水闸基础加固施工技术

水闸基础加固施工技术我从事水利工程施工快二十年了，大大小小的水闸加固项目做了不下几十个，最深的感受就是，水闸就像防洪排涝的“闸口卫士”，而基础就是这个卫士的脚，脚出了问题，再结实的上身也站不住。这些年很多早期修建的水闸，要么因为当年施工标准不高，要么因为常年受水流冲刷、荷载变化，慢慢出现了基础沉降、淘刷、渗漏这些问题，要是不及时加固，很容易出安全事故。今天我就结合自己这些年摸爬滚打的现场经验，从头到尾聊聊水闸基础加固的施工技术，给同行做个参考，也让大家明白这活儿到底是怎么干的。1施工前期准备工作很多人觉得加固施工就是上来就钻孔注浆，其实不对，前期准备做足了，后面才能少出问题，甚至不出问题，我刚入行跟着师傅的时候，他就说“七分准备三分干”，这话我一直记着。1.1现场勘测与病害诊断水闸基础的病害都藏在水下或者地下，看不见摸不着，要是诊断错了，加固方案肯定不对，白花钱还解决不了问题。首先第一步，我们要先收集原有水闸的设计、施工、养护资料，看看原来的基础是什么类型，设计承载力是多少，过往有没有出过问题。但是老水闸很多资料都丢了，或者和实际情况对不上，所以必须做现场补勘。现在一般都用物探加钻探结合的方式，先用探地雷达把整个闸基础扫一遍，大概摸清楚哪里有空洞、哪里松散，再有针对性地布置钻探孔，取样验证，把病害的位置、范围、严重程度摸得一清二楚。常见的基础病害大概分四类：第一类是承载力不足引起的不均匀沉降，严重的会导致闸室倾斜、闸门卡阻关不严；第二类是水流淘刷，尤其是下游消力池附近，常年被水流冲，基础底下的泥沙被带走，形成空洞；第三类是渗透破坏，防渗帷幕坏了，地基发生管涌、流土，慢慢带走土粒，掏空基础；第四类是原来的基础结构老化开裂，强度下降。只有把病害分清楚，才能对症下药选对加固方法，我之前碰到过一个项目，一开始把不均匀沉降当成单纯的渗漏来处理，注浆之后沉降还是继续发展，后来重新补勘才发现是承载力不够，最后改成静压桩加固才解决问题，耽误了工期还多花了钱，这个教训真的印象很深。1.2施工方案编制与技术交底摸清楚病害之后，就要编针对性的施工方案，不能拿通用方案套。编方案的时候要考虑很多实际问题，比如这个水闸现在还在运行吗？能不能断流？周边的环保要求高不高？施工场地够不够放设备？比如不能断流的水闸，就不能用全断围堵的导流方式，得做分期导流或者留出发泄通道；靠近饮用水源地的项目，泥浆处理就得有专门的方案，不能随便排。方案定了之后，不能只放在项目经理的抽屉里，必须做技术交底，交到每个一线施工班组的负责人，甚至交到操作工人手里，哪里不能动，哪里要注意什么参数，都讲得明明白白，比如靠近原有闸底板的钻孔，不能钻得太深破坏原有结构，注浆的时候压力不能太大，这些都得提前说清楚，工人心里有数，干活才不会出错。1.3现场导流与排水准备水闸基础施工都在水下或者地下，必须保证基坑干燥才能施工，所以导流和排水是前期非常重要的一步。一般小型水闸如果允许断流，我们会做上下游土石围堰，把水挡住，然后用临时导涵沟把水流引过去；如果是大型水闸不能全断流，就做分期围堰，先加固一半，再加固另一半。基坑开挖之后，要提前布置好排水井和排水沟，随时把渗进来的水排出去。我早年做过一个项目，为了省成本，围堰做的比要求的高度矮了半米，结果赶上一场涨水，围堰漫顶，整个基坑被泡了三天，刚挖好的工作面全塌了，工期拖了半个月，还花了好多钱清理，从那之后我不管项目多赶，多省钱，导流围堰的标准一点都不敢降，该多少就是多少。2常用水闸基础加固施工技术前期准备做足了，接下来就是核心的加固施工，这些年行业里常用的加固技术都很成熟，不同的病害对应不同的技术，我接下来一个个说。2.1水泥注浆加固技术水泥注浆是目前用的最多的基础加固方法，原理就是把水泥浆压到基础土层的空隙或者空洞里，把松散的土粘成整体，既能提高地基承载力，还能堵住渗漏，性价比非常高。2.1.1核心施工工艺首先是布孔，一般按照梅花形布置，孔距根据病害的严重程度来定，有空洞的地方孔距密一点，松散土层可以疏一点，孔深一定要打到病害层以下至少一米，保证把整个病害区都注到。然后钻孔，钻孔的时候要注意控制方向，不要碰到原有基础的结构钢筋或者桩基础，钻到设计深度之后，要把孔里的残渣清干净，不然注浆会堵。接下来就是注浆，一般都是从下往上注，或者从外围往中间注，压力控制非常关键，一般浅孔压力控制在0.2到0.5兆帕，深孔不超过1兆帕，压力太小，浆注不进去，压力太大，很容易把原有闸底板顶裂，我就碰到过施工队为了快，擅自把压力调大，结果把闸底板顶出了两公分宽的裂缝，后来又花了一个多月做裂缝修补，得不偿失，所以压力这个事，必须专人盯，不能乱调。注完浆之后要等浆体凝固，检查有没有漏注的地方，要是有哪里注浆量不够，还要补注。2.1.2适用场景这个方法特别适合小范围的基础松散、小空洞，还有轻度的渗漏病害，而且不用大开挖，施工的时候水闸还能保持部分运行，对周边影响小，成本也低，所以大部分老水闸的轻度基础病害，都会优先选这个方法。2.2静压桩加固技术如果水闸基础不均匀沉降比较严重，承载力不够，那水泥注浆就不够用了，一般会用静压桩加固，这个方法的优势是施工没有振动，不会对本来就已经老化的原有基础造成二次破坏，非常适合老水闸加固。2.2.1核心施工工艺首先是在原有闸基础底板周围或者底板上布桩位，然后挖好操作坑，把预制的钢筋混凝土桩或者钢桩运过来，用专门的静压桩机，以水闸自身重量或者配重物作为反力，把桩一节一节压进土里，一直压到设计要求的持力层，终压压力符合要求之后，就把桩头切掉，然后把桩头和原有基础底板用钢筋混凝土连接成整体，这样水闸原来的荷载就可以通过桩传到深层坚硬的持力层上，稳住沉降。我之前做过一个建成三十多年的老闸，因为当年基础做的浅，沉降差已经快十公分了，闸门都关不严，一到下雨漏水漏的厉害，下游农田都被泡，我们用静压桩加固之后，不到三个月沉降就稳定了，闸门也能正常关闭，后来验收的时候，当地管理处的老主任拉着我们的手说，这问题解决了他一块心病，我那时候真的觉得，这活儿干的值。2.2.2注意事项静压桩施工最重要的就是控制终压条件，不能只看桩的入土深度，因为很多地方土层起伏大，有的地方不到设计深度就到硬持力层了，有的地方到了设计深度承载力还不够，所以必须每一根桩都记录压桩力和下沉量，终压压力符合设计要求才能停，不然桩的承载力不够，沉降还是会继续发展。2.3高压旋喷桩加固技术如果水闸基础有比较严重的渗透破坏，或者下游基础被淘刷形成了较大范围的空洞，一般会用高压旋喷桩来加固，既可以形成连续的防渗止水帷幕，还能填充空洞加固地基。2.3.1核心施工工艺高压旋喷的原理就是用高压水泵把水泥浆从钻孔底部的喷嘴喷出来，用高压把原来的软弱土层切割打乱，然后水泥浆和土颗粒混合凝固，形成均匀的水泥土桩体，把多个桩连起来，就是一道连续的防渗帷幕，要是有空洞，水泥浆也会把空洞填满，把松散的地基加固成整体。施工的时候要控制好喷嘴的提升速度和旋转速度，还有水泥浆的压力，一般提升速度控制在每分钟10到20公分，压力保持在20兆帕以上，这样才能保证桩体均匀，不会出现断桩。我之前做过一个江边的水闸，原来的防渗帷幕老化失效，每年涨潮都渗漏，慢慢把基础底下的土带走，闸室都开始轻微倾斜，后来我们用高压旋喷重新做了一道新的防渗帷幕，还把淘空的区域填满，用到现在五六年了，沉降稳定，也没有再渗漏，效果非常好。2.3.2适用场景这个方法特别适合软土地基的水闸，还有闸基防渗加固、上下游翼墙基础加固，对大范围的淘刷病害处理效果很好，而且施工不用大开挖，占用场地小，适合很多场地受限的老闸改造项目。2.4扩大基础加固技术对于原来就是浅基础的小型水闸，如果原来的基础底面积不够，承载力不足，而且具备断流施工的条件，一般会用扩大基础加固的方法，原理就是把原有基础扩大，增加基础和地基的接触面积，降低地基承受的压强，提高稳定性。2.4.1核心施工工艺这个是明挖施工，一般是分块分段开挖，在原有基础的两侧或者四周挖出新的基础坑，然后绑钢筋、支模板，浇混凝土，把新基础和原有基础用锚固钢筋连起来，变成一个整体。这里有个关键点，就是绝对不能一次把原有基础周围的土都挖完，一次最多挖一块，浇完混凝土，等强度上来了再挖下一块，不然原有基础侧面没有了土的支撑，很容易发生倾斜失稳，我听过同行出过这个事，一次挖了一百多平方，结果半天时间闸室就沉降了三公分，吓得赶紧回填，所以分块施工这个要求，一定要严格遵守，不能图快省事。以上这几种是现在最常用的加固技术，实际工程里很少只用一种，大部分都是根据病害组合使用，比如既有承载力不足又有渗漏，就用静压桩加注浆加固，既有淘刷又有防渗问题，就用旋喷桩加注浆，只要前期诊断清楚，组合起来用就能解决大部分问题。当然，技术选对了还不够，施工过程的管控跟上，才能保证最终的质量。3施工过程质量管控与安全防护3.1关键工序质量管控3.1.1原材料把控不管用什么技术，原材料都是基础，水泥要找正规厂家的，过期的、标号不够的坚决不能用，预制桩的钢筋、混凝土都要送检，合格了才能用，我见过不少项目为了压低造价，用不合格的水泥注浆，结果半年之后浆体强度还达不到设计要求的三分之一，最后不得不全部返工，花的钱比原来省的多好几倍，真的得不偿失，所以原材料这一关，再严都不为过。3.1.2施工参数全程记录每个工序的参数都要实时记录，比如注浆的每米注浆量、注浆压力，静压桩每一节的压桩力、下沉量，旋喷桩的提升速度、浆压力，都要当场记，不能事后瞎编，参数不对的地方，当场就能发现，当场处理，比如注浆的时候某一段注浆量比设计大很多，说明那里有空洞，就要多注，直到灌满，要是注浆量一直不够，说明孔堵了，就要扫孔重新注，别等到全部完工了再发现问题，那时候返工难度太大了。3.1.3完工后检测验收加固完成之后，不能直接交工，必须做检测验证，注浆加固要做钻芯取样，看看浆体的密实度和强度，静压桩要做单桩承载力检测，整个闸基础还要做至少半年以上的沉降观测，确认沉降稳定了才能算合格，毕竟水闸要用上几十年，容不得半点马虎。3.2现场安全与人性化管理干我们这行，大部分项目都在野外，水边作业，条件很苦，所以安全管理不能只喊口号，要落到实处。首先，基坑周边必须做防护栏杆，水上作业必须穿救生衣，用电要规范，不能乱拉电线，这些都是底线。其次，也要照顾工人的实际情况，夏天高温的时候，中午最热的两个小时必须停工，给大家备足绿豆汤和防暑药，冬天天冷也要给工人安排好休息的地方，不能冻着。我干项目这么多年一直觉得，你把工人当回事，工人干活就会把质量当回事，大家出来干活都不容易，安全第一，挣钱第二，真出了安全事故，对谁都不好交代。另外，环保也不能忘，施工产生的泥浆必须沉淀处理，不能直接排到河里，毕竟我们修水闸就是为了保护河道，保护周边的群众，我们自己施工不能先污染了，这是我们从业人员的底线。总结总的来说，水闸基础加固施工，不是什么很高深的特殊技术，但却是一项需要走心的活儿，从前期的病害诊断，到选对合适的加固技术，再