高压旋喷桩在水利治理工程中的应用问题及对策

李龙泉

(辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁 沈阳 110006)

水利工程是关系国计民生的重要基础设施，而对水利工程的治理维护是延长工程寿命，保证工程稳定运行的关键所在。因此，近年来很多施工技术也伴随着经验积累与科技进步而不断地成熟，广泛应用于水利工程实践。高压旋喷桩防渗墙由于其强度高，渗透系数低，因此该技术除了是一种良好的地基加固措施外，还是一种良好的防渗止水措施，具有“施工快，成本低”加固效果良好等特点，在水利治理工程中得到了广泛应用。基于此，笔者结合工作实践经验，就高压旋喷桩在水利治理工程中的应用问题作如下探讨。

1 工程概况

串场河，全长172 km，设计堤防防洪标准均为20年一遇，防洪堤堤顶宽8 m，堤防迎水侧采用坡比1:3至滩地，背水坡坡比为1:1.5，(堤防典型断面详见下图1)。

图1 堤防典型断面图

工程所在地地层主要以第四系全新统河流冲洪积(alplQ4)砂砾卵石为主，灰黄色。砂砾卵石粒径一般为2～8 cm，局部大于10 cm，成分主要为弱风化的熔结凝灰岩，砾石表面强风化;砾卵石含量一般70% ～90%，砂含量一般10%～20%，含泥量一般小于5%。圆锥动力触探试验表明，在勘探深度内，N63.5=8击～13击，为稍密 ～中密砂砾卵石。根据现场砂砾卵石注水试验和抽水试验，砂砾卵石渗透系数k=5.87E －03cm/s～8.90E －02cm/s，属中等 ～ 强透水性，局部靠近地表渗透系数 1.34E－01cm/s～2.50E－01cm/s，属强透水性。

2 堤基防渗处理设计

根据地质勘察成果，砂砾卵石的渗透破坏形式以管涌为主。本工程防止管涌破坏采取截水防渗措施，堤基防渗处理设计采用高压旋喷防渗墙，堤身防渗采用垂直向铺设复合土工布。

高压旋喷灌浆孔直径100 cm，间距80 cm，深度深入于相对不透水层(渗透系数5E－03cm/s)以下1 m，根据地质勘察成果，防渗墙深度不小于8 m。高压旋喷桩材料采用32.5普通硅酸盐水泥，水灰比1:1。

经试桩试验确定高压旋喷桩施工参数:水压力32～45 MPa，流量 70 ～80 L/min;气压力 0.6 ～0.8 MPa，流量 0.8 ～1.2 m3/min;浆液压力 0.2 ～1.0 MPa，喷浆液流量 60 ～80 L/min，旋喷灌浆时提速8～10 cm/min。成桩一个星期后进行开挖质量检测，以确认成墙厚度以浆液充填饱满度。从揭露出的墙体面看，砂卵石间隙浆液填充饱满，桩间衔结紧密，无桩间间隙现象，桩体成墙连续性良好，量测墙体厚度大于90 cm，符合设计要求。

3 高压旋喷桩的施工过程及质量控制

3.1 施工基本原理及工艺分析

高压旋喷桩的主要施工技术就是三管法旋喷，这是一种结合水、气喷射以及浆液灌注喷射方法。也就是说使用三层喷射管让水和气高压横向喷射而出，并对地基徒弟进行切割，然后借助空气的升力将碎土排除，与此同时另一个喷嘴则将水泥砂浆通过低压力将其喷射注入到搅拌或者是切割的地基中。从而让水泥浆和土的混合实现加固。其固化直径范围可以在800～2 000 mm。

三管旋喷的顺序就是先送高压水，然后是水泥浆最后是压缩空气。在喷射过程中，只有达到预定喷射压力和喷射量之后再逐渐上升注浆管，上升原则采用分段模式，每段长度不能够小于100 mm。直到达到设计高度或者出现溢浆之后，就需要立即停止旋喷，并及时拔除旋喷管和清洗管路。这种旋喷公益的最大优势就在于水泥浆能够和空气在同一时间进行喷射，因此能够有效提升喷射距离，增大切屑力，也能够在喷射的时候就能够将废土清楚，从而有效减轻固体单位体积的重量，具体流程如图2所示。

3.2 高旋喷桩施工

1)施工准备。重点做好以下几项工作。(1)场地平整:正式进场施工前，清除施工场地地面的障碍物，然后夯实和整平地面，同时在相应的位置布置相关施工设备、电力线路以及输送管路等。确保施工现场呈现“三通一平”状态。(2)桩位放样:使用全站仪在施工之前对旋喷桩的施工要点进行测量，做好标记，在反复测量之后，使用钢尺以及测量在实际地点布置桩位，然后使用竹签进行标示，每一桩有一竹签。而且要确保桩孔中心的位偏不能够小于50 mm。(3)排污以及灰浆拌制系统的修建:由于在旋喷桩施工中会有10%～20%的回浆量，这时候需要将这些废浆导入到沉淀池，然后再将处理之后的清水排放到相应的地方。沉淀作用要纳入到污水处理戏中中。另外灰浆搅拌系统要设置在水泥存储区附近，这样能够提升工作效率。其主要设备构成主要有拌制设备和存储设备以及运输设备。

图2 高旋喷桩施工工艺流程图

2)钻机就位。在钻机就为之后，需要对桩机进行调试，保障水平和对中以及垂直度，需要让钻杆和桩位保持一致，误差不能够超过10 mm。垂直钻孔的误差也不能够超过0.3%。在钻孔之前还需要对空压机以及泥浆泵等设备进行调试，确保这些设备的正常运转。另外还要检验钻杆长度，保障钻杆能够满足钻孔需要。

3)引孔钻进。在施工前，还需要对地面进行试喷工作，在相关设备正常运作之后引孔钻进。另外在施工中还需要记录钻杆节数，保障钻孔深度准确性。

4)旋喷提升。当喷射注浆管插入到设计深度之后，就需要接通浆液输送管，接着使用由下向上旋喷工艺，并将泥浆清理出来。在喷射过程中要先升到预定喷射压力，然后再逐渐提升旋喷管。为了保障桩底端质量，在喷嘴下潜到设计深度时，需要在原位置上旋转10 s左右，等孔口冒浆之后再进行旋喷提升。在提升的过程中，钻杆要连续旋转，不能够中间出现中断，另外要根据土层结构适当调整旋喷参数。

5)钻机移位。旋喷达到了设计高度时需要停止，然后提升钻头出孔口，并清洗注浆泵以及输送管道，并进行钻机移位。

3.3 高压旋喷桩质量控制

1)施工检查内容。在施工之前要对机械设备和喷射工艺进行检查，检查的内容主要包括下面几点:第一，原材料的检查，主要涉及的原材料包括了水泥、悬浮剂和速凝剂等。并鉴定拌合用水结果。第二，浆液配比进行检查，确定是否符合当地实际土质。第三;检查设备是否正常，要对高压旋喷设备以及地质钻机以及高压泥浆泵等进行检查，要确保钻杆以及钻头和导流器的畅通性。第四，要检查喷射工艺是否符合地质条件，在施工之前要进行试喷，试喷数量不能够少于2孔，在试喷时还可以适当调整参数。第五，在施工前要对地下障碍情况进行排查，并保证钻进和喷射达到具体要求。第六在施工前要检查桩位以及流量表等精度和灵敏度。

检查的重点内容主要包括下面几点:(1)钻杆的垂直度和钻头定位;(2)水泥浆液的配比;(3)钻机速度和沉钻速度等;(4)喷射注浆的压力以及喷浆速度和数量;(5)孔位冒浆状态;(6)喷嘴下沉标高及分段提升时的搭接长度;(7)施工记录。

2)成桩质量检查。对喷射施工质量进行检验，通常在喷浆结束1周之后，主要的检查内容为取芯实验，就是在固结结构中钻取岩心，然后再实验室中进行物理力学实验，从而分析成桩的质量。

4 施工关键性问题解决方案

4.1 钻孔沉管困难并呈现偏斜、冒浆

出现这种问题主要是有下面几点构成:(1)存有地下埋设物，钻杆垂直度不够，且地面不够平整结实;(2)注浆量相对较少;(3)地层中的孔隙较大且不冒浆，或者是冒浆量过大。这和喷射范围和注浆量不能够配比有关。因此出现钻孔沉管困难就需要从下面几个方面解决:

(1)在放桩位置上进行钻探，如果出现预埋或者埋设物要么及时清除，要么更换钻桩地点。(2)在喷射注浆之前要对现场进行平整，并保证钻杆的垂直度。(3)要使用侧口式喷头，提升喷射能力，有效保障注浆量和实际需要量向配合，减少冒浆问题。(4)要控制水泥浆液的配比，为了规避冒浆问题，还可以在浆液中添加矢量速凝剂。(5)适当提升喷射压力，减小喷嘴孔径，提升旋转速度。

4.2 固结体顶部下凹

出现这个问题的主要原因是在水泥浆液和土进行搅拌混合之后，因为浆液本身具有的析水效应，会具有一定的收缩作用，因此容易在固结体顶部出现下陷的问题，其下陷深度和土质浆液的析水性以及固结体直径和长度等因素相关。所以在施工时，需要注意旋喷长度，要比设计长度要长0.3～1.0 m，这样在下陷后，也能够保持固结体的平整。或者是在下陷不稳时使用混凝土进行填充，或者再次喷射浆液。或者是在旋喷注浆结束之后，在固结体的顶部在原位重复喷一次。

5 结语

综上所述，在本次治理工程中，堤基为强渗透性砂砾卵石基础，采用高压旋喷桩防渗墙处理措施，延长渗径，减小渗透坡降，防渗墙渗透系数检测符合设计要求，渗流稳定满足规范要求。

[1]李力军，陈小刚.高压旋喷桩在青草沙取水泵闸工程中的应用[J].人民长江.2009(12).

[2]王存寿.观上水库大坝混凝土防渗墙施工技术[J].中国水利.2014(10).