高压旋喷技术在穿黄导流围堰工程中的应用

蒋学武，崔庆瑞

（1.南水北调东线穿黄工程北区建管局，山东 聊城 252000；2.聊城市黄河河务局，山东 聊城 252000）

1 概述

1.1 工程概况

穿引黄渠埋涵及连接明渠工程长580 m。其中，穿引黄渠埋涵360 m、消力池30 m，为两孔有压箱型结构，埋涵单孔净断面尺寸为5 m×5 m、消力池为5 m×7.33 m，采用现浇钢筋混凝土结构；消力池与明渠相接的扭面段长50 m，断面由矩形渐变为梯形，底板采用现浇钢筋混凝土结构，两侧为浆砌石扭面挡墙；明渠段长 140 m，底宽 16 m，边坡 1∶3，梯形断面，采用预制混凝土板护砌。

1.2 与灌区干渠交叉

南水北调穿引黄渠埋涵在位山闸后110 m处与位山灌区东、西干渠交叉，涵洞施工与2009年引黄济津（入冀）同时进行。位山灌区西渠引水期间，施工东渠埋涵，为保证调水、施工两不误，需修临时导流工程，满足西渠引黄济津（入冀）、东渠灌溉引水需要，同时防止高水头下水流渗透对基坑降、排水造成的影响。

1.3 应用背景

在保证西渠引黄济津（入冀）最大河道断面的条件下，为满足东渠埋涵施工需要，在西渠河道内修建月牙形临时导流围堰。2009年引黄济津 （入冀）持续时间6个月左右，为防止西渠引水渗入东渠，减少东渠埋涵降水、施工难度，缩窄临时导流围堰断面、增加西渠过流宽度，采用高压旋喷桩对临时导流围堰进行加固、防渗。临时导流围堰主要为砂土、砂壤土，渠道底部为黄河冲积土层，土质条件适合做旋喷处理。东、西渠分水墙下部有帷幕灌浆，与旋喷桩结合形成一道防渗止水帷幕，阻挡西渠水流渗入东渠。

2 导流方式和旋喷桩布置

2.1 导流方式

为加快施工进度、保证施工安全、满足引黄济津（入冀）引水需要，设计变更后先进行东渠埋涵施工。首先，拆除设计开挖边线范围内的分水墙，修筑纵向围堰。其次，利用新修纵向围堰和未拆除的分水墙形成一期整体纵向围堰，保证西渠引水、东渠埋涵施工同时进行。最后，在生产桥下游180 m处设立分水口，宽度与东渠相同，利用分水口调节东、西渠引水流量。为防止东渠闸门漏水进入基坑，东渠开挖时先进行清基，将部分可用于回填的开挖土方临时堆放在基坑两侧，自然形成挡水围堰，利用潜水泵将东渠闸后部分渗水、漏水排入西渠。围堰长103.2 m，顶宽 6.5 m，边坡 1∶1，顶高程 41.5 m（与分水墙平齐），底高程 37.8 m。

2.2 旋喷桩布置

东渠埋涵地基处拟设60 m挤密碎石桩，位于东渠及东、西渠分水墙下。为使挤密碎石桩一次施工完毕，根据开挖坡度、临时围堰稳定计算，高压旋喷桩中心距围堰外肩2.5 m，沿围堰轴线布置。桩径1 m，间距 1m，桩深 17 m，桩顶高程 41.5m，与位于开挖基面以下24～26 m高程的粘土层相接。为防止西渠引黄济津（入冀）水流对围堰长时间的冲刷，提高防渗、抗冲效果，在围堰迎水面相邻旋喷桩之间用桩径0.3 m、桩深6 m的浅层旋喷桩进行加固。

3 旋喷桩施工方案和质量控制

3.1 施工方案

根据西渠河道宽度，考虑到2009年引黄济津（入冀）的需要，在满足东渠施工的前提下，尽可能提供西渠较宽的河道，保持西渠较好的引水状态。高压旋喷桩施工完成后，将桩外侧渠底37.8m高程以上的土方挖除，利用旋喷桩和桩内侧土围堰阻挡西渠引水进入东渠，加大西渠引水断面，同时形成垂直渗水帷幕。

高压旋喷桩施工方案如下：土围堰布设单排深层旋喷桩，迎水侧再用浅层旋喷桩加固。当钻机钻到设计标高后，用旋喷台车把安有水平喷嘴的注浆管下到孔底，利用高压设备使喷嘴以34 MPa的压力把浆液喷射出去，冲击切割土体，并与土体搅拌混合，形成圆柱形桩体，达到加固、防渗的目的。

3.2 施工工艺和参数选择

3.2.1 工艺流程

测量放线定位-引孔钻机就位-开孔检查-钻进成孔-清孔移钻-启动空压机送风-浆液配制泵送-插入高喷管-高喷作业-观察高喷参数-回灌-孔内保持满浆-转入下一孔位。

3.2.2 施工顺序

打试验桩2～3根，根据施工工艺及旋喷效果确定施工参数。进行旋喷桩施工时，钻孔、灌浆采用打一跳一法，先 1、3、5……，后 2、4、6……，交叉进行。靠近分水墙与砌石结合处，旋喷桩中心距离分水墙0.4m，连续布置2颗桩，利用高压将水泥浆喷射到分水墙处，使旋喷桩与砌石较好地结合，防止渗水。

3.2.3 施工参数选择

旋喷桩施工主要有旋喷压力、旋喷速度、提升速度、浆液配比、喷射流量等技术参数，对照地质条件、加固要求，从有利于提高成桩效果和桩体质量的角度出发，综合考虑西渠引水等各种因素的影响，在保证安全可靠、经济合理、技术可行的前提下通过试验确定。

钻孔直径和深度：引孔直径127 mm，终孔深度17 m。

桩位与设计孔位的偏差≯50 mm；桩身垂直度偏差≯10%；桩径容许偏差≤50 mm。

浆液和水泥材料：高喷灌浆采用42.5普通硅酸盐水泥，不加外加剂，浆液水灰比为1.5:1，采用搅拌机拌制，拌和时间不少于30s，连续均匀制浆。

浆压 34 MPa，气压 0.6 MPa；浆流量 70 L/min，气流量 1.5 L/min；提升速度 10 cm/min，转速 9 r/min。

3.3 施工质量控制和保证措施

3.3.1 质量控制

现场定位放样，钻机安设在设计孔位上，就位后用水平尺掌握机台水平，使钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置，倾斜度小于1.5%。高喷台车对准孔口后，先在地面进行浆、气试喷，检查各项工艺、参数，符合设计要求后将喷射管下至设计深度，由上而下进行喷射作业。浆液拌制经两道过滤网过滤，防止喷嘴发生堵塞。及时检查浆液初凝时间、注浆流量、风量、压力、旋喷提升速度等，待压力和流量参数达到设计要求、孔口返出浆液时，按既定的提升速度进行喷射灌浆；高喷灌浆保持全孔连续一次作业，拆卸或安装注浆管动作要快。为增加桩的端承力，在桩底部旋转喷浆不提升，增加此部位的搅拌效果，扩大桩体直径，形成桩底盘。桩顶以下、渠底以上4m范围内承受的荷载较大，复喷提钻时适当降低提升速度，增加桩体的密实度。深层喷射时，先喷射后旋转、提升，防止注浆管扭断。出现压力下降、上升、冒浆异常、不返浆等情况时，查明原因后及时处理。供浆正常情况下，孔口回浆密度变小、不能满足设计要求时，加大进浆密度或进浆量。高喷灌浆结束后，充分利用孔口回浆，直至浆面不下降为止。及时拔出注浆管，彻底清洗注浆管、注浆泵和浆液搅拌机，管内不残存水泥浆，以防管路堵塞。

3.3.2 保证措施

严把工序管理关，对钻机、高压泵、配料等关键工序配备熟练的技术工人操作，定岗、定责，严格奖惩制度。设备安装平稳对正，开孔前检查桩位和开孔角度，施工时控制好旋喷桩的标高并详细记录地层变化、颗粒大小、硬度等。为防止泥浆或废浆液到处溢流、保持现场干燥，钻空前沿旋喷桩轴线开挖宽1 m、深0.3 m的泥浆槽。采用膨润土泥浆护壁，保持孔壁完整、不坍孔，确保高喷管顺利下至孔底。高喷管下井前在井口试验检查，防止喷嘴堵塞。高喷管下至距孔底0.5 m时，先启动浆泵送浆，同时旋转下放，下至孔底后启动高压泵和空压机，各项参数达到正常后提升。严把水泥质量关，严格按照配比配制浆液，经常测定浆液比重，及时统计各孔的材料用量，旋喷过程中防止水泥沉淀。旋喷作业中，注意观察气、浆压力和流量，发现异常现象立即停止提升，查明原因及时处理。分节拆卸高喷管时动作要快，尽量缩短停机时间。因故停机时将喷管下放至超过原喷深度0.5 m处，重新开机作业时可避免断桩。采用两序施工，掌握间隔时间，防止串孔。及时回灌，保持孔内浆液饱满，连续施工时可采用冒浆回灌。

施工时，对高压泥浆全面检查、清洗，防止泵体残渣、铁屑存在。密封圈完整、无泄漏，安全阀中的安全销进行试压检验，确保能在额定量、高压力时断销卸压。压力表定期检查，保证正常使用。高压胶管在允许的压力范围内使用，屈弯大于规定的弯曲半径，密切注意孔内管路情况，防止孔内堵塞和高压管爆裂伤人。旋喷注浆在高压下进行，过滤后的浆液颗粒小于喷嘴直径。高压泵设有安全装置，超过允许泵压后自动停止。长时间中断旋喷时，要及时用清水冲洗输浆系统。操作人员熟悉注浆全过程，掌握钻机旋喷注浆性能，规范操作。

4 施工应注意问题及处理措施

（1）采用孔内旋喷，钻杆悬空段长、容易歪斜，达不到旋喷桩平面布置的精度，旋喷钻杆置入钻头时钻杆接头容易被拍松、拍断，造成旋喷漏浆事故，影响施工质量和进度。根据现场实际情况，可以左右、前后移动台车，保持台车水平和钻杆竖直，以保证旋喷点位准确。

（2）高压旋喷是利用高压流喷射成桩，参数设置与土质种类、密实度密切相关，不同土质决定参数的选择、管数的使用。对试验桩进行开挖检查、实测实量，随时调整参数，实行动态管理。通过试验选择合理的参数和控制措施，可保证成桩质量。

5 结语

高压旋喷桩施工时，部分土体被置换，经过旋喷注浆，周围土体由松散到固结，有利于周围土体加固、强度提高。加强施工现场管理，严格按照规范、工序操作，合理选定技术参数，是保证高压旋喷桩顺利实施和成桩质量的关键。实践证明，连续旋喷桩体与原分水墙下的帷幕灌浆连接在一起，形成一道止水帷幕，达到了预期的目的，起到了加固、防渗效果。