高压旋喷桩在渠道基础沉降处理中的应用

廖书杰，刘 刚，赵天来，康少龙

（华能甘肃水电开发有限公司,甘肃 兰州 730060）

西北地区某水电站引水渠道设计为砂砾石基础上的矩形钢筋混凝土暗渠，投运后多次发生渠道渗漏，渠道基础出现局部沉降，存在安全隐患。前期主要采取对渠道堵漏防渗的处理方式，由于沉降问题没有彻底解决，渠道防渗漏效果不稳定。本次渠道处理方案考虑采取高压旋喷桩对沉降渠段起支撑作用，同时对渠底浅层基础进行灌浆加固的综合方式，在处理渠道局部沉降基础上，解决渠道渗漏缺陷，取得较好的治理效果。

1 引水渠道基本情况

1.1 渠道结构参数

水电站引水渠道起点与取水口相连，终点与压力前池相接。渠道全长4 735 m，纵坡0.12%，起点高程2 943 m。渠道内孔断面尺寸为3 m×3.8 m（宽×高），边墙和底板为C25钢筋混凝土，厚40 cm。渠道每20 m布置一道结构缝，设“651”型橡胶止水带。

引水渠道工程区域的基础地层主要是第四系冲洪积漂、卵、砾石及碎石土。沿渠道纵向部分为挖方地基，部分为砂砾石碾压回填地基，最大填筑高度18 m。其中填方段渠道渠基细粒土（粒径≤0.075 mm）含量较高，主要为坡洪积碎石土，中等透水性。

1.2 渠道沉降原因

引水渠道投运后，出现多处渠段裂缝渗水和基础不均匀沉降等问题。渠道裂缝渗漏部位主要在渠道侧墙，基本为竖直缝，较多集中在每段渠道两侧1/3处，且左右边墙成对称分布，裂缝一般从侧墙八字脚处向上延伸，形态呈上小下大。渠道基础不均匀沉降一般分布在填方区或挖填过渡区。

造成引水渠道产生裂缝渗水和基础不均匀沉降的主要原因为：①施工质量问题，包括渠道基础高回填区碾压质量、渠道结构缝止水安装质量等。②设计布置问题，包括渠段分段分缝较长、未考虑基础挖填方过渡区设置分段、渠道基础未设置防渗反滤构造和引排设施等。③地质问题，渠道基础碎石土中细颗粒有湿陷性，渠道渗漏水会加速填方地基土的湿陷，引起地基不均匀沉降，进而造成渠道裂缝加宽或产生新的裂缝。④引水渠道地处高寒高海拔地区，温差变化大，受砼收缩、温度变化影响，渠道侧墙砼易产生温度裂缝，引起渠道渗漏。

1.3 渠道渗漏的处理情况

1.3.1 渗漏处理措施

前期引水渠道渗漏处理采取的是堵漏为主、引排为辅、加强观测检查的原则。具体为：①对渠道侧墙裂缝进行普查编号、封堵，对缝宽较小的裂缝采取聚氯乙烯胶泥或水溶性聚氨酯泡沫填缝剂进行填补，对缝宽较大的裂缝采取凿V型槽，填补砼处理。②将渗漏水有组织引排至远离边坡处，减少对渠道基础的渗透破坏。③安排专人定时巡查渠道设施，发现渗漏及时处理。

1.3.2 存在的问题

堵漏处理短期效果较好，但是由于渠道局部沉降没有彻底处理，另外暗渠裂缝渗漏往往不能及时发现，渠道基础会因渗漏水加剧渠段不均匀沉降，轻则使渠道裂缝加宽或产生新的裂缝，严重的会导致渠道失稳、破坏。渠道的渗漏和局部沉降是多种综合因素相互作用影响造成，不针对性地彻底处理沉降问题，将影响引水渠道的安全稳定运行。

2 高压旋喷桩处理局部沉降

高压旋喷桩是以高压旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合，形成连续搭接的水泥加固体，适用于结构物基础沉降处理和素填土、碎石土地基加固。本次渠道处理方案考虑对渗漏严重和局部沉降的渠段进行基础加固处理，消除渠道沉降问题。具体是采用高压旋喷桩对局部沉降渠道结构进行支撑和渠道基础浅层回填灌浆相结合的方法提高渠道基础承载力，消除渠道基础沉降的安全隐患。后续对渠道裂缝进行凿缝堵漏封闭处理，消除渠道渗漏问题。

2.1 高压旋喷桩和基底灌浆布置方案

（1）高压旋喷桩布置：沿处理渠段纵轴线方向、渠道左右侧墙外侧布设一排旋喷桩，开孔孔位距侧墙外边缘20 cm。每段渠道结构缝处各布置1个孔，其余孔按间距5 m～6 m均布，旋喷桩深度按进入原始地基1 m控制。旋喷桩间距和深度可根据裂缝位置及回填深度调整，应重点考虑在渠段结构缝和侧墙渗漏缝较大处或沉降较大处布设。高压旋喷成桩桩径不小于100 cm，进入渠底截面不少于30 cm，成桩高度不低于渠道底板高度。旋喷桩分两序施工，采用普硅42.5级水泥，水灰比0.8∶1.2，成桩后强度不小于2 MPa。

（2）渠道基底灌浆布置：对于局部渠道基础沉降量较大处，除布设高压旋喷桩外，采用钻斜孔回填灌浆的方式处理。灌浆钻孔布置在渠道侧墙外侧的检修道路平台上，钻孔最大深度不超过渠道基础以下3 m，灌浆采用普硅42.5级水泥，灌浆压力控制在0.2 MPa～0.3 MPa，单孔水泥注浆率控制在300 kg/m内。灌浆分两序施工，孔间距约2 m，灌浆孔尽量布置渠道裂缝处或基础沉降量较大处。

2.2 高压旋喷桩施工

2.2.1 施工流程

高压旋喷桩利用高压泵产生高速高压的喷射流，通过安装在钻杆端部的特殊喷嘴，向周围土体喷射浆液，钻杆以一定速度逐步向上提升，高压喷射流使一定范围内的土体结构切削破坏，使土体与喷射浆液混合、胶结、硬化，在地基中形成一定强度的水泥土桩。主要工序包括有布孔、钻机就位、钻孔、浆液拌制、插管、高压喷射注浆、拔管、移开机具等。

旋喷桩施工使用的机具包括有履带式全液压钻机（MDL-150D）、高压注浆泵（ZJB/BP-55 A）、空压机（133/0.8 MPa）、柴油发电机（300 kW）等设备。现场设置集中制浆站，配置高速搅拌机。

2.2.2 技术参数确定

渠道基础主要为砂砾、碎石土回填，施工前，在渠道附近相同地基处拟定不同参数进行了高压喷射注浆试验，确定施工技术参数。高压旋喷桩施工参数具体见表1。

表1

高压旋喷桩施工采用三重管法，一般为高压水、气和浆液联合作业。为防止因高压水对渠道基础的扰动破坏，施工时将高压水改为高压水泥浆，即采用一管为空气和双管为水泥浆的方式，防止渠道基础在施工时受高压水浸泡发生二次沉降，旋喷桩的耗浆量有增加。

2.2.3 成桩效果检查

高压旋喷桩施工为隐蔽工程，施工工序和过程质量控制较为关键，施工过程中对钻孔孔位、孔深、孔斜、压力、浆液浓度、注浆管提升速度、喷嘴尺寸等要重点控制。

施工完成后应对固结体的整体性、均匀性和垂直度，固结体的有效直径和有效加固长度以及固结体的强度特性进行开挖抽查，桩型完整、桩径、强度满足规范要求。

2.3 回填灌浆施工

对于局部渠道基础沉降量较大部位，钻斜孔采取喷射灌浆方式，在渠底一定范围和深度内进行回填灌注，达到加固土体、回填空隙的效果。由于在砂砾石地基局部灌浆，现场采取分序施工、间歇灌注和控制灌浆注入量等措施，灌浆分序注入量递减规律明显。

2.4 处理效果

高压旋喷桩结合渠底浅层基础灌浆加固进行渠道局部沉降处理均在渠道正常运行期间完成，后续将利用检修期在渠道内侧进行防渗漏封堵，目前引水渠道运行稳定，达到治理效果。

图1 三重管旋喷注浆示意图

3 结语

高压喷射灌浆以前主要用于施工隔水帷幕（防渗墙），目前高压喷射灌浆形成的旋喷桩作为地基加固处理的一种成熟技术手段，越来越多的得到广泛运用。此次渠道处理方案主要利用旋喷桩对高填方区沉降渠道结构起支撑作用，同时辅助灌浆对浅层基础进行固结，达到在不影响渠道运行的情况下，从渠道外侧对建筑物基础进行加固，提升基础承载力，减少渠道渗漏等综合治理的效果。

（1）针对透水性较强的砂砾石回填基础及承载力要求不高的建筑物，采取高压旋喷桩和基础灌浆相结合的处理方式，能发挥旋喷桩处理定位准确，成桩强度快，对建筑物运行影响小等优势，同时通过灌浆密实基础，提高基础总体承载力来减少基础沉降。

（2）造孔和高压喷射注浆作业是高压旋喷桩施工质量控制的关键，不仅要严格按照“人、机、料、环、法、责”做好工序质量管理，同时在高压喷射注浆前，需根据处理部位的实际地质情况通过试验桩确定最优的高压喷射注浆施工技术参数，确保成桩直径及强度要求。

（3）为防止因高压水对渠道基础扰动影响，对三重管法施工中的高压水采用水泥浆替代，即采用高压水泥浆进行桩周围土体切割，避免了施工过程中渠道基础出现沉降的安全隐患，类似工程中可借鉴推广。

（4）砂砾石基础灌浆处理难点是钻孔、成孔和有效的灌注量，根据地层地质情况选用合理的钻灌设备可大大提高钻孔效率。此次采用履带式全液压回转钻机（钻灌一体）进行钻孔和灌浆，钻孔进度快、成孔率高，无需套管跟进护壁。灌浆时采取压力控制和间歇喷射等手段有效控制了灌浆范围和注入量。

（5）渠道沉降原因多样，需要考虑综合处理措施，除了针对渠道局部沉降对症下药进行处理外，现场需要对防渗漏封堵和漏水及时引排等措施。通过综合处理才能保证建筑物的安全稳定运行。