高压旋喷桩在河堤加固施工中的应用

杨志华，高美丽

(1.江西省水投疏浚有限公司，江西 南昌 330001；2.江西省建洪工程监理咨询有限公司，江西 南昌 330069)

当前随着社会经济发展水平的不断提高，防洪工程防洪标准也有大幅度提升，为保证区域防洪安全，按照GB 50201—2014《防洪标准》及GB 50286—2013《防洪工程设计规范》的要求，现有防洪工程防洪标准必须按50～100a一遇进行达标加固设计。河堤加固设计通常包括堤身加高培厚以及堤基处理，尤其是软土堤基处理应为河堤加固设计的重难点，影响防洪工程造价、影响工程安全。实践证明，高压旋喷桩技术对于既有建筑物堤基加固较为适用，加固强度高、施工方便、造价可控，本文以江西省高安市苏溪河下游左岸防洪工程为例，进行防洪工程高压旋喷桩加固技术的应用分析。

1 问题的提出

杨圩镇防洪工程地处江西省高安市杨圩镇锦河支流苏溪河下游左岸，建设内容为苏溪河道下游段整治，整治长度7.8km，防洪堤新建，混凝土防洪墙和防浪墙埋设，浆砌石护岸及混凝土预制块护坡建设，堤防工程防洪设计标准为10a一遇。现有工程河段防洪标准低，杨圩大桥浆砌石挡墙部分破损，过量取砂导致部分河床下切，河岸冲刷严重。工程区场地覆盖层主要由素填土①-1、填石①-2、粉质黏土②-1、淤泥②-2、淤泥质土②-3、细砂②-4、粉质黏土③、残积黏性土④、全风化花岗岩⑤-1、强风化花岗岩⑤-2等组成。

受工程建设时资金、材料、技术等条件的限制，当时的河堤基础一般都沿用抛石基床、堤身填土等传统施工工艺，对于历次加高培厚也并未做出基础处理，河堤建成之后沉降逐年发生。根据防洪工程管理部门的监测，在汛期能够明显感受到堤身的摇晃和震颤，这说明防洪工程只有堤高和堤宽能勉强满足挡水要求，而堤身和堤基强度已然无法抵御洪水。考虑到工程所在区域实际情况，经江西省水利厅批准，决定在流域河道左岸河堤外修建立砂连围河堤，并按50a一遇防洪标准进行达标加固，所对应暴潮水位2.23m(P=2%)。

2 河堤加固

加固河堤按照50a一遇挡洪标准设计，根据风浪计算，原河堤必须加高培厚至堤宽6.5m，堤顶高程3.37m，防浪墙顶高程3.19m，此外还必须针对堤基不稳进行加固。总之，河堤堤基加固是本次设计的重点。

2.1 工程地质

本防洪工程区域土层连续，本地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，设计特征周期为0.35s。工程区场地覆盖层主要由素填土①-1、填石①-2、粉质黏土②-1、淤泥②-2、淤泥质土②-3、细砂②-4、粉质黏土③、残积黏性土④、全风化花岗岩⑤-1、强风化花岗岩⑤-2等组成。各土层物理力学指标见表1。

表1 各土层主要物理力学指标

2.2 堤基加固方案

针对本工程堤基下卧层地质主要为软弱淤泥土的实际情况，可以考虑采用高压旋喷桩、排水固结法、深层搅拌桩等达标加固技术，以便达到提升软弱地基承载力，有效解决堤坑抗滑稳定和堤身自身沉降等问题。深层搅拌桩和排水固结法只适用于已有建筑物的前后向加固，并不适用于基底加固，其所能达到的加固效果主要是提升滑弧前后段土料的主要性能指标，对于堤岸挡墙基底并无任何改善，无法达到所期望的加固要求，也无法有效解决工程堤岸挡墙沉降、位移变形等问题。

而高压旋喷桩加固技术则可以通过运用单管法在堤岸挡墙钻孔(孔径8～11cm)，并通过单管法于墙基底旋喷成桩(桩径0.6～1.2m)，从而有效解决河堤抗滑稳定和护岸变形等问题，通过改善基底滑弧段土料指标性能而确保加固效率。防洪工程主要根据堤身位置选择所采用的加固技术，堤岸挡墙基底通过高压旋喷桩加固，堤身采用深层搅拌桩加固，为确保工期，并未设置预压时间。

2.3 河堤稳定性分析

2.3.1土层物理力学指标

针对原状土必须运用地质勘探所提供的资料及指标，而针对加固处理之后的土层，则应通过加权平均确定各项物理力学指标，如下：

C0=C1×m+C2×(1-m)

(1)

φ0=φ1×m+φ2×(1-m)

(2)

式中，m—面积的置换率，550@2.0×2.0m高压旋喷桩m=0.086；450@1.5×1.5m深层搅拌桩m=0.075；C1—水泥土的凝聚力，kPa；φ1—水泥土的内摩擦角(°)；C2—原状土的凝聚力，kPa；φ2—原状土的内摩擦角(°)；C0—复合地基凝聚力，kPa；φ0—复合地基的内摩擦角(°)。其中，高压旋喷桩：砂类土C1=450～550，φ1=35°～45°；粘性土C1=750～950，φ1=25°～35°；深层搅拌桩：C1=0.3～0.4fcu(桩身强度)，φ1=25°～35°。

本防洪工程高压旋喷桩桩身设计强度为4.5MPa，深层搅拌桩桩身设计强度为2.5MPa，经过计算后可得工程各土层加固前后物理力学性能指标的对比情况，见表2。

表2 各土层加固前后物理力学性能指标对比

2.3.2抗滑稳定分析

根据上述工程各土层物理力学性能指标的具体取值情况，防洪工程河堤加固前后坝坡稳定性进行分析，具体划分成4种工况，并采用理正岩土系列软件辅助计算。河堤各加固方案实施前后堤坝抗滑稳定计算结果详见表3。

根据规范的具体要求，本防洪工程河堤为二级，正常情况下其抗滑安全系数[k]≥1.25，非正常条件下抗滑安全系数[k]≥1.15。根据表3中的计算结果，工程现状河堤工况之下其抗滑安全系数都难以满足设计规范的要求，高压旋喷桩和深层搅拌桩加固处理之后其河堤抗滑安全系数有了很大程度的提升，满足了设计规范要求，河堤堤基加固取得了理想效果。

2.3.3护岸挡墙地基承载力

本防洪工程原河堤缺乏基础处理，每年都将发生不同程度的基础下沉，本次河堤加固设计出于抗滑稳定的具体要求，在护岸堤基位置布设两排φ550相距为2.0×2.0m的高压旋喷桩，此设计能有效提升护岸挡墙地基的承载力，从而有效解决护岸长期变形的病害。根据JGJ 79—2002《水利工程地基处理技术规范》的要求，所计算出的高压旋喷桩承载力高达244kN/桩，复合地基承载力达118KPa，满足地基承载力的设计要求。

表3 堤坝抗滑稳定计算结果

2.4 高压旋喷桩施工

本防洪工程高压旋喷桩设计桩径φ550，桩距为2.0×2.0m，使用32.5普通型硅酸盐水泥材料，设计水灰比为1∶1.2，桩身强度4.5MPa，初次拟定喷射压力为25MPa，施工方法为单管法。为了控制机械移动的次数，确保工程加固施工进度，在施工初期连续钻孔施工不间断，高压旋喷桩喷射压力保持在25MPa，提升速度控制在20cm/min。待桩基加固施工3d后，已完工高压旋喷桩护岸挡墙显现出数条纵向裂缝，单桩水泥用量大大增加(450kg/m)。经过深入分析发现，工程河堤地基较为软弱，高压旋喷桩连续施孔对堤基淤泥扰动过大，所以将施工方式调整为跳孔施工，同时适当降低高压旋喷压力后前述问题得以有效解决，单桩水泥用量也降低至220kg/m。

3 结论

目前，高压旋喷桩技术已经在本工程河堤堤基加固中全面采用，从现场实际施工情况来看，效果较为理想。但是必须注意到，高压旋喷桩加固技术在应用于河堤等既有建筑物工程堤基时，必须配合使用速凝浆液、跳孔喷射及冒浆回灌等施工技术措施，以有效防止喷射施工的同时堤基附加变形及基础脱空等现象的出现，并加强施工过程中对河堤等既有建筑物的实时监测，确保施工质量。