善卷垸防洪大堤治理工程地基问题及处理措施

(湖南兴禹建设有限公司，湖南 常德 415000)

1 项目概况

鼎城区善卷垸防洪大堤水利综合治理工程，位于常德市鼎城区，为沅水一线大堤，防洪标准为50年一遇。堤防工程等别为Ⅲ等，相应的主要建筑物为3级。工程区堤垸属平原地类型，垸内地势低且平坦，地面高程32.00～35.00m，在地貌上属于沅水南岸Ⅰ级阶地范畴。工程主要建设内容为：整治老堤，开挖堤防，新建混凝土防洪墙、廊道、基础水泥土搅拌桩、长螺旋钻孔灌注桩、西站路交通闸等。

常德市城区属季风湿润气候区，雨水丰富，暴雨多集中的4—9月。与工程项目密切相关的水文站主要有桃源水文站和常德水文站。工程设计所采用的洪水系列主要是桃源站近55年的水文资料。根据桃源站与常德站最大洪水的相差性分析，推求项目所在河段不同频率的洪峰流量。

桃源站50年一遇的设计洪峰流量为34800m3/s，常德水文站对应的水位为41.32m。100年一遇的设计洪峰流量为38800 m3/s，常德水文站对应的水位为41.97m。

通过现场勘察，工程区无滑坡、泥石流、崩塌、岩溶、土洞等不良地质现象。工程存在的主要不良地质现象为顶冲及管涌。顶冲造成冲塌险情, 如不及时抢护,将会冲决堤防：k19+150～k21+761段处于河流拐弯处，迎流当冲，下部冲积堆积粉质黏土、粉细沙抗冲刷能力差，容易形成塌岸。管涌如不及时抢护会引起建筑物塌陷，造成决堤、垮坝等事故：善卷垸堤基下部粉细沙、砂砾石层较厚，为中等～强透水带，上部粉质黏土较薄，汛期河水处于高水位运行时，堤内侧1km范围内，易出现翻砂鼓水现象。

2 工程地基问题

善卷垸属洞庭湖冲积平原，地表大多为淤积粉砂层，且卵石出露点较高。加之大堤修建年代已久，堤基地质复杂，基础处理不严，堤身填土混杂碾压不实，填筑质量得不到保证，汛期易发生大面积渗漏和散浸。多年来长期受渗透水流作用，堤基中的土层内的细小颗粒的位置已发生变化，当表层人工填土与粉质黏土有天然缺陷时，粉细砂层土粒就会流失，形成渗透破坏。

2.1 堤身渗漏及渗透稳定性问题

由于堤身填土夯压不密实，结构松散，孔隙率较大，新老填土分界面结合差。汛期当外河水位上涨时，堤身存在渗漏问题，极易引起滑坡、开裂等不良地质现象，甚至导致溃决。

2.2 堤基渗漏及渗透稳定问题

堤基下部粉细砂、砂砾石具有中等～强透水性，为汛期河水向堤垸内透水的通道，表层粉质黏土具微～弱透水性，为天然防渗铺盖，但该铺盖厚度偏薄，且由于堤内部开挖了很多沟渠，使得上部粉质黏土铺盖遭到破坏，在高水位运行时，可能存在堤基渗漏及管涌等不良地质现象，影响防洪堤安全。

2.3 粉细砂的振动液化问题

堤基下部粉细砂在Ⅶ度地震时会产生轻微液化，易造成堤基土的失稳或失效，使堤身及穿堤建筑物发生倾斜或倒塌。

3 处理措施

针对堤基渗漏、渗透稳定问题及粉细砂的振动液化问题，对堤基采取高压旋喷灌浆处理措施，上部堤内外侧采用填筑压浸平台处理措施；针对堤基沉陷变形问题，对堤基采取长螺旋灌桩处理措施；针对堤基抗冲刷稳定性问题，建议对堤基采取护坡、护脚处理措施。

3.1 高压旋喷灌浆

3.1.1 高压旋喷工艺加固原理

高压旋喷桩是利用工程钻机钻孔至要求深度后，利用三重灌浆管以一定的压力把浆液喷射出去，高压射流冲击切割土体，使一定范围内的土体结构破坏，浆液与土体搅拌混合固化，随着灌浆管的旋转和提升而形成圆柱形桩体，凝固后便在土体中形成圆柱形状、有一定强度、相邻桩体相互咬合成一体的固结体，该工艺起到止水与土体加固的作用，高压旋喷示意如图1所示。

图1 高压旋喷工艺示意图

3.1.2 高压旋喷施工工艺

钻孔：采用回转式钻机钻孔，钻机安放在设计的孔位上并应保持垂直，桩位偏差5cm，桩体垂直度不大于1.5%。每孔均要求一次性成孔，确保孔向、孔深符合设计要求，力求钻径上下均一、孔壁平整，高压旋喷灌浆工艺流程如图2所示。

图2 高压旋喷灌浆施工流程

冲洗及简易压水试验：采用清水冲洗钻孔，直至回水澄清，无砂和岩粉为止。灌浆前，选孔作压水试验，并以简易压水试验所得之透水率q值来确定开灌水灰比。

灌浆：灌浆设备采用活塞式灌浆管，高压胶管输浆管，灰浆搅拌机，泥浆搅拌机等，灌浆方法采用循环式，自下而上分段灌注，分二序施灌。相邻两桩施工间隔时间应不小于48h，间距为4～6m。

施工质量检查：主要是对板墙体的防渗性能的检查，在高压喷射灌浆结束28天后进行。一般采用与墙体形成三角形的围井，布置在施工质量较差的孔位处，做压水试验，测单位吸水量ω值或渗透系数K值，与设计值比较，判断其是否达到要求。

3.2 长螺旋灌注桩

该工程长螺旋钻孔灌注桩施工桩径φ600mm，采用C25混凝土，共计4397.94m3；钢筋制作、安装149.71t。

3.2.1 长螺旋灌注桩施工工艺流程

长螺旋灌注桩施工工艺流程如图3所示。

图3 长螺旋钻孔灌注桩施工流程

3.2.2 成孔工艺

长螺旋钻孔法是用一种大扭矩动力头带动的长螺旋中空钻杆快速干钻法，钻孔中的土除一部分被挤压外大部分被输送到螺旋钻杆叶片上，土在上升时被挤压致密与钻杆形成一土柱，土柱与钻孔间隙仅几毫米，类似于一个长活塞，土柱使钻孔在提钻前不坍塌。即使在有地下水的地层，因土柱与钻孔间隙小，钻孔速度快，钻孔内渗出并积存的水少，因此孔内不会坍塌。

3.2.3 超流态混凝土压灌工艺

该工艺应用的超流态混凝土是在泵送混凝土和流态混凝土基础上配制的，其和易性及流动性好、坍落度大，便于泵送和长钢筋笼的下入。

混凝土输送泵通过高压管路与长螺旋钻杆相连，中空的螺旋钻杆代替了钻孔内的泵管，钻杆底部的钻头设有单向阀，钻杆至设计深度后停止钻杆回转，把搅好并储备的超流态混凝土通过泵管以约30kPa的压力压至钻头底部，单向阀打开，混凝土压出并推动钻杆上升，随钻杆土柱的上升，孔内混凝土压满。

3.2.4 钢筋笼吊装

混凝土浆经加压泵随着螺旋钻上升将桩孔灌满后，随即吊装钢筋笼。安装钢筋笼时要求操作平稳，防止钢筋笼发生变形；下放钢筋笼时对准孔位中心轻放、慢放，严禁高起猛落、强行下放，防止倾斜、弯折或碰撞孔壁。

经过点焊成型的钢筋笼吊起居中后靠自重即可插入混凝土一定深度，笼较长靠自重或无法压入时，可加震动器震入。

3.2.5 长螺旋灌注桩常见质量问题及防治措施

a.堵管。长螺旋钻孔钻头两边设计有两个钻门，在施工过程中钻门关闭防止钻屑进入钻杆内造成钻杆堵塞。当泵混凝土时随着泵压增加两钻门打开，由此将混凝土灌入孔内。一旦提钻时钻门打不开，将导致钻孔内无混凝土，后果严重。所以要求每次开钻前后均应检查钻门是否卡死。如果出现塑性高的黏性土层，则采用钻具回转泵混凝土法，在泵混凝土的同时使钻具在提拉下正向回转，使挤压在钻门的泥松动或脱落，从而在泵压下打开钻门。

b.卡钻。长螺旋钻机钻进过程中如果钻具下放速度过快，致使钻出的钻屑来不及带出孔外而积压在钻杆与孔壁之间，严重时就会造成卡钻事故。如果事故轻微，应立即关闭回转动力电源，将钻具用最低提升速度提起后重新施钻即可；如果事故严重，首先应将钻机塔下大梁用机枕木垫好，再用最低提升速度拉钻具。

c.断桩、缩径和桩身缺陷。出现该问题的主要原因是由于钻杆提升速度太快，而泵混凝土量与之不匹配，在钻杆提升过程中钻孔内产生负压，使孔壁塌陷造成断桩，有时还会影响邻桩。解决此类问题的方法有两种：ⓐ合理选择钻杆提升速度，通常为1.8～2.4m/min，保证钻头在混凝土里埋深始终控制在1m以上，保证带压提钻；ⓑ隔桩跳打，如果邻桩间距小于5倍直径时，则必须隔桩跳打。

d.桩头不完整。造成这一问题的主要原因是停灰面过低，没预留充足的废桩头，有时提钻速度过快也会导致桩头偏低，解决方法是在平整工场地时保证地面与有效桩顶标高距离不小于0.6m，停灰面不小于有效桩顶以上0.6m。

4 结 语

采用高压旋喷灌浆、长螺旋灌注桩对地基加固，是堤防工程地基处理中较为先进的、效果好且成本低的一种方法。高压旋喷灌浆、长螺旋灌注桩在鼎城区善卷垸防洪大堤水利综合治理工程中的应用，改善了地基不良问题，解决了工期紧，工程要求高的难题，对防洪保安具有重要意义，为常德滨江堤防打下坚实的基础。可为同类工程地基处理问题的解决提供参考。