高压旋喷灌浆技术在黄河工程中的应用

李亮玉 张庆伟

（山东临沂水利工程总公司，山东 临沂 276006）

1 泵站工程总体情况

1.1 工程概况

利津县宫家干渠渠首泵站位于宫家引黄闸前首，黄河左岸宫家断面以下300m处，相应大堤桩号300+137。泵站由连接段、自流闸、泵室、出水池、箱式变电站、管理房等部分组成。自流闸设计流量30m3/s，泵站设计流量18m3/s，选用6台900QZB-125潜水轴流泵，泵站总装机容量960kW。

1.2 区域地层

根据野外钻探揭露、静探资料及室内土工试验，勘察场地地层除表层为素填土外，其下地层均由黄河三角洲第四纪新近堆积的粉土，粘性土组成。地层特征自上而下分述为：

一层素填土（Q4ml）:黄褐色，土质不均匀，以粉土为主，含云母，含有机质，加粉质粘土团块，含植物根系及少量建筑垃圾，稍湿。场区普遍分布，厚度：2.00～3.20m，平均 2.35m;层底标高：16.60～17.91m,平均 17.42m；层底埋深：2.00～3.20m，平均 2.35m。

二层粉土（Q4al）：黄褐色，土质较均匀，含云母、氧化铁斑、有机质，稍有粘性，层里不明显，摇振反应迅速，无光泽反应，干强度低，韧性低，夹粉质粘土薄层，稍密，湿。场区普遍分布，厚度：1.80～7.60m，平均 3.95m;层底标高：10.31～15.7m，平均 13.47m；层底埋深：4.00～9.60m，平均 6.30m。

三层粉土（Q4al）：灰色，土质较均匀，含云母、氧化铁斑，摇振无反应，稍有光滑，干强度中等，韧性较好，粘感较明显，夹粘土薄层，软塑。场区普遍分布，厚度：4.70～9.60m，平均 7.45m;层底标高：0.71～9.70m，平均6.02m；层底埋深：10.00～19.20m，平均 13.75m。

四层粉土（Q4al）：黄褐色，土质均匀，颗粒较粗，含云母、贝壳及氧化铁斑、有机质，稍有粘性，层里不明显，摇振反应较快，无光泽反应，干强度低，韧性低，密实，湿。 场区普遍分布，厚度：1.30～16.20m，平均 9.68m;层底标高：-6.50～4.00m，平均-3.65m；层底埋深：15.80～26.20m，平均 23.43m。

五层粉土（Q4al）：黄褐色，土质较均匀，含云母及氧化铁斑，摇振无反应，稍有光滑，干强度中等，韧性较好，粘感较明显，夹粘土及粉土薄层，可塑。场区普遍分布，厚度：1.50～12.30m，平均 4.63m;层底标高：-8.81～ -7.99m，平均-8.28m；层底埋深：27.70～28.50m，平均28.05m。

六层粉土（Q4al）：黄褐色，土质较均匀，颗粒较粗，含云母、贝壳及氧化铁斑、有机质，摇振，稍有粘性，层里不明显，摇振反应较快，无光泽反应，干强度低，韧性低，较粗，夹粉质土层薄厚，密实，湿。该层未穿透。

1.3 地基承载力特征值

根据 《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2002）的有关规定，地基承载力特征值可以根据原位测试、室内土工试验结果，并结合工程实践经验综合确定各层土的地基承载力特征值fak（见表1）。

1.4 场地土渗透性评价及基坑开挖

从室内土样渗透试验成果表2得出，二层为中性透水性土，三层为弱透水性土。

表2 渗透试验成果表 cm/s

2 施工导流及基础处理方案论证

根据地形、地质条件、水头等情况，初步确定两种基础处理方案。

方案一：在泵站上游采用全段围堰法导流，将两坝头处抛石拆除，填筑土围堰，边填筑边在内外坡堆放装土编织袋；同时外坡采用围堰顶高出水面1.0m时，沿围堰轴线进行水泥土深层搅拌法（湿法）截渗墙施工。施工降水采用渗井和轻型井点相结合方式降水，在临河侧布置渗井，基坑周围布置轻型井点。自流闸、泵室及扶壁基础采用水泥土搅拌法中的粉体喷搅法（干法）提高地基承载力。

方案二：施工平台与围堰同时填筑施工，首先采用挖掘机进行基础清理，采用工地附近土料场的土料，利用挖掘机装车，自卸汽车运输，挖掘机分段、分层平料、压实的方法。

施工平台填筑以高出水位1.0m控制，施工围堰顶高程 15.00m，顶宽 5～7m，边坡 1：1，采用塑料编织袋装砂填筑封闭土石围堰。为防止波浪冲刷，迎水坡采用编织袋装土护坡。

施工平台及围堰完成后，进行高压旋喷截渗。在施工平台迎水面布置三排孔、左右岸两侧旋喷桩布置双排孔，孔距0.9m，孔深 14m，共布孔268个。自流闸、泵室及出水池基础，梅花桩布孔，孔间距0.9m，泵房基础旋喷桩高程控制在4.3～7.3m，闸室基础旋喷桩高程控制在 5.5～8.5m。

经过反复论证分析，方案一围堰伸入黄河主河道，施工难度较大，同时井点降水造价较高。方案二考虑到高喷不存在一般注浆的可灌性问题，只要高压射流能破坏的地层如细砂、特细砂、粘性土均可处理；高压喷射灌浆板墙自身及它与周边构筑物在上下、左右、前后能实现三维空间连接;高喷灌浆无须护壁浆液和砼制作浇筑系统，对场地要求不高；同时适用于软基加固及松散体整体固化，故采用高压喷射灌浆防渗墙的防渗处理方案，既可满足地基承载力，又达到截渗目的，降低工程造价，大大提高了施工可行性。

3 高压旋喷截渗施工工艺

高压喷射灌浆技术的基本原理是利用射流作用切割掺搅土层，改变原土层的结构和组成，同时灌入水泥浆达到防渗目的。

3.1 施工机械

造孔采用XY-2型地质钻机，高压喷射灌浆采用GP-5高喷台车，辅以高压灌浆泵、空压机、水泥浆搅拌机等。

3.2 施工方法

1）定孔：采取全站仪进行整体测量放线，并按Ⅰ序孔、Ⅱ序孔进行编号。2）造孔：将钻机移至定位的孔位上泥浆护壁钻孔，钻进过程中随时注意观察钻机的工作情况，及时发现问题及时纠正，直至钻至设计深度。3）下喷射管：将高喷台车移至孔口、对准孔位中心，进行地面试喷后下管。为防止气喷嘴堵塞，下管前可用胶布包扎，可用1MPa水压下管，下到设计深度后，用水平尺检查垂直度。4）制浆：制浆站严格按照监理人批准的水灰比配制并拌制水泥浆。每罐测量一次浆液比重，并详细记录(见表3)。在灌浆过程中连续搅拌，浆液过筛后使用。5）喷射提升：喷管下至设计深度后，开始送入符合要求的气、浆，待孔内浆液冒出孔口后，随即按旋（摆）喷的工艺要求提升注浆管，由下而上注浆。在灌浆过程中要特别注意孔口冒浆情况，如孔口出现漏浆现象，说明地层中空隙大或有集中漏水现象，应及时采取措施，如充砂或掺外加剂等措施，以确保桩的连续性。6）回灌：待喷射管提出地面后，在原孔位利用水泥浆进行回灌，直至孔内浆液面不下降为止，以确保施工质量。7）冲洗：喷射结束后，及时将各管路冲洗干净，以防堵塞。

3.3 施工质量控制方法

1） 施工过程质量控制

表3 制浆站配料计算表

a.在施工前，做好技术交底，明确技术措施。b.施工前根据现场环境和地下埋设物的位置等情况，复核高压喷射注浆的设计孔位。精确测量放样，孔位误差小于50mm，钻孔深度大于设计桩底100mm，成孔偏斜率小于0.5%。c.钻孔至岩面内0.2～0.5m后提钻，报请监理工程师核实孔深。d.对浆液配比严格控制，做到挂牌施工，每盘检测一次浆液比重。e.认真做好各桩的施工记录和工程意外情况。f.认真组织开展施工班组的质量自检、互检、交接班检查，严格奖惩制度。g.实行岗位责任制，贯彻全面质量管理。

2）特殊情况处理

a.塌孔：钻孔时，出现塌孔或不返水现象应说明原因，详细记录层深。并用粘土充填固壁来处理，以顺利成孔和保证孔壁稳定。b.喷浆中断：在喷浆过程中，供浆必须连续，一旦中断，将喷浆管下沉到停浆点以下进行复喷，以保证桩体的完整性。c.冒浆：在喷射注浆过程中，观察冒浆的情况，以及时了解土层情况，判别喷射注浆的大致效果和喷射参数是否合理。冒浆量小于注浆量20%为正常现象；超过20%或完全不冒浆时，应查明原因并采取相应的措施。若系地层中有较大空隙引起的不冒浆，可增大注浆量；如冒浆过大，可减少注浆量或加快提升和回旋的速度。对冒浆要妥善处理：对施工时从孔中冒出的浆液应引流入沉淀池中。d.凹浆处理：及时进行回灌处理。e.旋、摆喷分界处理：依据设计高度要求，在垂直方向分界线处施工时，要改变喷射方式，适当减缓提升速度，以保证桩体的质量。

4 结 语

在黄河工程施工中,施工导流及基础处理工程存在一定的难度，同时也极为关键。

采用高喷灌浆防渗处理后，检测表明，东营市利津县宫家闸前泵站工程施工围堰高喷防渗墙施工质量优良，高压旋喷桩经单桩和复合地基载荷试验，各项性能均满足设计要求，地基沉降在允许范围以内。可见高压旋喷灌浆的地基处理方式是合适的、可行的，同时对地基承载力设计值比较大的粘性土和粉性土，可通过加强施工成桩试验，合理调整施工机械和有关参数，加强水泥用量的计量，可以确保高压旋喷桩的质量。

[1]杨南方，尹辉.建筑工程施工技术措施 [M].北京：中国建筑工业出版社，2000.

[2]李天科，侯庆国，黄明树.水利工程施工[M].北京：中国水利水电出版社，2005.

[3]叶书麟，叶观宝.基础处理 [M].北京：中国建筑工业出版社，2004.