高压旋喷桩在涵闸软基加固施工中的应用

  涵闸作为堤防工程中重要的组成部分,在确保满足人们日常生产的需要有着不可代替的作用。但由于设计标准低、施工技术差和维护不足的原因,使得涵闸在运用过程中出现了渗漏、裂缝及倾斜等问题。不仅对堤防工程的安全造成影响,也危害到了国家和人们的生命财产安全。高压旋喷桩作为堤防工程中一种常见的防渗技术,以其适用范围广、机械化程度高、施工简单和低噪音等优点,逐渐在堤防工程的涵闸软基加固施工中得到广泛的应用。

  1高压旋喷桩施工原理

  高压旋喷桩是利用工程钻机钻孔,把带有特殊喷嘴的喷杆(钻杆)插至设计深度后,用高压泥浆泵向周围土体喷射固化浆液。从喷嘴喷射出来的高压射流破坏土体结构,致使土粒从土体上剥落下来与浆液混合,并按一定的浆土比例有规律地重新排列。浆液凝固后,便在土体中形成具有一定性能和柱体形状的固结体。

  高压旋喷桩基本工艺类型按喷射介质及其管路多少可分为单管法、二重管法、三重管法等。浆液通常采用水泥浆(一般用普通硅酸盐水泥,仅有抗渗而无抗冻要求时可使用火山灰水泥)。水灰比一般为(0.8~1.2):1,固结体的抗压强度(28d)最大可达20Mpa。当地下水位较高或要求早强时,可加入氯化钙、三乙醇胺等速凝早强剂。

  高压旋喷桩主要用于加固地基,提高地基的抗剪强度,改善地基土的变形性能,使其在上部结构荷载作用下,不至破坏或产生过大的变形。该技术已广泛用于工业与民用建筑、地铁、市政、水利、矿山建设中,其用途包括深基坑开挖中隔水、坑底加固、挡土、盾构工程起始和终端部位土体加固,旧有建筑、桥梁基础补强,市政管线加固,堤防工程防渗等。

  2旋喷桩加固涵闸基础的设计方案

  2.1旋喷桩位的平面布置

  在原闸底板上打孔时,孔位在平面布置上有均匀并排布孔、间隔梅花形布孔和嵌套环形布孔2种形式。

  (1)均匀并排(方格形)布孔。地基加固工程兼有防渗要求时,桩孔距L=0.866D,排距S=0.75D(D为旋喷桩设计直径)。同时还需交圈打孔布置,且交圈厚度,若仅加固地基,则各旋喷桩不必交圈,孔距L=(2~3)D。

  (2)间隔梅花形布孔,梅花孔距为L=(2~4)D,梅花中心间距S=(6~10)D。

  (3)嵌套环形布孔,内环半径为r=(3~4)D,外环半径为R=(5~7)D。

  2.2旋喷桩直径设计

  旋喷桩的桩体直径可通过其复合地基承载力公式算获得,也可通过现场制桩试验确定。另外,桩体直径还受到喷射工艺、土的种类及密度程度等因素的影响。

  复合地基内旋喷桩的单桩承载力计算公式为:

  (1)

  式中:Ae为单桩承担的处理面积,m2;Ap(为桩的平均截面面积,m2;为桩间天然地基土承载力标准值,kpa;β为桩间天然地基土承载力折减系数,可取0.2~0.6,当不考虑桩间软土作用时,可取为0。

  3高压旋喷桩施工工艺

  3.1旋喷桩施工准备

  旋喷桩施工准备工作为:(1)在闸室进口处横向设置8m~15m宽的钻机工作平台及安全护栏。(2)准备固化浆液材料,如水泥、氯化钠、三乙醇胺等。(3)放样定桩位、进场设备的试运行。(4)选一开阔地,按设计范围内的初选桩距和排距定出4个桩位,进行试桩。通过试桩,了解施工工艺及旋喷效果。然后,依据现场试喷开挖后搭接情况,确定适当的施工参数。

  3.2施工工艺流程

  钻机就位→引孔(扩孔)到设计深度→试喷→喷管下放至孔底→封堵垂向喷嘴→搅浆由下而上旋喷作业到设计桩顶→冲洗喷管4高喷台车移位→回灌。

  3.3施工原则

  进行旋喷桩施工时,应遵循先内后外的施工原则。为确保桩与桩间能很好地咬合,宜采用打一跳一法,且间隔时间应大于36h。

  3.4灌浆材料

  主要采用425#普通硅酸盐水泥,水取用地下水或天然河道沉积表层纯净水。

  4旋喷桩的质量检测与效果

  旋喷桩的质量检测方法主要有:(1)钻芯取样试验;(2)开挖检验;(3)标准贯入试验;(4)载荷试验;(4)围井试验等。穿堤涵闸底板加固工程主要以防渗为主,因此旋喷桩体的检验工作主要是进行关键控制工序、开挖检查、室内试验和围井注水试验。

  4.1关键控制工序

  施工过程中,紧紧抓住钻造孔(孔深、倾斜度等),灌浆(注浆压力、注浆量等)这两道工序,要严格按照施工工序及质量控制标准进行施工,才能保证防渗、加固工程的各项工艺参数均达到设计要求。

  4.2开挖检查

  沿旋喷桩防渗体上游侧横向全部开挖,纵向开挖一定深度,使桩体上部全部暴露出来,测量桩体有效直径、连接处最小宽度;直观检查桩体的整体性、均匀性和垂直度。

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