水利工程中水閘加固施工研究
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水利工程中水閘的使用范圍較廣,它肩負調(diào)節(jié)水資源、防洪的重要職責,是水利資源保護的核心基礎(chǔ)所在。水閘是水利工程重點建筑,其施工管理應當?shù)玫阶銐蛑匾?它與整個水利工程的安全性、日常運行都有緊密聯(lián)系。諸多研究證實,高壓噴射注漿法能提升地基強度和承載力,還能發(fā)揮出止水、防滲的作用,此次研究便深入分析該技術(shù)的應用情況,旨在為類似水利工程施工提供參考。
1.工程概況
中山市中順大圍東河水利樞紐水閘防滲加固工程（以下簡稱本工程）,位于中山市中部,具體位置地處中順大圍岐江河東河口,外臨橫門水道（如圖1）。該工程由排水防潮節(jié)制閘、通航船閘和排澇泵站組成,是一個以防洪、防潮、排澇、灌溉、航運、沖污等功能為主的大型水利樞紐工程。水閘總凈寬150m,共10孔,設(shè)計過閘流量為1020m3/s,水閘雙向擋水,閘門采用平板鋼閘門,液壓式啟閉機開關(guān),設(shè)計啟閉力2×40T。水閘底板為1.2m厚鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),分縫寬度34m。該水閘底板有不均勻沉陷,且有向兩側(cè)擴散的趨勢。水閘閘墩處的沉降量約42.0cm；此外,測定顯示閘孔略微傾斜,閘門止水老化、滑塊磨損嚴重（如圖2）。上述情況均嚴重影響到水閘工程安全性,當?shù)厮块T下發(fā)規(guī)范文件,并指出要采取規(guī)范、科學化的方式來進行水閘加固。通過分析多種加固技術(shù)的適用性、經(jīng)濟性,再聯(lián)合本工程實際建設(shè)條件,最終選擇用高壓噴射灌漿法加固[1]。
2.高壓噴射灌漿技術(shù)加固機理
2.1加固機理
確定施工范圍后,選擇專業(yè)的鉆孔設(shè)備,嚴格按照施工技術(shù)方案鉆孔。待鉆出符合要求的孔洞后,將提前制備好的漿液用高壓噴嘴將其噴出,灌入至孔洞中（壓力施加約400MPa即可）[2]。在壓力作用下所噴射出的漿液能形成噴射流,在其巨大能量、快速的作用下,能迅速破壞土壤結(jié)構(gòu),讓上層的土層及顆粒進行分離,讓其他土壤顆粒和漿液混合并按規(guī)律排列。灌入的漿液會將所沖下的部分土體混合凝固,實現(xiàn)土體加固的作用。
2.2技術(shù)優(yōu)勢
（1）所使用到的施工器具相對便捷、小巧,再加之施工限制小,技術(shù)人員能在簡單學習后便可操作。（2）鉆孔環(huán)節(jié)中可選擇某個孔洞來操作,不僅能簡化當前的施工程序,還能避免出現(xiàn)資源浪費,縮短施工時間。（3）灌漿的方式較多樣化,也可結(jié)合工程實際情況從不同角度將漿液灌注到土層中,運用價值較高,可用于水利水電、礦山、隧道、土建等多種工程項目施工中[3]。（4）利用此技術(shù)方法加固后,能明顯提升水閘工程的地基耐久性,提升工程建設(shè)質(zhì)量。（5）注意在噴射漿液過程中有部分漿液會從土壤中溢出,此時要及時收集,以避免浪費。（6）成本低、材源廣、適用性強。
3.水利工程中水閘加固施工
3.1加固施工要求
（1）噴管道要保持清潔,管內(nèi)不可殘留雜質(zhì),以免影響噴射。當灌漿噴至頂部時,要落實對應操作要點。若處于較平區(qū)域施工,要觀察孔口是否有漿液回流,可持續(xù)噴射,直至孔口呈現(xiàn)飽和狀態(tài)。（2）水、氣、漿三重管高壓噴射,是指基于施工規(guī)范下,按順序分別進行水、氣、漿的噴射,待漿液溢出后上提[4]。（3）施工要有規(guī)律,確保井然有序,并由專門的監(jiān)工監(jiān)理完成。（4）檢查氣嘴是否堵塞。準確設(shè)計噴射深度,并將噴射口置于對應位置。此環(huán)節(jié)非常關(guān)鍵,若計算的深度不準確、噴管位置不正確,亦或是深度不足,都可能導致施工技術(shù)無法達到理想要求,無法保障防滲質(zhì)量,此時則要重新調(diào)整噴管位置。（5）嚴格做好施工前準備,利用先進儀器計算出鉆孔的位置,確保數(shù)據(jù)處于允許的誤差值內(nèi)。機身要保持水平、機架要穩(wěn)定。（6）安排技術(shù)人員詳細記錄下鉆孔數(shù)據(jù),且施工現(xiàn)場有監(jiān)理人員。（7）可采取磨盤鉆造孔法。按照相關(guān)技術(shù)要求來鉆孔,每間隔5min可進行一次測試,持續(xù)時間盡可能延長,且測試也同步進行。若存在誤差及時調(diào)整,確保鉆孔正常進行。
3.2加固施工流程
3.2.1鉆孔
首先將機器對準鉆孔,借助于水平尺來調(diào)整機身、機架,鉆孔偏差范圍≤2cm。鉆孔應當滿足設(shè)計底高程要求。鉆進時,確保機器和地面間保持90°,偏斜率控制在1%內(nèi)[5]。鉆進過程要詳細記載,終孔要由技術(shù)人員、監(jiān)理人員簽字確認,嚴禁擅自進行。造孔采取磨盤鉆孔法,孔深≥15m。通常先鉆進約5m,此時可用測斜儀進行測試,若發(fā)現(xiàn)孔斜率超出標準,先糾正。造孔時做好充填,確保泥漿正常循環(huán),不斷反出至終孔,該流程結(jié)束。
3.2.2下噴射管
下噴射管前,要先檢查噴嘴是否通暢,且方向要對準。將噴射管放置設(shè)計深度后,按照對應的方向噴射,確保不偏移,以提升防滲質(zhì)量。為避免噴嘴阻塞,可低壓送水、氣、漿及下管施工并加大防護。未能下到要求孔深處,重新安置。
3.2.3噴射灌漿
選擇1800雙嘴噴頭,將噴管下至設(shè)計深度,按照要求進行噴射（時間控制在3min內(nèi)）。當漿液冒出后按照既定的提升、旋轉(zhuǎn)速度來轉(zhuǎn)動,同時將其提升到設(shè)計高度,停止噴射。在設(shè)計樁頂高程時提出噴管[6]。
3.2.4清洗充填
噴射完畢清洗管路,以免殘留過多的渣滓,阻塞管道。高噴灌漿至設(shè)計頂部高程后,將噴頭提出后注射水泥漿,保障漿液高度。遵照“隨沉隨補”的原則,直到漿液不下沉。若工程所在地形較平坦,可開挖出深度為35cm左右的溝槽,并利用漿液填補。3.2.5灌漿施工（1）噴射施工。按從上至下的方式不間斷地進行灌漿,若無法一次性完成灌漿、提升,可分次進行。（2）長樁高壓噴射施工。由于該工程項目中地基地質(zhì)參數(shù)較為復雜,可能導致固結(jié)體均勻性差,繼而會影響最終的承載效果。因此必須重視此施工環(huán)節(jié),在較深的土層噴射時,可適當延長時間,亦或是提升速度變慢[7]。（3）復噴施工。確保噴射技術(shù)參數(shù)恒定,若對相同土層多次噴射,能增加固結(jié)體長度、直徑,以實現(xiàn)增強其強度的目標。
3.3加固施工技術(shù)要點
3.3.1開挖施工要點
施工技術(shù)人員提前做好充分的考慮,制定預案方案。施工過程中也始終保持著嚴謹認真的態(tài)度,按照標準技術(shù)方案來操作。開挖施工過程中嚴格遵照相關(guān)指標要求,且選擇最佳的開挖地段,從高至低實施。當開挖過程中出現(xiàn)淤泥,技術(shù)人員要及時處理加以重視,以防止淤泥過度堆積后影響加固質(zhì)量。（1）降低地下水位是開挖重要環(huán)節(jié),經(jīng)大量研究證實,要將地下水位和開挖面間的舉例控制在0.5m內(nèi)；（2）開挖過程要分層進行,按照具體步驟實施提升質(zhì)量；（3）按照國家具體規(guī)定落實土方填筑,在清理好場地基礎(chǔ)上合理控制土方料的質(zhì)量。
3.3.2地基施工要點
施工技術(shù)人員要提前分析可能影響地基施工的不利因素,采取對策逐步消除。在此環(huán)節(jié)中常使用到“固結(jié)灌漿”法,準備水泥等施工材料后,采取梅花式灌漿。技術(shù)人員提前控制好灌漿的各排距、孔距,約3m即可,且施工過程中做好壓水試驗、爆破實驗等,驗證最終的加固效果。此外,要明確水泥的質(zhì)量也會影響到加固效果。購買材料時要避免因顧及到經(jīng)濟效益而忽視質(zhì)量問題。
3.3.3混凝土施工要點
水閘加固施工技術(shù)會影響水利工程質(zhì)量,在此過程中也常使用到混凝土材料。技術(shù)人員要確保材料滿足施工標準,配置比例合理,且攪拌混凝土時確保混合均勻,以發(fā)揮出其加固效果,保障水利工程質(zhì)量。
4.水利工程中水閘加固施工質(zhì)量控制
4.1冒漿處理
當旋噴施工時,灌漿管管壁中可能有少部分的土壤顆粒隨著漿液冒出地面。此時注意觀察冒漿具體情況,并結(jié)合所搜集的地層資料信息分析,適當對旋噴的參數(shù)加以調(diào)整。若冒出漿液量遠遠低于灌漿量的1/5,此時可看作是正常情況。若超出此范圍則及時找出原因,并采取措施。通常在不變更注漿量的情況下,若發(fā)現(xiàn)注漿壓力降低,此時可檢查各部位的泄露情況,必要時可將注漿管拔出,檢查密封性。若不冒漿或斷斷續(xù)續(xù)冒出,由于該工程土質(zhì)較松軟,可看作正常情況,復噴即可。若周圍有空洞、通道,仍然持續(xù)性灌漿,待冒漿后拔管。當有大量漿液冒出時,可采取以下措施來減少漿量。（1）加大噴射壓力。（2）縮小噴嘴孔徑。（3）加快提升、旋轉(zhuǎn)速度。4.2防縮工藝將漿液和土壤顆粒混合均勻后,由于漿液會析水,此時固結(jié)體頂部可能有“凹穴”,不同地層特征,凹陷深度也有所差異。通常情況下,固結(jié)體噴射長度10m,凹穴深度約0.3~1.0m。深度較小時,可選擇用單管旋噴法處理,若深度較深,則選擇用二重管,亦或是三重管旋噴。此問題的出現(xiàn)可能危及到加固效果,例如使地基無法完全貼合建筑基礎(chǔ),亦或是有“脫空”現(xiàn)象,為此要及時處理。具體可利用超高旋噴的方式,當漿液凝固前,回灌冒漿并振實,或二次灌漿[8]。
4.3提高樁身強度工藝
單管分噴、多重管施工具體步驟包括兩步,分別為（1）高壓切割；（2）中壓灌漿；切割完畢后注漿孔內(nèi)常存留許多泥漿,此時利用中壓灌漿法,能提升固結(jié)體的強度。此方法能切實提高樁身強度,但不足之處在于施工時間較長,且細節(jié)較多,整個過程中需要對相關(guān)技術(shù)參數(shù)嚴格控制。例如在高壓切割過程中,要確保樁徑、灌漿量、泥土置換率等參數(shù)都合理；此外完成上述過程后要做好補漿工作。這是由于水泥可能存在收縮離析現(xiàn)象,為防止樁身斷裂,在注漿后的2h內(nèi)及時補漿。
4.4強化監(jiān)理、定期檢查
首先,施工團隊要制定出合理的監(jiān)督檢查機制；確保各細節(jié)的落實；其次,將監(jiān)理工作滲透到工程施工的各個環(huán)節(jié)中,對施工時間、施工步驟、施工水平全方位進行監(jiān)督管理,確保工程按質(zhì)按量完成。最后,做好定期檢查。水閘加固施工團隊要在施工期間、施工后做好定期檢查工作,所有檢查人員均具備較高專業(yè)素質(zhì)和豐富實踐經(jīng)驗,及時排查水閘加固施工存在的問題并解決。
5.小結(jié)
綜上所述,本次以中山市中順大圍東河水利樞紐水閘防滲加固工程為例,分析高壓噴射灌漿的加固原理、技術(shù)優(yōu)勢。隨后重點闡述利用該技術(shù)加固的要求、施工流程（鉆孔、下噴射管、噴射灌漿、清洗充填）、技術(shù)要點等等。相信按照施工規(guī)范下實施相關(guān)技術(shù)操作,必定會提升施工質(zhì)量并達到預期加固效果。
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作者:林健超 單位:中山市堤圍管理中心