多头小直径深层搅拌桩截渗墙技术在防洪堤除险加固中的应用

1 多头小直径深层搅拌桩截渗墙的原理

多头小直径深层水泥搅拌桩的原理:主要是利用水泥、石灰等材料作为固化剂,通过特制的深层搅拌机械边钻进边往土体中喷射浆液或雾状粉体,在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌,使喷入软土的固化剂和软土充分拌合在一起,由固化剂和软土间所产生的一系列化学作用,形成抗压强度比天然土强度高得多,并具有整体性、水稳性、强度性及抗渗性的优质水泥土截渗墙体。本文以英德市江湾防洪堤除险加固的案例,介绍深层搅拌法设计情况和施工技术。

2 案例分析

2.1 工程概概况

(1)英德市江湾防洪堤除险段的情况。英德市江湾防洪堤为4级堤防,顶宽4~5m,堤高10m,除险段防洪堤长580m,边坡1∶2,该段防洪堤是1978年建成,是当地农民在从防洪堤脚取土填筑而成。

(2)除险段防洪堤地基。防洪堤地质情况:防洪堤堤身为壤土夹粉土,局部粉土较集中,地基土层分布情况从上到下为:壤土层,厚5m;粉质土,厚约4m;粉细砂层,厚约8.5m,分布起伏不均;砂砾卵石层厚约11m;然后到灰岩。

(3)防洪堤险情及情况分析。英德市在2006年受到了30一遇洪水,在江湾防洪堤k0+850~k1+150m垮堤,k1+850~k2+130多处出现管涌。根据现场地质勘察的报告显示:出现管涌现象,防洪堤垮堤是由于防洪堤地基渗漏引起。由于该堤是就地取材,把防水性能较好的壤土上堤填筑,粉土及粉细砂层暴露,引起堤身及堤基渗漏,带出粉细砂,淘空防洪堤地基,引起防洪堤垮堤。

(4)除险加固处理措施。对江湾防洪堤k0+850~k1+150m垮堤段进行地基防渗处理,并重建该垮堤段。对k1+850~k2+130管涌堤段段堤身及堤基进行防渗除险加固处理,在堤背水坡回填砂土压渗。由于江湾堤正纳入提高防洪标准,该堤需加高加宽,有待下阶段的设计。

2.2 多头小直径深层搅拌桩的优点

(1)充分利用原防洪堤土体,仅使用易于选购而且价格低廉的普通水泥构成墙体;(2)成墙质量可靠,具有混凝土墙和高喷墙截渗效果和寿命,而且水泥土墙具有一定的塑性,相当于塑性混凝土墙,适应防洪堤土堤变形的能力强;(3)成墙造价低,经比较分析,多头小直径深层搅拌桩墙的造价仅是混凝土墙的1/3,高喷截渗墙的1/4。鉴于以上优点,及已有广泛成功的类似工程实例。结合本工程地质情况,江湾防洪堤除险加固的设计方案采用了多头小直径深层搅拌桩截渗墙技术。

2.3 多头小直径深层搅拌桩墙的设计

设计内容如下。

(1)墙体位置:均设在防洪堤堤基中部,k0+850~k1+150m,施工从地表至地基以下18 m,k1+850~k2+130段,从堤上开始,至地基以下8 m。

(2)桩径及墙厚:搅拌桩墙厚度T为T=△H/J其中,△H为最大上下游水头差9.6m;J为水泥土允许水力渗透坡降,根据相关资料取80。混凝土防渗墙厚应不小于T=H/J=9.6/80=0.12 m,结合施工可能带来的垂直偏差,选用桩径为390mm,搭接处理论最小成墙厚度210mm。

(3)设计参数:a.墙体渗透系数k0.5MPa(28天龄期);d.成墙厚度的范围一般在2 0 0~300mm,堤基截渗成墙厚度应大于满足设计渗透破坏比降要求最小成墙厚度;e.固化剂采用水泥,水泥标号应不小于32.5;f.水泥掺入比一般为8~12%,则浆液比重为1.286~1.586,通过实验选取。

2.4 搅拌桩墙的施工技术

(1)施工成墙工艺。桩机定位、调平→下钻搅拌至设计深度→提升搅拌至孔口→桩机纵移定位、调平,多次重复上述过程形成连续截渗墙体。施工要求:保证桩位成直线,墙体垂直,桩径尺寸,及深度控制。(1)桩位控制。为确保搭接长度、墙体厚度及整体性,施工时放一条醒目平行设计截渗墙体轴线的辅助线,为保证桩位的准确度,根据桩孔距、搭接要求,制作桩位放样定位尺,可在辅助线上定出每序成墙孔号位置,使桩位偏差满足设计要求。(2)墙体垂直度控制。在施工前,用经纬仪调整桩机塔架或钻杆垂直于地面,因桩机底座平台上有三根标杆均固定联通器管,待管中注入油后,就在管中油液面处的标杆上做出醒目刻度标记,使油液面与刻度标记重叠,最后将联通器管口封闭,因此在施工时,只要保持桩机底座平台上的三根标杆上刻度标记与各处的联通器管中油液面重叠,所成的截渗墙体垂直度就能满足设计要求。

(2)浆液及灌浆质量控制。控制质量有多方面,首先控制材料,选用合格材料;其次关键控制水灰比,及水泥浆液,要求符合设计值;同时尽量避免施工中因输浆系统发生障碍而出现断桩现象;最后也注意地质情况,在施工中如发现溢浆严重或不溢浆现象,施工人员要向现场技术员及施工员汇报,适当调整水灰比或增、减注浆量,保证成墙质量。

2.5 效果检验

(1)开挖检测。在截渗墙体的强度达到一定值后,对截渗墙体进行开挖,深度可在3~5m,可检查墙体外观搭接质量、整体性、致密性以及采用吊垂检查墙体垂直度等;还可选择一般截渗墙体开挖,深为300mm,检测桩位偏差、搭接效果以及有无漏桩现象。

(2)截渗墙体取样检测。从开挖外露的墙体中凿取试块或采用岩芯钻孔取样,进行室内试验,直接测定截渗墙体的强度及抗渗性是否达到设计要求,还可观察截渗墙体搅拌均匀程度。?效果检验主要采取了开挖外观检查、取样室内试验以及地质探地雷达检测等手段,检验结果如下:室内试验共取样8组,进行28d龄期室内试验得知:水泥土试块强度离散性较大,最大1.3MPa,最小0.8MPa,均大于0.5MPa;渗透破坏比降均大于200,渗透系数均小于A×10-6cm/s(1

(3)探地雷达检测。为了探测桩体完整性、连续性以及找出墙体缺陷位置等,采用了探地雷达检测,沿墙中心线布测线,全程检测,并垂直墙体在防洪堤顶每50m检测一横断面。检测结果表明:墙体的连续性和完整性均较好;极少个别桩体垂直度较差,略偏离墙体轴线,但不影响墙体的连续性和完整性。

(4)实践检验。室内及室外的实验数据只是有限的局部的数据,对防洪堤除险加固设计方案、施工质量等全面的检验是洪水检验。

3 结语

本文介绍的多头小直径深层搅拌桩墙在粉土及砂砾地基中使用,相对其它的防渗技术相对高喷截渗、混凝土墙截渗优越,也是一种改进,但它仍存在一些局限性,应因地制宜。在实践中,若设计单位掌握了深层搅拌法的工艺原理、设计方法,施工单位精心施工,监理咨询公司运用适当的质量控制手段,深层搅拌法是截渗方法中较为实用、经济、有效的除险加固方案。

摘要：本文介绍英德市江湾防洪堤除险加固设计,介绍多头小直径深层搅拌桩截渗墙的设计、施工及检验,比较其它防洪堤的防渗技术,可供别的防洪堤防渗设计借鉴。

关键词：防洪堤,地基,防渗