碼頭防護堤壩攪拌樁防滲加固設計

摘要：采用攪拌樁對碼頭防護堤壩進行加固，可以有效提升碼頭防護堤壩與碼頭的運營與建設的安全性和穩定性。依據堤壩不同部位的特點，進行防滲加固設計，設定合理的參數。在施工時，嚴格依照要求與工藝進行操作，恰當選擇攪拌設備的功率，精確控制下鉆和提鉆的技術，科學、合理地確定安全監測的范圍、頻次和預警值。研究成果可以為碼頭防護堤壩工程提供科學、有效的解決方案，保障工程的安全建設。

關鍵詞：防護堤壩""攪拌樁""堤壩防滲""加固設計

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

碼頭的建設過程中，不可避免地需要對堤壩進行防滲加固。由于堤壩防滲工程所涉工藝和工序十分繁雜，所以，任何一個環節出現問題，都可能引發安全事故。

水泥攪拌樁常用于加固堤壩，主要原理為利用水泥凝結時愈發堅硬的特點，水泥與土充分混合后堅固性強，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計展開了分析，結果表明采用攪拌樁加固堤壩經濟性較好。盛小濤等人[7]總結了圍井反濾技術在應對管涌險情時的應用目標、達成條件、特殊環境下的應用設計。朱宇星[8]對不同工況下水庫的滲流安全穩定性展開分析研究，結果表明塑性混凝土防滲墻具有低滲透系數、高工作強度的材料特性。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的溫度應力進行數值模擬計算，探討了北方寒冷地區混凝土防滲墻溫度應力在墻體的分布狀況及其對墻體結構的影響。以上研究成果為堤壩防滲加固提供了理論和實踐支持。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定性設計進行研究，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河段左岸，所處位置的水域十分開闊，水陸運輸條件便捷，在港口開發建設方面具有優良的自然條件和外部環境條件。需要加固的大堤樁號為K103+495—K102+730，屬3級堤防，工程處無護岸結構。堤壩的頂部高度在25.5～25.8"m之間，防洪設計的水位是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，堤壩的內外坡度比例是1：3。堤壩的內外都有草皮保護，堤壩的內部壓浸臺的寬度大概是30"m，堤壩的外部防浪林的寬度大概是50"m，所有的堤壩都已經達到了建設的標準。根據相關設計報告，工程所涉堤段未進行堤身、堤基防滲加固措施。涉堤段典型斷面圖如圖1所示。

根據鉆孔揭露，結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所分布的地層依次為第四系人工填土（Q4ml）、全新統沖洪積（Q4al+pl）、殘坡積（Q4el+dl）及二疊系上統（P2）灰巖、炭質灰巖、泥質頁巖等。工程區陸域場地的地下水類型包括上層滯水、巖溶裂隙水。堤內場地所測地下水位埋深在0.0～7.7"m，標高處于6.21～16.16"m。

2"堤壩防滲加固設計

2.1""堤壩與引橋銜接處防滲處理

對引橋橋臺樁周于橋臺樁基施工結束后，進行靜壓注漿防滲處理（如圖2所示）。灌漿孔沿樁周外側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，每米孔深灌注量現場試驗定，一般為0.3-0.5"m3，灌漿量或孔口壓力達標后，灌漿結束。每孔灌漿結束，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，孔徑50"mm，鉆孔位置偏差不超2"cm，垂直偏差小于孔深2％。

為了加強橋臺側面與堤身回填土體結合，減弱江水滲透，在1至4號引橋橋臺基礎施工中，于上、下游側面和迎水面鋪設一層外延3"m的土工膜，規格為兩布一膜（700"g/m2）。同時，樁基承臺基槽用黏性土回填壓實，厚度為100～15"cm，分層碾壓，壓實度不小于0.93。

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

為了確保引橋橋臺支座外露及檢修方便，避免后期對堤身土體開挖，在堤身內橋臺兩側新建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計

如圖3所示，引橋與堤壩加固結合段長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，復合地基承載力為110"kPa。主體工程施工完后，本工程恢復道路范圍與堤頂加固一致，長92"m，恢復后，堤頂道路寬6.0"m，結構層自上而下為22"cm厚混凝土（彎折強度不小于4.5"MPa）、15"cm厚水泥穩定層（5：95）、15"cm厚水泥穩定層（4：96）、夯實土層（密實度93%以上）。道路兩側用C30砼預制站石收邊，尺寸為15×40"cm。

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

2.3""岸坡防護設計

2.3.1坡防護平面設計

本工程依平順護岸與穩固岸腳原則，對現狀土質岸坡新建兩級護坡。上級岸坡坡頂高程為19.0～16.0"m，坡腳高程為15.00～12.00"m，坡比為1：3.0～1：5.0，一級護坡坡腳設4"m寬中平臺。二級護坡頂高程為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，高程為9.70"m，高于設計枯水位1"m。枯水平臺外側水下約30"m處（至深泓線附近或水下岸坡緩于1：4緩坡處）拋石護岸，拋石厚度不小于1"m，末端設10"m寬、不小于2.0"m厚防沖備填石平臺，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5.0"m×1.0"m格賓石籠封邊銜接。岸頂順水流設60×60"cm、壁厚25"cm的C25砼縱向排水溝，垂直水流向設間距100"m的橫向排水溝，與縱向相接并接枯水平臺。C25砼排水溝每10米設2"cm寬伸縮縫，內嵌硬質聚乙烯閉孔泡沫板。

2.3.2坡防護結構設計

一級護坡坡面用厚30"cm的雷諾護墊護坡，下設單層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混凝土護腳槽，下設10"cm厚砂石混合料墊層；二級護坡坡腳新建2"m寬、2.0×1.0"m的C25混凝土護腳槽，下設2.0×0.5"m的格賓籠石；護腳槽外側設2"m寬、2.0×1.5"m的格賓籠石枯水平臺。枯水平臺以下水下拋石護岸，散石70%，，籠石30%。上、下游邊線處格賓籠石封邊5.0×1.0"m，枯水平臺以下用5"m、寬1"m厚拋石與現狀岸坡順接。護岸C25混凝土排水溝及護腳槽每10米設2"cm寬伸縮縫，內嵌硬質聚乙烯閉孔泡沫板。

2.4""堤內橋墩反濾設計

如圖4所示，橋墩基礎周邊5"m范圍內下挖1"m，自下至上依次鋪設單層350"g/m2土工布、60"cm厚反濾料及40"cm厚砂性土。土工布規格為350"g/m2，沿承臺周邊鋪設，高程與承臺頂面一致，側面向下與承臺側邊粘貼相接1"m，搭接部位重疊50"cm。反濾料：上部設3層反濾，依次為20"cm厚碎石、20"cm厚粗砂和20"cm厚細砂，上部用砂性土回填，IP為7～10，分層碾壓密實，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《復合地基技術規范》（GB/T"50783—2012）規定[11]，設計樁長需要依據施工機械的能力予以明確，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。據此結論判定：若攪拌樁長大于20"m，則屬于“超深攪拌樁”；攪拌樁長在20"m及以內時，于普通軟土下的基礎加固處理工藝已然成熟，質量處于可控狀態；當樁長大于20"m且遭遇復雜軟土地質時，必然會在常規工藝的基礎上增添技術難度，所以，需要在原有工藝上進行改進，方能保障超深樁基的強度與質量。

在施工加固深度的范圍里，土體的任何一點均應攪拌20次以上，結合傳統設計的3層6翼片或4層8翼片鉆頭，倘若按照常規的“四攪四噴”工序進行控制，攪拌頻率分別能夠達到24次和32次，雖然滿足技術規范的要求，然而卻存在工序繁雜、作業耗時久、經濟效益低下等不利因素。

3.2""攪拌設備功率

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要求。在深層進行噴漿（粉）時，必然會受到水或土壓力的影響，所施加的注漿（粉）壓力過大，則更易引發向上返漿或地下竄漿的情況，造成水泥材料的過度浪費；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量。攪拌設備功率的大小是在軟土中高質量成樁的關鍵所在，樁身每斷面的攪拌位置與噴漿（粉）務必要同步且同時進行，否則膠凝材料難以與軟土更為良好地拌和均勻，進而導致芯樣不連續或強度不合格等質量問題。

3.3""下鉆技術控制

運用DGN-28型攪拌設備，并配置多翼片攪拌鉆頭與高壓輔助攪拌裝置來施行，依據設備功率，結合“二攪二噴”和“四攪四噴”工藝來開展，通過下鉆和提鉆對復雜或超深軟土進行高頻攪拌與復雜軟土的處理。

依據不同的軟土含水量，開展水泥摻量配合比的設計，以保證樁基芯樣的完整性和強度。具體操作方式如下：啟動灰漿泵，當灰漿從噴嘴噴出時，開啟樁機向下旋轉鉆進攪拌；水泥攪拌樁機就位后，開始鉆進并噴漿，確保水泥漿用量和水泥漿總用量。能夠適當調整提升和鉆進的速度，過程中要隨時留意深層監測儀的記錄數據，從而進行動態調整。要定期對攪拌翼片的直徑大小進行檢查，當直徑損量大于10"mm時，必須更換翼片。當鉆進噴漿成樁達到設計樁長或層位后，需在原地噴漿半分鐘，然后反轉勻速提升，其深度誤差不能超過5"cm。在下沉鉆頭進行鉆進時，要依據土質的軟硬情況，選擇合適的擋位，同時要時刻留意電流的變化，及時進行換擋操作。

3.4""提鉆技術控制

當攪拌鉆頭抵達設計深度時，應將攪拌頭反轉，同時噴漿并提升攪拌。要嚴格把控攪拌速度，噴漿、攪拌、提升3項同步開展，將水泥漿充分與土體拌和均勻。鉆進速度和提升速度參照表1進行控制，在試樁過程中，應當認真做好記錄，當鉆頭提升至設計頂標高以上50"cm后，停止噴漿。

4"堤壩加固施工安全監測

4.1""監測范圍

為了明確堤防在工程施工期和運行期的沉降變形與水平位移情況，依照相關規定[12-13]，在碼頭翻堤運輸通道引橋上下游5"m處各自設置1個監測斷面，一共設置8個堤防安全監測斷面。每個監測斷面都安排4個監測點，分別是堤內腳、堤內肩、堤外肩、堤外腳。這些監測點在工程開始前就進行埋設，用于施工期和運行初期（竣工后1年）的監測。在堤內距離堤腳200～300"m的位置布置1組工作基點，基點至少由2個混凝土柱普通水準標石組成一組，且基點需位于未受擾動的土體上。沉降和水平位移的測點采用混凝土水準標石，布置測點時挖一個50"cm×50"cm、深80"cm的深坑，用C20混凝土澆筑監測點基座，在基座頂面埋設不銹鋼標芯，并標注測點編號、埋設年月等信息。

4.2""監測頻次

按照相關規定[12-13]，基于堤防工程的實際情況，明確堤防位移和沉降的監測頻次。在施工期，每天進行1次監測；運行初期的汛期（5月至10月上旬），每周監測1次；運行期的非汛期（10月中旬至次年4月），每月監測1次。監測期限：依據涉河建設方案的施工工期安排，施工期設定為2年；運行初期的監測時間為竣工后的1年。

4.3""監測項目預警

參照《建筑基坑工程監測技術標準》（GB"50497—2019）中“表8.0.4土質基坑及支護結構監測預警值”中一級基坑的預警值范圍，并結合有關部門的規定、經驗類比值來確定具體工點監測項目的預警值。沉降、水平位移的預警值如表2所示。

5"結論

（1）針對碼頭防護堤壩攪拌樁防滲加固展開設計、施工與安全監測的研究，有效消除并減弱了碼頭建設和運行給堤防安全帶來的不利影響。考慮到堤壩與引橋銜接處、堤身段、岸坡防護玌堤內橋墩存在不同特點，相應地實施了防滲加固與防護措施。

（2）施工期間，通過合理選定攪拌設備功率，精準把控下鉆和提鉆技術，保證了攪拌樁的質量與加固成效。依據不同的軟土狀況，開展水泥摻量配合比設計，進一步確保了樁基芯樣的完整性和強度。

（3）在堤壩監測方面，參考借鑒相關領域規范，確定合理的的監測范圍、頻次玌預警值，能夠及時且有效地掌握堤防在施工期和運行期的沉降變形與水平位移狀況。

（4）工程施工前和施工中，應做好臨時度汛措施，并對現有堤防、護岸等堤防設施按要求進行監測，提出切實可行的應急處理措施，確保堤防安全。一旦出現險情，應及時上報和進行搶險。

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