高压挤密灌注桩技术在采兔沟水库泄洪洞加固工程中的应用

任培清　郭俊平

（神木县水务集团有限公司陕西神木719300）

高压挤密灌注桩技术在采兔沟水库泄洪洞加固工程中的应用

任培清郭俊平

（神木县水务集团有限公司陕西神木719300）

本文针对采兔沟水库泄洪洞加固工程中，为解决泄洪洞基础沉降导致沉降缝止水带破坏而出现局部渗水、漏水带沙问题，对高压挤密灌注桩的施工技术和施工工艺进行了阐述，为类似工程的除险加固提供借鉴。

挤密灌注桩；加固；水库

1　工程概况

采兔沟水库工程位于秃尾河中游干流上，坝址距神木县城35km。水库是以供水为主，保证下游灌溉及生态用水等综合利用的水利工程。水库工程设计总库容7281万m3，有效库容6797.5万m3，调节库容5800万m3。水库设计日供水能力15万m3，年供水总量5445万m3，供水保证率95%。水库工程主要由大坝、泄洪洞、引水管、工作桥、大坝监测系统等建筑物组成。大坝坝型为碾压式砂坝，最大坝高33.8m，坝顶总长668m，最大泄洪流量59.78m3/s。

2　水库工程存在的问题

水库工程于2005年9月开工建设，2008年11月竣工。2009年10月开始试蓄水。2010年6月对水库进行质量检测，根据检测结果表明，泄洪洞的洞身检测的强度值满足设计要求，但泄洪洞底部存在较多疏松区域；泄洪洞与放水塔之间出现不均匀沉降约30mm左右；其余伸缩缝处基础也有不同程度的沉降，个别伸缩缝局部有渗水、漏水带沙等问题。其主要原因是泄洪洞处于软基上，在填筑砂坝体荷载作用下产生的变形引起的，并且在水库蓄水至正常蓄水位后，由于荷载的变化，存在问题会进一步加剧。因此，为了提高泄洪洞基础的均匀性和承载力，减少泄洪洞一定范围内的沉陷变形量，须对泄洪洞进行基础处理。

3　工程加固处理

3.1处理方案选择

为了选择泄洪洞处理的最佳方案，根据检测成果资料，结合泄洪洞的实际情况，经多方论证，提出了水库泄洪洞基础处理方案，确定了选用挤密灌注桩处理方案。

3.2洞基挤密灌注桩处理设计及要求

为了控制洞基础沉降变形，根据泄洪洞上部坝体和水体的荷载情况，考虑洞内施工空间限制，确定在第2洞段（与放水塔衔接的洞段）～12洞段采用挤密灌注桩挤密处理，使泄洪洞基础达到密实状态。即为在第2～10洞段基础处理深8m，第11洞段基础处理深6m，第12洞段洞基础处理深3m，主要是对沙层挤密低流动性水泥基浆液（即低塌落度水泥基砂浆）；第13～18洞段采用洞底充填高渗透无机注浆料灌浆，处理深度为3m。

在每段洞底布置10个孔，分两排布置，横向孔间距为1.6m，距两侧壁为0.6m，纵向间距为2m均布，除距2#伸缩缝钻孔为2m外，其余钻孔距两端1.0m。灌注低塌落度水泥基砂浆，形成桩径约0.5m～0.8m。钻孔时应先探明钢筋位置，以防误伤钢筋。施工过程要缓慢进行，对粘土层和土工膜不能造成扰动或扰动很小，对洞身结构不能造成次生损害或者破坏。初步设计确定在洞底板钻75mm～100mm的孔，注浆压力为0.6MPa～2MPa之间，注浆桩的强度不小于3MPa。施工时注浆压力等参数应根据现场灌浆试验进行调整。

施工完成后，在两孔中间钻孔取样检测相对密实度（相对密实度不小于0.75），并采用探物方法检测基础的均匀性，确保基础砂层密实。

3.3挤密灌注桩施工

3.3.1挤密灌注桩生产性试验

施工前先进行挤密灌注桩生产性试验确定符合设计强度、泵送要求的低塌落度灌注材料的配合比；确定挤密灌注桩的施工方法、工艺参数及配套泵送设备；确定挤密灌注桩能达到的挤密灌注效果。

通过试验得出：（1）试验证明，采用2MPa～4MPa的灌浆压力，调节灌浆量，在试验平台的地基内灌入低塌落度的水泥粘土细石砂浆，能形成直径400mm～700mm连续、完整的桩；（2）通过原状砂样对比测试、标准贯入实验、地质雷达测试、钻孔取芯等多种方法，其结果表明，采用施工挤密灌注桩能对桩周边一定半径内的砂层，起到挤压密实作用，砂相对密度均能达到0.75的设计标准；（3）通过桩身的材料强度测试和室内配比试验，桩身的抗压强度大于10MPa；（4）通过灌浆试验表明，在正常工作状态下，管口的最大灌浆压力＜5MPa；对不同深度的注入量进行控制，可防止抬动。

3.3.2灌浆施工工艺流程

施工工艺流程：钻孔→下灌浆管→拌制低塌落度粘土水泥细石砂浆→安装管路及拔管装置→送浆→挤密灌注（抬动观测）→提升灌注管→灌入→重复提升、灌入→灌注结束。

（1）钻孔。①底板砼钻孔。泄洪洞底板砼厚1.0m左右，采用钻孔能力200m深度的HGY-200C地质钻机，混凝土底板采用91mm金钢石钻头进行钻孔。钻孔钻进前，均事先用钢卷尺放样定位，钻孔孔位误差小于5cm，然后用钢筋扫描仪扫描钻孔部位钢筋位置，如孔位刚好在钢筋位置上，则适当调整孔位，避开砼内钢筋，避免在钻孔时损坏钢筋；②砂层成孔。就采兔沟泄洪洞的施工条件，大型的成孔设备（打桩机、液压振动）无法进洞，中型设备2.0m宽能进洞又不能靠边（挤密桩孔距泄洪洞边墙0.7m），结合现场的实际情况，砂层成孔采用以下方案:

YB-30液压设备静压+清水泵泵送清水冲洗：利用液压设备向下施加静压力，将灌浆钢管压入砂层内，同时人工转动灌浆管，并在管内插入小直径冲砂钢管冲洗灌浆管内砂子，当压入阻力过大时，可将冲砂水管伸至管脚处，使其适当扰动管脚及管壁附近砂体，使砂体在半悬浮状态下促使灌浆管在压力作用下下沉，须注意应采用阀门调节控制冲水量，使水量及压力既能扰动少量砂体，又不至于将大量砂体带出，直至设计孔深。在此过程中，应严格控制水量与水压，使其带出砂量控制在一定范围内。

（2）灌注材料配合比及塌落度确定。根据材料配合比及塌落度，设定材料配合比为：水泥:砂:石屑:膨润土:水:外加剂=100:150:250:30: 58:0.3，灌注前塌落度控制在3cm左右。利用塌落度筒对每批次输出的浆材进行塌落度测试，并符合要求。

（3）安装灌浆管路及拔管装置。灌浆管路安装完成后，先用润滑浆对各管路进行润滑，检查输送管系统是否堵塞。并安装好提升拔管机。

（4）灌注。①连续泵送材料，记录灌满检测量筒（500mm×500mm×500mm）的冲程次数，计算出泵送1次的材料量。根据灌浆冲程次数或量测泵上进料斗的吸入量，计量浆材灌入量；②启动灌入泵。每1m灌浆孔段分3段进行灌入，当灌浆段达到目标灌入量后，提升灌浆管33cm；③反复提升、灌入、记录；④材料灌入到达混凝土底板时，结束该孔的施工，移至另孔进行施工；⑤在灌入过程中，保证灌入泵的储料高度须超料斗的2/3；密切观测泵的压力、表的压力变化；每灌完一段后，在灌浆记录表里认真记录该段的灌入压力和灌入量。

（5）灌入施工参数控制。①灌入方式：采用自下而上，分段灌入方法。②灌入量：当分段灌入量达到目标灌入量时，停止该段灌入。以形成桩径为500mm计算，泵上进料斗的吸入量为0.06m3/段；以形成桩径为600mm计算，泵上进料斗的吸入量为0.09m3/段；以形成桩径为700mm计算，泵上进料斗的吸入量为0.12m3/段。③灌入速度：控制细石泵的冲程速度为每分钟6次～8次。④灌浆压力：灌浆泵上的表压＜20MPa；灌入管孔口压力＜5MPa。⑤灌入拔管：每米灌入孔，拔管3次。

（6）灌入结束标准。①定量灌入：分段灌入量达到理论桩径所需材料用量时停止灌入。②抬动结束：根据抬动观测记录，当抬动值达到0.1mm时，降低灌入速率和灌入量，如抬动持续增大，则当抬动值达到0.2mm时，结束灌浆。③在试验过程中，为观察、记录所发生的抬动现象，部分桩只采用定量灌入结束标准。

（7）抬动观测。①抬动观测孔布置：在泄洪洞每个洞段距上游伸缩缝、左（右）侧墙各1m处布置一个抬动观测孔，与灌浆孔位错开，施工挤密灌注桩过程中均进行抬动观测，并做好相应记录；②砼抬动变形允许值为200μm；③抬动观测过程中，当变形值接近允许值或变形值上升较快时，通知各工序操作人员减少灌浆量或停止灌浆。

（8）灌浆孔封孔。①在原孔将孔内浆液固结体取出扫孔到接触段；②用高强砂浆充填钻孔，并将孔口抹平。砂浆配比为：水泥:砂子:碎石屑:水=100:160:200:42。

4　工程加固后的效果分析

（1）挤密灌注桩质量检查成果。

挤密灌注桩检查孔数量按5%布置，从6个检查孔的检测结果表明，通过挤密灌注桩施工处理，泄洪洞基础砂层得到挤压密实，砂相对密度均能达到0.75，满足设计要求。地质雷达扫描检查主要分两个阶段进行，即施工前、后分别对待挤密灌浆区域和灌浆区域进行地质雷达扫描，根据灌浆前后泄洪洞底板检验数据进行对比，并根据现场实测的雷达图像表明：在抽检部位范围内，原来泄洪洞衬砌板后部填砂相对疏松区域（砂密度较小、空洞或高含水），经挤密灌注桩施工处理后，相对疏松区域较灌浆前有很大程度的改善，相对疏松区基本消失。

（2）2012年11月，陕西省水利工程质量检测中心站通过对泄洪洞处理工程检测及试验所获得的数据、资料和图像等进行综合分析认为：泄洪洞底板通过挤密桩加固，伸缩缝及原有裂缝经过处理后，结构基础稳固，达到了基础处理加固的目的。

（3）泄洪洞基础处理结束后，2012年8月14日至15日南京水利科学研究院组织蓄水安全鉴定专家对采兔沟水库工程进行蓄水安全鉴定，鉴定认为：采兔沟水库泄洪洞缺陷处理工程设计合理；施工满足设计和要求。泄洪洞缺陷已经处理，工程形象面貌满足蓄水条件，水库可择时下闸蓄水运行。建议逐步抬高蓄水位，逐步加大泄洪洞流量，运行中根据实际情况确定设置大坝贴破排水及泄洪洞下游出水口反滤保护的必要性；同时，应加大大坝及泄洪洞、渗流的监测，发现问题及时处理。

（4）2013年在泄洪洞洞底每节伸缩缝两侧设立测点不锈钢水准标志，测点编号D1、D2、D3…、D34。西安诚信测绘数码工程有限公司于2013年、2014年、2015年、2016年分别以放水塔洞底闸下游左侧底板高程1054.011m作为起始数据，采用四等几何水准测量方法和技术要求测定点间高差，推算洞身段测点高程值，各期高程值较差均小于±14.14 mm。根据各期高程计算编制泄洪洞洞底垂直方向位移量位移得出各洞段测点总沉降量大部分趋于-4mm～-10mm，个别测点最大沉降量为-13.1mm，但也小于±14.14mm。综合对比分析认为：泄洪洞稳定。

5　结语

采兔沟水库导流泄洪洞采用高压挤密注浆的处理方式，解决了水库泄洪洞的渗水、漏水问题，保证了坝体的稳定运行。该技术可以应用到加固失稳建筑物、特殊环境和特殊地质条件下的地基处理工程中，并在施工技术和施工工艺上取得较好的经验，为今后病险水库的加固除险提供借鉴。陕西水利

（责任编辑：唐红云）

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