會沖決堤防：k19+150～k21+761段處于河流拐彎處，迎流當沖，下部沖積堆積粉質黏土、粉細沙抗沖刷能力差，容易形成塌岸。管涌如不及時搶護會引起建筑物塌陷，造成決堤、垮壩等事故：善卷垸堤基下部粉細沙、砂礫石層較厚，為中等～強透水帶，上部粉質黏土較薄，汛期河水處于高水位運行時，堤內側1km范圍內，易出現翻砂鼓水現象。

2 工程地基問題

善卷垸屬洞庭湖沖積平原，地表大多為淤積粉砂層，且卵石出露點較高。加之大堤修建年代已久，堤基地質復雜，基礎處理不嚴，堤身填土混雜碾壓不實，填筑質量得不到保證，汛期易發生大面積滲漏和散浸。多年來長期受滲透水流作用，堤基中的土層內的細小顆粒的位置已發生變化，當表層人工填土與粉質黏土有天然缺陷時，粉細砂層土粒就會流失，形成滲透破壞。

2.1 堤身滲漏及滲透穩定性問題

由于堤身填土夯壓不密實，結構松散，孔隙率較大，新老填土分界面結合差。汛期當外河水位上漲時，堤身存在滲漏問題，極易引起滑坡、開裂等不良地質現象，甚至導致潰決。

2.2 堤基滲漏及滲透穩定問題

堤基下部粉細砂、砂礫石具有中等～強透水性，為汛期河水向堤垸內透水的通道，表層粉質黏土具微～弱透水性，為天然防滲鋪蓋，但該鋪蓋厚度偏薄，且由于堤內部開挖了很多溝渠，使得上部粉質黏土鋪蓋遭到破壞，在高水位運行時，可能存在堤基滲漏及管涌等不良地質現象，影響防洪堤安全。

2.3 粉細砂的振動液化問題

堤基下部粉細砂在Ⅶ度地震時會產生輕微液化，易造成堤基土的失穩或失效，使堤身及穿堤建筑物發生傾斜或倒塌。

3 處理措施

針對堤基滲漏、滲透穩定問題及粉細砂的振動液化問題，對堤基采取高壓旋噴灌漿處理措施，上部堤內外側采用填筑壓浸平臺處理措施；針對堤基沉陷變形問題，對堤基采取長螺旋灌樁處理措施；針對堤基抗沖刷穩定性問題，建議對堤基采取護坡、護腳處理措施。

3.1 高壓旋噴灌漿

3.1.1 高壓旋噴工藝加固原理

高壓旋噴樁是利用工程鉆機鉆孔至要求深度后，利用三重灌漿管以一定的壓力把漿液噴射出去，高壓射流沖擊切割土體，使一定范圍內的土體結構破壞，漿液與土體攪拌混合固化，隨著灌漿管的旋轉和提升而形成圓柱形樁體，凝固后便在土體中形成圓柱形狀、有一定強度、相鄰樁體相互咬合成一體的固結體，該工藝起到止水與土體加固的作用，高壓旋噴示意如圖1所示。

圖1 高壓旋噴工藝示意圖

3.1.2 高壓旋噴施工工藝

鉆孔：采用回轉式鉆機鉆孔，鉆機安放在設計的孔位上并應保持垂直，樁位偏差5cm，樁體垂直度不大于1.5%。每孔均要求一次性成孔，確保孔向、孔深符合設計要求，力求鉆徑上下均一、孔壁平整，高壓旋噴灌漿工藝流程如圖2所示。

圖2 高壓旋噴灌漿施工流程

沖洗及簡易壓水試驗：采用清水沖洗鉆孔，直至回水澄清，無砂和巖粉為止。灌漿前，選孔作壓水試驗，并以簡易壓水試驗所得之透水率q值來確定開灌水灰比。

灌漿：灌漿設備采用活塞式灌漿管，高壓膠管輸漿管，灰漿攪拌機，泥漿攪拌機等，灌漿方法采用循環式，自下而上分段灌注，分二序施灌。相鄰兩樁施工間隔時間應不小于48h，間距為4～6m。

施工質量檢查：主要是對板墻體的防滲性能的檢查，在高壓噴射灌漿結束28天后進行。一般采用與墻體形成三角形的圍井，布置在施工質量較差的孔位處，做壓水試驗，測單位吸水量ω值或滲透系數K值，與設計值比較，判斷其是否達到要求。

3.2 長螺旋灌注樁

該工程長螺旋鉆孔灌注樁施工樁徑φ600mm，采用C25混凝土，共計4397.94m3；鋼筋制作、安裝149.71t。

3.2.1 長螺旋灌注樁施工工藝流程

長螺旋灌注樁施工工藝流程如圖3所示。

圖3 長螺旋鉆孔灌注樁施工流程

3.2.2 成孔工藝

長螺旋鉆孔法是用一種大扭矩動力頭帶動的長螺旋中空鉆桿快速干鉆法，鉆孔中的土除一部分被擠壓外大部分被輸送到螺旋鉆桿葉片上，土在上升時被擠壓致密與鉆桿形成一土柱，土柱與鉆孔間隙僅幾毫米，類似于一個長活塞，土柱使鉆孔在提鉆前不坍塌。即使在有地下水的地層，因土柱與鉆孔間隙小，鉆孔速度快，鉆孔內滲出并積存的水少，因此孔內不會坍塌。

3.2.3 超流態混凝土壓灌工藝

該工藝應用的超流態混凝土是在泵送混凝土和流態混凝土基礎上配制的，其和易性及流動性好、坍落度大，便于泵送和長鋼筋籠的下入。

混凝土輸送泵通過高壓管路與長螺旋鉆桿相連，中空的螺旋鉆桿代替了鉆孔內的泵管，鉆桿底部的鉆頭設有單向閥，鉆桿至設計深度后停止鉆桿回轉，把攪好并儲備的超流態混凝土通過泵管以約30kPa的壓力壓至鉆頭底部，單向閥打開，混凝土壓出并推動鉆桿上升，隨鉆桿土柱的上升，孔內混凝土壓滿。

3.2.4 鋼筋籠吊裝

混凝土漿經加壓泵隨著螺旋鉆上升將樁孔灌滿后，隨即吊裝鋼筋籠。安裝鋼筋籠時要求操作平穩，防止鋼筋籠發生變形；下放鋼筋籠時對準孔位中心輕放、慢放，嚴禁高起猛落、強行下放，防止傾斜、彎折或碰撞孔壁。

經過點焊成型的鋼筋籠吊起居中后靠自重即可插入混凝土一定深度，籠較長靠自重或無法壓入時，可加震動器震入。

3.2.5 長螺旋灌注樁常見質量問題及防治措施

a.堵管。長螺旋鉆孔鉆頭兩邊設計有兩個鉆門，在施工過程中鉆門關閉防止鉆屑進入鉆桿內造成鉆桿堵塞。當泵混凝土時隨著泵壓增加兩鉆門打開，由此將混凝土灌入孔內。一旦提鉆時鉆門打不開，將導致鉆孔內無混凝土，后果嚴重。所以要求每次開鉆前后均應檢查鉆門是否卡死。如果出現塑性高的黏性土層，則采用鉆具回轉泵混凝土法，在泵混凝土的同時使鉆具在提拉下正向回轉，使擠壓在鉆門的泥松動或脫落，從而在泵壓下打開鉆門。

b.卡鉆。長螺旋鉆機鉆進過程中如果鉆具下放速度過快，致使鉆出的鉆屑來不及帶出孔外而積壓在鉆桿與孔壁之間，嚴重時就會造成卡鉆事故。如果事故輕微，應立即關閉回轉動力電源，將鉆具用最低提升速度提起后重新施鉆即可；如果事故嚴重，首先應將鉆機塔下大梁用機枕木墊好，再用最低提升速度拉鉆具。

c.斷樁、縮徑和樁身缺陷。出現該問題的主要原因是由于鉆桿提升速度太快，而泵混凝土量與之不匹配，在鉆桿提升過程中鉆孔內產生負壓，使孔壁塌陷造成斷樁，有時還會影響鄰樁。解決此類問題的方法有兩種：?合理選擇鉆桿提升速度，通常為1.8～2.4m/min，保證鉆頭在混凝土里埋深始終控制在1m以上，保證帶壓提鉆；?隔樁跳打，如果鄰樁間距小于5倍直徑時，則必須隔樁跳打。

d.樁頭不完整。造成這一問題的主要原因是停灰面過低，沒預留充足的廢樁頭，有時提鉆速度過快也會導致樁頭偏低，解決方法是在平整工場地時保證地面與有效樁頂標高距離不小于0.6m，停灰面不小于有效樁頂以上0.6m。

4 結 語

采用高壓旋噴灌漿、長螺旋灌注樁對地基加固，是堤防工程地基處理中較為先進的、效果好且成本低的一種方法。高壓旋噴灌漿、長螺旋灌注樁在鼎城區善卷垸防洪大堤水利綜合治理工程中的應用，改善了地基不良問題，解決了工期緊，工程要求高的難題，對防洪保安具有重要意義，為常德濱江堤防打下堅實的基礎。可為同類工程地基處理問題的解決提供參考。