高压旋喷桩在高水位强渗水围堰防渗中的应用

王旭东，郑永华，徐 刚

（济南市水利工程服务中心，山东 济南 250099）

近年来，高压旋喷桩在基坑支护和截渗止水中也有着成功的应用，但在水库库区高水位、施工围堰及堰基透水性强的情况下，利用围堰高压旋喷咬合桩固结连续墙及综合防渗措施进行防渗止水中则鲜有应用。在本工程案例中水库库区水位较高水深达5 m，填筑围堰材料只有库区南部出露河底砂砾石，因此所筑施工围堰和堰基防渗能力很差，势必造成围堰内积水难排，给工程施工造成困难。考虑到工程排水困难工期又十分紧张的情况下，项目组经过研究果断采取施工围堰综合防渗措施设计，围堰及堰基内采用高压旋喷咬合桩截渗墙止水帷幕，成功解决了防渗排水困难的问题，保证工程正常进行。

1 工程概况

卧虎山水库位于历城区仲宫镇，玉符河上游三川交汇处，控制流域面积557 km，总库容11 950 万m3，为大（2）型水库。水库有新老两个放水洞，新放水洞于2010—2011 年水库除险加固期间建成，设计放水流量10 m3/s，主要用于城市供水，同时兼做从南水北调输水干渠引水入库输水管道。老放水洞1960 年建成，在大坝右端的，为浆砌石拱涵廊道内衬内径1.5 m 的钢筋混凝土管，全长211.2 m。在上游进口段大坝迎水坡设竖井1 座，内设1.5 m×1.8 m 平面钢闸门。进口底高程108 m，出口设控制阀门，设计放水流量10 m3/s。

库区出露的地层为寒武系页岩、石灰岩和泥质条带灰岩等，地下水按埋藏条件分为孔隙水和基岩裂隙水两类。孔隙水埋藏在库区河床砂砾石层中，水具承压性，水量丰富，渗透系数范围值4.54×10-2～1.16×10-1cm/s，具强透水性。裂隙水分布在河谷底部及两岸的斜坡地段，导水性强。

工程内容主要是在老放水洞坝脚进水口上游50 m 处新建进水池，进水口至进水池防水不锈钢管铺设，混凝土管内衬钢管铺设、竖井内衬钢筋混凝土面板，更换闸门及启闭机、廊道混凝土管空隙回填、坝后输水管道铺设等。施工前水库水位113.00 m，库底高程108 m，水深5 m。根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2017），围堰级别为4 级。受水库度汛要求，竖井闸前项目及自身改造项目要求必须在2021 年汛前完成，实际施工期只有3 个月，工期十分紧张，属于汛前应急工程。

2 施工围堰及防渗措施方案设计

按照初步设计方案，围堰施工方案采取在老放水洞进口前新建土石围堰临时挡水，工程建设完成后拆除。围堰迎水坡面铺设防渗膜、背水坡面铺设土工布，堰后采用抽水泵排水。为了确保进水池施工现场满足施工需求，降低施工排水难度，保证施工期间能够干地施工，在挡水围堰堰体纵向中轴线上作高压旋喷咬合桩连续截渗墙。旋喷咬合桩底部于库底高程108 m 往下1.0 m，旋喷桩宽度（直径）为0.9 m，两颗旋喷桩中心距离为0.6 m，搭接长度0.3 m。

考虑春季风速影响，最大风速33.3 m/s，水库水面涌浪估计在30 cm 左右，围堰顶标高定位为114.00 m（大于施工水位最高水位包括浪高0.5 m的要求），围堰底高程为108.00 m，围堰高为6 m。考虑到旋喷桩压力，确保旋喷桩施工时不在围堰两侧由于压力原因造成喷浆，围堰顶部宽度设计为7.0 m。由于在水中进行围堰施工，围堰迎水和背水面两侧，自然放坡为1∶3。在迎水坡一侧围堰顶部用装土编织袋做成防护墙,高度0.8 m，宽度0.8 m，在标高111.00～114.00 m 之间铺设SNGPET-15 土工膜一层，并在其上覆盖0.3 m 厚编织袋装土护坡。为确保施工期进水池施工安全，防止河水渗透及围堰滑坡，在背水面一侧底部（标高108.00～111.00 m 位置）铺设SNG-PET-15 土工布一层，并在其上覆盖0.5 m 厚装石渣编织袋护坡。经坝坡稳定计算安全系数为1.25，大于规范要求的安全系数1.2。

施工期设计洪水标准为10 年一遇，10 年一遇洪峰流量为55.7 m3/s。在施工期将新放水洞作为导流洞，使得水库水位保持在113.00 m 以下。

3 高压旋喷桩施工

3.1 利用高压旋喷咬合桩截渗止水工作原理

高压旋喷桩在施工过程中钻机钻孔至设计深度后，高压旋喷台车把安有水平喷嘴的注浆管下到孔底设计高程，将高压水泥浆通过注浆管喷嘴喷射而形成高压射流，冲击切割钻孔周围的土体，使钻孔周围一定范围内的土体结构被破坏，浆液与土体相互搅拌混合，随着注浆管的旋转和向上提升双重运动从而在钻孔以及周围形成一个圆柱形桩体，多个这样桩体按照相邻桩体间相互咬合嵌合，凝固后便在土体中形成一排圆柱状相互咬合且具有一定强度的固结墙体，从而起到截渗止水及围堰土体加固的作用。

3.2 材料要求和主要技术参数

水泥采用P.O42.5 普通硅酸盐水泥, 为确保水泥质量达标进场水泥必须检查产品合格证；加入适量早强剂，质量必须符合设计要求；水使用符合质量要求的水库蓄水。

主要技术参数：水压35～40 MPa，流量80～120 L/min，压缩空气0.6～1.2 MPa，流量0.8～1.5 m3/min，水泥浆压力1～2 MPa，流量100～150 L/min，水灰比1∶1，提升速度8～15 cm/min，旋转速度11～14 r/min。

3.3 施工流程

在围堰土石方运输完成后，在围堰纵向中轴线位置进行高压旋喷咬合桩施工。经测算围堰实际轴线长80 m，有效长度79 m，需造旋喷桩共计131 颗。

旋喷工艺采用三重管法，主要机具有钻机、高压注浆泵、空气压缩机、搅拌桶、储浆桶。工艺流程：施工场地平整；测量放线、确定孔位；钻机就位；钻孔；搅拌制浆；下旋喷管；旋转喷射注浆；成桩；冲洗注浆管；移动机具到新孔位。

1）施工场地平整。围堰顶清理、整平，并碾压密实。设置好排浆沟、回浆池，做好浆液回收处理，防止污染水库水环境。

2）测量放线确定孔位。在围堰中轴线上确定孔位，依据基准点进行测量各孔口地面高程。施工前用GPS 配合全站仪测量定位,确定高压旋喷桩孔位控制，桩孔中心移位偏差应小于50 mm。

3）钻机就位。孔位地面必须平整，将钻机安放在设计孔位上，钻机必须与地面垂直摆放平稳，放线桩位与设计桩位的偏差要小于50 mm。钻机就位后，必须作水平校正，使钻杆轴线垂直对准孔位中心，并固定好桩机，保证钻孔达到规范要求的垂直度偏差1%以内。

4）钻孔。开启钻机钻孔到预定深度即设计标高（钻孔孔径150 mm）,拔出钻杆。校验孔位、孔深及垂直度是否符合规范要求。孔位纵横向偏差小于50 mm、垂直度偏差小于1%、孔深不小于设计深度。

5）浆液配制搅拌。所用水泥必须符合质量要求，不得使用过期板结变质的水泥。配制使用前必须经过滤筛。水泥浆液配制时水灰比控制1∶1，使用搅拌机伴制水泥浆液，控制浆液稠度18～22 s，搅拌5 min 后放入储浆桶中使用。

6）插入旋喷管。成孔合格后即可下入旋喷注浆管到预定深度。在下管之前，必须进行地面试喷，检验喷射装置及浆液发生装置是否正常。下管过程中，为防止喷嘴堵塞，可用较小压力边射水边下管。

7）旋转喷射注浆。将注浆管下到预定深度后，开启设备，进行地下试喷，各项指标达到预定值后即可边旋喷边提升，自下而上进行喷射作业，直至旋喷结束。旋喷结束后，因孔内水泥浆液固结体积收缩，孔内浆液面会出现一段时间沉降，应不断将浆液注入孔内直至不再下沉为止。最后对成桩进行测量验收。喷射过程中，必须保证浆液流量、压力、提升速度等参数符合设计要求，并随时做好记录，若出现问题和故障应及时排除修整。

8）冲洗注浆管路。在喷射完成后，及时冲洗注浆管等机具设备，把管内机内残存的水泥浆冲洗干净，可以用水替换水泥浆在地面喷射，直至把高压水泥浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排除。

9）移动机具。将钻机等机具设备移到新孔位上。

4 施工注意事项

1）工程施工围堰时，迎水面一侧顶标高比背水面一侧顶标高底14 cm，按2%放坡，并在土袋防护墙处预留排水口，确保雨天顺利排水。

2）工程采用隔二打一施工工艺，由于工期较紧，施工时在水泥浆里加入适量早强剂，咬合桩与两侧桩施工间隔时间要大于24 h。

3）工程在施工中产生的废浆，一部分可以利用在围堰两侧边坡，形成3～5 cm 保护层；一部分可以利用在围堰顶路面上，进行整平、凝固后增加堰顶路面强度；最后剩余部分可以向围堰背水面排放，最后和廊道内渣石外运，严禁向水库内排放。

4）待旋喷桩完成后达到初凝期（大于72 h）后进行围堰内排水施工。

5）在围堰内降水前，根据水泵数量及规格，计算好降水速度。在围堰内降水时，要时刻监控围堰边坡情况，提前做好高程及位移控制点，排水过程中随时监控沉降值和位移值，密切关注渗透量，如果出现险情，立马启动应急预案。

6）围堰内排水采取排水沟的方式进行排水，在围堰内侧坡脚开挖一条排水沟，于围堰最头侧下挖1 m 深的水坑，排水沟呈斜坡状，便于向水坑倒水，在水坑位置采取机械降水的办法，确保围堰内侧无积水。

7）围堰内排水完毕后，清理堰基，在标高108.00～111.00 m 位置铺设SNG-PET-15 土工布一层，并在其上覆盖0.5 m 厚装石渣编织袋护坡。观测渗透情况，在渗透量不符合要求的地方进行充填灌浆，确保渗透量在合理、安全范围内。

5 结 语

围堰内排水完成后，通过观测围堰防渗止水效果十分明显。在高压旋喷桩施工完成达到设计龄期后，经过钻芯取样检测，7 d、28 d 立方体抗压强度和渗透系数均达到技术要求。通过本工程的实践应用，可以证明高压旋喷咬合桩固结防渗墙对于水库水位及围堰相对较高、围堰及地基透水性较强、防渗止水难度较大的工程防渗止水，具有良好的效果。