水庫除險加固中混凝土灌注樁施工技術研究

范財權

(福建宏宇工程管理有限公司，福建 漳州 363000)

水庫是江河防洪體系的基礎構造之一，水庫的建造主要是積極發揮攔蓄洪水的作用，與此同時還能夠保障周邊居民用水，對當地水力發電均具備重要的作用。由于時間的累積以及流水侵蝕，水庫局部位置容易出現病險情況，嚴重危害水庫安全。病險水庫容易導致支流水位升高、農田淹沒、洪水災害等。因此需要在固定的時間內定期檢查水庫，及時清除水庫內部的安全隱患，對水庫進行除險加固。在除險加固的過程中，最常用的施工材料就是混凝土，這種材料價格便宜，但是在使用后會存在很多后期問題。尤其是在水汽濃郁的地方，很容易由于濕度過大導致承載力降低，進而造成路基坍塌、基地滑坡等現象，因此可以使用灌注樁的方式，避免此類問題[1-2]。灌注樁施工是一種較為常用的混凝土施工方法，其施工工序較為繁瑣，難度較大，但是可以適用于各種不同的地質條件，且承載力較高，成型之后形變量較小，十分適用于水庫的除險加固工程。

因此，本文結合實際水庫加固工程，采用混凝土灌注樁施工技術，針對水庫除險加固施工展開研究，綜合探討其最佳的配合比，并對原有的施工結果進行對比分析。

1 工程概況

本文研究水庫內的大壩以均勻土質為基礎，長約630m，壩頂的高度為182.37m，壩高的最大值為40.3m，迎水坡坡比為1∶2.63，背水坡坡比1∶2.55。副壩長約42m，壩頂的高度約為120.39m，壩高的最大值為5.9m，位置處于溢洪道側方。當地的土質主要為壤土，呈現出褐色的形態，略微偏黃，有些區域偏向棕褐色和灰褐色。下層區域含有少量卵礫石。其最大干密度為1.36～1.74g/cm2，壩體的土壓實系數在0.81～0.97之間，平均值為0.89[3]。本次除險加固的內容主要包括加高大壩以及移動到的高度，其中大壩架高1.3m，副壩架高0.6m，溢洪道加高約1.1m，這可以增加水庫容量約63.19萬m3。建筑物內的樁基極限側阻力標準值為31.5kPa，其阻力端標準值則為4250kPa。

2 混凝土灌注樁施工技術

2.1 原材料準備

在水庫除險加固過程中，為保證工程的安全性與穩固性，需要對原材料的質量進行監測與控制，所有混凝土所適用的材料均需要符合工程標準。

2.1.1粗集料

粗集料一般指粒徑大于4.75mm的碎石等材料，在收集粗集料時，需要保證其中不含有生活垃圾或者樹葉、草根等有機物質[4-5]。按照質量指標，粗集料可以分為3類，分別為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級，這3個等級所能夠包含的有害物質含量見表1。

表1 有害物質含量表

在表1中，使用比色法測定粗集料中的有害物質含量是否符合質量指標，通過該方法，需要保證所有粗集料內的有機質含量均在及格線以上。且在Ⅰ級粗集料中，不能有泥塊，其含泥量以及硫化物含量均在整體質量的0.5%以下。在Ⅱ級和Ⅲ級粗集料中，其硫化物含量的質量指標相等，均需要保持在0.5%～1.0%之間。在檢測粗集料時，可以使用篩分、壓碎等方式，對于碎石的壓碎指標分別為10%、20%和30%對于卵石的壓歲指標則分別為12%、16%和18%[6]。在使用粗集料時，可在C60或以上等級的混凝土中混入Ⅰ類粗集料；在C30—C60等級混凝土中混入Ⅱ類粗集料；如果該類型的混凝土需要更高的抗棟性能或者抗滲性能，同樣可以直接摻進適量的粗集料；在C30或以下等級混凝土中混入Ⅲ類粗集料；一般的施工工程中基本都會使用Ⅱ類粗集料，但是在大多數區域，都需要使用Ⅰ類粗集料制造的混凝土[7]。

2.1.2細集料

相比于粗集料，細集料則表示經過篩分后，粒徑小于4.75mm的小型材料，如石屑、沙粒等。這些細集料需要保證質地堅硬以及干燥潔凈，其中絕不能出現人工垃圾等物質。按照細集料的細粒度，可以將其分為3個等級，其中粗砂是最好的一個等級，其細度模數為1.6～2.1，中砂的細度模數為2.3～3.0，而細度模數為3.1～3.7的細砂等級最差。其內所能夠包含的有害物質含量質量指標見表2。

表2 細集料內有害物質含量質量指標

表1中對于3個等級的細集料，輕物質與有機質含量的質量指標相同，其中輕物質要求含量小于等于1.0%，有機質含量的質量指標需要在比色法下達到及格線。對于硫化物含量以及氯化物含量，表格中分別標注了不同的標準，在云母的含量中，粗砂的質量指標為1.0%以下，而中砂和細砂的指標相同，均為1.0%～2.0%[8]。3個等級的細集料同樣可以對應不同等級的混凝土材料，其中粗砂和中砂分別與Ⅰ級粗集料和Ⅱ級粗集料相同，分別對應強度大于等于C60的混凝土和強度等級在C30—C60之間的混凝土。細砂則不僅可以適用于強度等級小于等于C30的混凝土，還可以在砌筑砂漿等工程中使用。

2.1.3膠凝材料與外加劑

膠凝材料與外加劑均為混凝土混合過程中使用的，可以使混凝土在灌注樁施工中質量更好的物質。在和水成漿后，凝膠材料可以在空氣中或者水中直接硬化，達到標準的凝膠材料可以進一步加強混凝土的強度，在此過程中需要保證其顆粒的細膩度，并達到干縮性的規范要求。在本工程中，外加劑主要為減水劑，該類外加劑可以在減小水膠比的同時增加強度[9]。在本次水庫除險加固的混凝土灌注樁施工工程中，將減水劑的質量設定為混凝土整體質量的1%，這樣一來，減水劑的應用效果能夠達到25%以上。

2.1.4拌合水

拌合水需要作為凝膠材料以及一系列其他物質的中間材料，因此其化學指標有著較高的要求。拌合水的PH值需要大于等于4.5，且其中的不溶物含量需要保證在2000mg/L以內。

2.2 配合比計算

首先需要計算本文水庫除險加固工程所需要的混凝土強度，計算公式為：

qn=qs+1.645×δk

(1)

式中，qn—該工程中實際應用的混凝土強度，MPa；qs—混凝土的設計強度，MPa；δk—混凝土強度的標準差，MPa。混凝土的水膠比的計算公式如下：

(2)

式中，σb—1個參數，即混凝土的水膠比，%；λs—混凝土配合比的回歸系數；jd—凝膠材料在實際施工過程中的強度系數；λp—凝膠材料的回歸系數[10]。此時所需要的拌合水的用水量為：

(3)

式中，mwater—拌合水的整體用水量，kg/m3；m′water—被減水劑減去的水量，kg/m3；φk—減水率，%。通過以上公式，可以調整得到更準確的混凝土配合比。由此可以得到該工程內使用的水泥、砂、碎石、水、外加劑(減水劑)的配合比為356∶712∶1135∶124∶3.9。在此基礎上，可以適當增加或減少1%以下的碎石比例，以提高或減小混凝土的強度[11]。

2.3 施工過程

2.3.1施工平臺與設備

首先需要對施工現場進行平整與清掃，清除堤壩平臺上的污物與不平整區域，然后在該場地內使用全站儀進行坐標定位，并放置樣本編號。在各個坐標區域埋設厚鋼板護筒，以便儲存更多的粘土，作為造漿的主要材料。且提前設置的工作平臺需要保證足夠的穩定，不能在鉆機工作時發生晃動等情況。

2.3.2鉆孔

在開孔過程中，需要及時對混凝土灌注樁的底部平面進行清潔整理，當使用的泥漿是塑性指數較高的類型時，需要即使在其中添加粘合劑，以便提高泥漿的粘性。由于水汽蒸發的原因，泥漿的性能每時每刻都在發生變化，因此需要每天兩次測量泥漿的指數，以防止在使用時的性能與初始配置的性能差距過大，導致施工出現錯誤。完成鉆孔工作后，還需要仔細檢查每一個孔洞的位置、深度、樁徑以及垂直系數，并清理整潔，這是因為灌注樁允許的偏差程度極小。其中孔洞位置和樁徑的允許偏差均在50mm以內，垂直系數的偏差值則為1%，孔洞深度的偏差值為500mm[12]。使用清理設備對空洞內的泥漿進行清理，保持泥漿比重為1.03～1.06，當達到該參數時，停止泥漿的清理工作。

2.3.3鋼筋籠

施工過程中制作的鋼筋籠需要完全依據圖紙需求，其內徑需要大于外徑接頭100mm以上，鋼筋骨架外徑和主鋼筋間距的偏差值不能過高，按要求不可超過10mm，加強筋間距以及螺旋筋間距允許存在的偏差相對寬松，一般保證在20mm內。鋼筋籠的安裝需要使用吊車，并實時保證鋼筋籠的穩定性，防止其與灌注樁緊密接觸，并在成功安裝鋼筋籠后，及時澆筑混凝土，防止坍孔現象出現。

2.3.4混凝土灌注樁澆筑

在灌注樁上方澆筑混凝土時，需要及時安裝導管，作為引導混凝土方向的裝置。且在澆鑄前需要及時檢查灌注樁孔底的沉渣厚度，若厚度過大，需要再次使用清孔儀器對孔洞進行清理。封底澆筑過程中的混凝土匯報沉渣沖開，因此需要提前設定封底混凝土的體積Vh：

(4)

式中，Df—灌注樁直徑，mm；Hn和Hm—導管深度與孔底高度，mm；Tp—沉渣厚度，mm。當得到混凝土體積以后，可完成混凝土的水下澆筑工程，按期進行過灌注樁的施工進程。

3 質量檢測

在工程施工結束以后，使用超聲波對本工程內的混凝土灌注樁進行完整性的監測。檢測結果見表3。

表3 質量檢測結果

通過表1所示的數據中可知，該水庫除險加固工程內的灌注樁樁身沒有明顯的斷樁現象，也沒有離析或者夾泥的情況，灌注樁的截面也沒有出現縮徑和擴徑的現象。灌注樁本身具備較好的均勻性以及完整性，且所有待檢測的灌注樁均符合檢測標準，達到了最初設計的基本要求。

4 結語

本文借鑒了以往混凝土灌注樁施工的一些應用經驗以及研究數據，對混凝土灌注樁在水庫除險加固過程中的應用實例進行了分析，并探討了其在先期需要準備的原材料情況，以及灌注樁施工過程中的技術原理。在該施工技術下，本文的水庫除險加固技術在工程檢驗時完整地通過了檢測，并在一段時間后同樣能夠保證基礎部分的完好無損，這證明了本文施工技術的有效性。

但是由于時間的限制，本文僅對施工后的混凝土灌注樁的完整性進行監測，因此在后續的研究中，將補充對混凝土灌注樁承載力的測試，以實現水庫加固的目的，為我國水利工程的安全性與穩定性提供技術支持。