水利工程软地基处理中高压旋喷桩施工

李 亮

（山西省漳河水利工程建设管理局，山西 长治 046021）

高压旋喷桩技术，是利用钻机在基础开挖面造孔后，将高压浆液、水流、空气通过伸入孔内的喷管喷出，扰动、剥蚀地层，受到扰动后的松散地层与喷射的浆液充分掺搅混合、经固结形成结构致密，强度较高的桩体，较好地负担了上部建筑物传递的荷载。在水利工程中还能通过桩体之间的搭接，形成防渗墙体，对防止坝基渗漏、基岩渗漏及渗透不稳定等地质问题的发生起到一定作用。

1 工程概况

某水电站工程位于山西省长治市浊漳河干流上，坝轴线长212 m，坝基部分地层岩性主要为低液限粘土、卵石混合土。设计采取高压旋喷桩，对坝基基础进行加固，桩体有效直径1.0 m，间距2.2 m，设计1230根，按照梅花形布置。桩体施工完毕后，将桩头挖除300 mm，然后铺设300 mm 碎石。加固后单桩承载力不低于800 kN，复合地基容许承载力不低于250 kPa。

2 施工方法

根据喷射介质及喷射构造的不同，目前常见的旋喷桩施工方法，有单管旋喷法、双管旋喷法、三管旋喷法。其中单管法利用高压浆液直接切割地层，并搅和充填，硬化后形成桩体，该方法形成的桩体直径为0.5～0.8 m；双管法通过两个管道利用高压空气和泥浆同时切割地层，高压泥浆和地层中的土石料充分搅和，硬化后形成桩体，该方法形成的桩体直径为0.8～1.2 m；三管法通过高压空气、水和浆液组成喷管，首先利用高压空气和水扰动地层，后通过低压浆液与地层充分搅和，固结形成桩体，该方法形成的桩体直径在1.2～1.5 m。三管法中也可以将浆液改为高压浆液，这样浆液在与扰动层进行混渗的同时可以对地层进行二次切割，进而形成更大直径的桩体。实际施工中应根据地层条件和设计要求，通过试验选择合适的施工方法和施工参数。

本工程基础处理施工前，进行了双管法和三管法施工试验，其中三管法拟定2 种不同的施工参数，双管法拟定7 种不同的施工参数，试验完成后通过检验证明当钻孔孔径为110 mm，气流压力不小于0.7 MPa，浆液压力不小于33 MPa，流量大于70 L/min，密度为1.45 g/ cm3，回浆密度大于1.3 g/cm3，喷管转速为10 r/min，提速粘土区5 cm/min，卵石土区10 cm/min时，双管法施工成桩效果良好，故本工程利用双管法进行施工。使用的设备有全液压跟管钻机、GYP-50液压高喷台车、PP-120 高压灌浆泵、YV 形活塞式空压机、ZJ-400 高速搅拌机、3 PN 回浆泵、HBW 200/40泥浆泵。

3 施工过程

该地基处理工程的主要施工流程：桩孔定位、钻孔、终孔检验、喷机就位、孔口试喷、下设喷管、旋转提升喷浆、喷浆结束、孔口补浆液、施工下一孔。

3.1 造孔

本工程采用全液压跟管钻机进行钻孔，首先将钻机对准孔位，确保机身水平、稳固后进行钻孔。钻孔完成后，拆除套管时，在套管内注入提前拌制好的高密度膨润土泥浆，一边拔除一边注入，直至孔内全部套管拔出。

3.2 下管喷射

下入喷管前，应在孔口注入清水试喷，检查喷嘴是否堵塞，喷射管下到孔底后，应检查喷管是否铅直，以保证成桩质量。各项准备工作完成后，喷管在孔底只旋转不提升，先静置喷射1～3 分钟，当水泥浆冒出后，按试验确定的喷管转速10 r/ min，提速粘土区5 cm/min，砂卵石土区10 cm/min，边旋转边提升，直到设计高程。

4 质量控制

施工原材料质量以及各施工工序参数的控制效果，对工程质量有着很大的影响，本工程进场原材料和施工过程质量控制重点如下。

4.1 施工材料

进厂原材料质量是影响施工质量的关键，必须对进场原材料质量严格检查。水泥是高压旋喷桩施工最主要的原料，由于用量大，进场的每一批水泥除有合格证外，还应取样送第三方检测机构对水泥的强度、细度模数、安定性等指标进行检验，检验合格后方可用于工程施工。高喷作业严禁使用不合格的水泥和存储不当失效的水泥拌制浆液。

4.2 施工过程质量控制

4.2.1 钻孔

钻孔垂直度直接影响桩体的连续性和承载力，钻机就位后应保证钻机稳固、水平，钻机主动钻杆的垂直度偏差在±5%以内，钻孔过程中采用KXP－1 型测斜仪对孔内情况进行检测，发现问题，及时纠偏[1]；钻孔完成后对成孔孔径、孔深及孔偏斜率检查，要求孔径应不小于110 mm，孔深应深入基岩0.5 m，成孔偏斜率不得大于1.5%。

4.2.2 制浆

施工过程中应严格控制水泥浆液配合比和搅拌时间，本工程水泥浆液水灰比为1∶1.2，密度为1.45 g/cm3，采用ZJ-400 高速搅拌机搅拌，纯拌合时间不少于30 s。为避免在喷射过程中浆液沉淀，浆液制作完成后在储浆桶内存放时应采用搅拌机进行低速搅动。喷射过程中，喷管每提升2 m，利用比重计检测一次水泥浆液比重，若发现达不到1.45 g/cm3时，应立即报告监理，根据监理指示，中断喷射作业，调整水泥用量，重新拌制合格水泥浆液。为防止喷射过程中喷嘴堵塞，影响成桩质量，水泥浆液在进入泥浆泵吸浆管之前，应结合喷嘴直径设置过滤网过滤浆液，本工程喷嘴直径为2 mm，过滤网直径应不大于2 mm。若浆液制备4 h 内未使用完成，应按照监理人员的指示，作废浆处理，禁止再用于高压旋喷桩施工。

4.2.3 喷射

首先架设好高喷台车，喷管对准孔口中心，为确保有效喷射压力能够达到33 MPa，注浆泵与高喷台车间的输浆橡胶软管长度不能超过50 m。架设好高喷设备后，喷管下入孔内之前，先在地面以上以清水试喷，检查高喷系统喷嘴是否堵塞、喷射压力是否有明显的降低。试喷结束后，若高喷系统性能良好，则将喷管垂直地下到钻孔底部只转动不提升，静止喷射1～3 min，待有浆液冒出孔口时，边旋转边提升喷管至设计顶高程成桩。

整个喷射过程严格按照试验确定的空气压力、浆液压力、喷管转速及提速、浆液密度、回浆密度等施工参数进行控制，过程中对上述各参数进行认真监控，详细记录。任一施工参数发生较大变化，都应暂停喷射作业，分析找出问题所在，立刻采取相应办法解决。喷浆作业应全孔连续作业，如中途发生机械故障而导致停机，复喷时新旧桩体搭接长度应不小0.3 m。

4.3 质量检测

主要检测桩身的连续性、均匀性及承载力能否满足设计要求。检测方法有开挖检查、钻孔取芯、单桩和复合地基承载力试验等。其中钻孔取芯检验桩的桩数应大于总桩数的1%，单桩和复合地基载荷试验桩的桩数均应大于总桩数的0.5%[2]。本工程一共施工1 230 根桩，施工完成28 d 后，基础开挖至设计桩顶高程后，检查桩顶有效桩径最大为120 cm，最小为95 cm，桩体均匀性较好，满足设计要求。通过对13 根桩进行抽芯检测，抗压强度的最小为3.3 MPa，最大为8.3 MPa，满足不小于3.0 MPa 的设计要求。通过分别对不同7 组桩体的进行单桩荷载试验和复合地基载荷试验得出，本工程桩体的单桩极限承载力为850 kN，复合地基承载力为250 kPa，二者均大于设计值，符合要求[3]。

5 常见问题及应对措施

5.1 压力不稳定

当压力略微降低时，可能是因为橡胶输浆管或者喷管存在细小孔洞，引起压力损失，造成喷射效率下降，此时应检查喷浆系统管路是否存在破损；若出现流量稳定而压力骤降的情况，应停止喷射作业，查看整个喷浆设备每一个部件处的密封性；当压力增加值很大而注浆量为零时，很可能是因为喷嘴被泥浆堵塞，此时应拔出喷管清理喷嘴，并检查泥浆过滤网是否有效。

5.2 串浆

高压旋喷桩施工过程中若相邻孔之间串浆，可立即填塞被串孔，在填塞完成后，方可对串浆孔进行喷射施工，待串浆孔喷射完成后，及时对被串孔进行扫孔喷射[4]。

5.3 冒浆量异常

一般认为，孔口水泥浆液冒出量超过20%时为异常状态，此时可通过将注浆压力提高一定值，并利用更小孔径的喷嘴喷射来解决；当冒出浆液不连续或者基本不冒浆时，若是因为地层疏松导致，则为正常现象，可利用适当复喷解决；若基本不冒浆是因为地层中有大的孔洞、空隙而导致，则为异常现象，应将注浆管保持在原位增大注浆量直至孔口冒出浆液或者在水泥浆液中掺入速凝剂，加快浆液凝固时间。

6 结论

该水电站工程现已投入运行，上部建筑物位移变形均在合理范围内，高压旋喷桩作为软土地基处理的一种办法，具有施工简单、承载力高等优点，通过桩径和桩距的优化设计还能起到一定的防渗作用，在砂土、粘性土和砾石土等软土地层地基处理时有很好的实用性。近年来随着旋喷施工技术的发展和机械设备性能的不断提高，高压旋喷施工技术的有效处理深度、处理直径范围和形成桩体的强度都得到了很大提高。