浅析高压旋喷桩在软基渠道扶壁的应用

张 健，李仁刚，李 翔

(1.贵州省水利投资(集团)有限责任公司，贵阳 550002;2.中国地质矿业总公司，北京 100018)

1 工程概况

黔中水利枢纽工程是以灌溉和城乡供水为主，兼顾发电等综合利用效益，并为改善区域生态环境创造条件的大(1)型水利基础设施工程项目，水库总库容10.89亿m3，年调水量7.41亿m3。工程分二期建设，一期工程包括新建水源工程、总干渠、桂松干渠和25条支渠及田间配套工程，其中桂松干渠全长84.7km。桂松干渠在K41+368～41+897段，长529m，为第四系淤泥质黏土深覆盖。经过多方案比选后，决定对该段软基渠道采用高压旋喷桩扶壁，渠道设计流量为13.353m3/s，开挖后采用4 m×4m(B×h)、厚度为0.4m的C20钢筋混凝土矩形箱涵进行衬砌。

2 工程地质条件

渠道位于岩溶槽谷(洼地)汇水区，由于下游排水不畅及地下水的出露，大量的有机物及第四系覆盖层在水的长期浸泡软化下，形成淤泥质黏土。覆盖层为湖沼堆积层(Q1+h)灰黑色淤泥质黏土，软塑～流塑状，埋深3.0～9.0m，天然含水量为36% ～85%，密度1.40～1.86g/cm3，液限 43% ～105%，塑限 19% ～50%，塑性指数23.6～60，内摩擦角3°～10°，黏聚力5～15kPa，地基承载力 Fk=0.05～0.15MPa;下伏基岩为石炭系黄龙群(C2hn)灰色中至厚度灰岩，内摩擦角35°，黏聚力500kPa，地基承载力 Fk=0.8 ～1.0MPa;渠道基础置于强风化黄龙群基岩。

3 高压旋喷桩设计方案

桂松干渠K41+368～41+440段长72m的渠道两侧采用二排高压旋喷桩作为渠道扶壁，K41+440～41+897段长457m的渠道两侧采用三排高压旋喷桩作为渠道扶壁;高压旋喷桩孔距1m，排距1m，呈梅花形布置，桩底深入基岩0.5m，有效桩径大于110cm，采用Ⅰ序和Ⅱ序施工，先施工Ⅰ序后施工Ⅱ序，Ⅰ序施工结束3d后方可进行相邻孔序的施工。两段高压旋喷桩总桩数量为2436根，总进度17148m，最大桩深9m，最浅桩深3.3m。具体布置见图1～图2。

图1 高压旋喷桩横断面

图2 高压旋喷桩平面布置

4 高压旋喷桩施工

4.1 高压旋喷灌浆加固机理

高压旋喷灌浆是利用工程钻机钻孔至设计深度后，用高压泥浆泵，通过安装在钻杆(喷杆)杆端置于孔底的特殊喷嘴，用高速射流(水、浆液或空气)直接冲击、切割、破坏、剥蚀原地基材料，受到破坏、扰动后的土石料与同时灌注的水泥浆发生充分的掺搅混合、充填挤压、移动包裹，至凝结硬化，从而构成坚固的凝结体，成为结构较密实、强度较高，有一定防渗性能的固结体。

4.2 施工方法

高压旋喷灌浆按喷射介质及其管路布置可分为单管法、二管法和三管法，该工程高压旋喷灌浆采用二管法施工。钻孔和高喷采用振孔高喷钻喷一体化施工，施工设备采用高压旋喷桩钻机(MG-50A)4台、高压旋喷桩注浆机(XPB-90D)2台、高压旋喷桩注浆大泵机(R6105AZLD)2台、发电机(K4100DS)2台、空压机(N-2.815)2台、水泵(QY250-10-11)2台、高压旋喷桩搅拌机2台、挖机(320D)1台。

4.3 施工参数

根据设计技术要求，结合现场地质条件，采用施工参数见表1。

表1 高压旋喷桩施工参数

4.4 施工质量检测

高压旋喷桩进行了现场工艺试验，先期选择6根桩进行现场生产性试验，另选择10m试验段分别取6组芯样进行检测，根据《土工试验规程》(SL 237—1999)和《岩石试验规程》(SL 264—2001)，检测结果见表2。

表2 高压旋喷桩芯样检测结果

为了验证高压旋喷桩的作用效果，在K41+506～41+516段试验段未进行灌浆前在对应孔位采集了2组土样，依据《水利水电土工试验规程》(DL/T 5335—2006)进行检测，检测结果见表3。

表3 软基土样检测结果

4.5 试验段的变形监测

工程选择在K41+506～41+516段高压旋喷桩施工结束后35d进行试验性开挖，并在渠道两侧各设了5个变形观测点，观测点距离渠道最近0.5m，最远3m(桩外侧边缘)。通过1d、3d和7d的变形观测，采用现场设标记用游标卡尺进行位移量测和水准仪进行沉降观测，7d后水平最大位移25mm，最大沉降18mm。试验表明:渠道开挖后桩基是稳定的，施工采用的参数是合理的。

5 结语

通过芯样检测和现场挖桩试验，表明采用高压旋喷桩对软基渠道侧墙进行扶壁，对提高软基的抗剪强度、确保渠道开挖后的稳定及为渠道进行混凝土箱涵施工创造了条件，同时为在第四系淤泥质黏土进行渠道施工积累了丰富经验。

a.高压旋喷灌浆施工速度较快，该工程仅用了65d便完成了全部桩基的施工。

b.高压旋喷灌浆能够提高基础的密度、降低含水量，并大幅度地提高基础的抗剪断强度，确保了软基渠道开挖后的稳定性。

c.高压旋喷灌浆由于受地质条件制约较大，在进行全面开挖前一般须选择典型试验段进行施工参数的调整，试验段要求在28d后才能进行试验性开挖并进行变形监测，试验时间对工程工期有一定的影响。

1 李亮玉，张庆伟．高压旋喷灌浆技术在黄河工程中的应用［J］．山东水利，2010(5):49-51．

2 曹宏新．高喷灌浆技术在围堰防渗工程中的应用［J］．人民长江，2008(7):51～53．