三重管高压旋喷注浆技术在防洪堤加固中的应用

徐欢

（乐平市水务局，江西 乐平 333300）

1 基本原理

高压旋喷桩利用高压泵将水泥浆液通过钻杆端头的特制喷头，以高速水平喷入土体，借助液体的冲击力切削土层，同时钻杆一面以一定的速度（20r/min）旋转，一面低速（15～30cm/min）徐徐提升，使土体与水泥浆充分搅拌混合凝固，形成具有一定强度（0.5～8.0MPa）的圆柱固结体（即旋喷桩），从而使地基得到加固。旋喷桩的特点是:可提高地基的抗剪强度；能利用小直径钻孔旋喷成比孔大8～10倍的大直径固结体；可用于已有建筑物地基加固而不扰动附近土体；施工噪声低，振动小；可用于任何软弱土层，可控制加固范围；设备较简单、轻便，机械化程度高；料源广阔，施工简便、粉土、砂、湿陷性黄土、人工填土及碎石土等的地基加固；既有建筑和新建筑的地基处理，深基坑侧壁挡土或挡水，基坑底部加固防止管涌与隆起，坝的加固与防水帷幕等工程。

2 工程概况

某水库距市区30km，距乡村8km，本工程由拦河坝、泄水建筑物、输水系统、小支流引水工程等组成。其中用于泄水的防洪堤工程是本次施工的重要部分，并对此下游2km范围内的防洪堤进行了三重管高压旋喷注浆防渗施工。地质情况:工程地质情况:自上而下分为回填夯实粘土、浆砌片石、厚1.5m钢筋混凝土底板、回填砂卵石、埋石混凝土。其中回填砂卵石层厚5～8m，且砾径大，透水性好，渗透系数为0.02～0.1cm/s，属强透水层，级配较差，不均匀系数为120～280，其砂卵石层渗透变形主要为管涌。下伏为弱风化花岗岩，属微;弱透水层，基岩上为埋石混凝土。因此，对防洪堤砂卵石层进行防渗处理，将强透水层全部截断，防渗深度应进入埋石混凝土深度0.4m左右。

3 施工方法

3.1 旋喷法工艺流程

三重管法旋喷法工艺流程为:（1）先用振动打桩机将带有活动桩靴的套管打入土中，然后将套管拔出一段，拔出地面高度大于拟旋喷的高度，然后拆除上段套管；（2）安放钻机和慢速卷扬机，用以旋转和提升旋喷管；（3）将旋喷管通过钻机盘插入孔内；（4）接通高压管、水泥浆管、空压管，开动高压泵、空压机和旋转钻机进行旋喷。用仪表控制压力、流量、风量。当分别达到预定数值时开始提升；（5）继续旋喷和提升直至预定的旋喷高度为止；（6）拔出旋喷管和套管。

3.2 钻孔

粘土层及浆砌片石层采用硬质合金钻进，钢筋混凝土底板采用金刚石钻进。回填砂卵石层是本次高喷注浆的对象，钻进该层时用泥浆护壁硬质合金钻进，进尺较慢。改用潜孔锤钻进又容易造成钻孔垮塌。经分析，硬质合金钻进速度慢原因是遇到了大卵石，为此采取了针对性措施:遇到大卵石时采用潜孔锤钻进通过后，及时改换泥浆护壁硬质合金钻进，顺利地完成砂卵石层的钻孔工作。起钻后对钻孔回灌泥浆。在施工中，先施工奇数先导孔，待连续喷完个奇数孔后再施工偶数先导孔，以免在喷射过程中造成先导孔垮塌。

3.3 旋喷技术参数

桩喷浆量Q（J/根）可按下式计算:

式中:H-旋喷长度（m）；v-旋喷管提升速度（m/min）；q-泵的排浆量（L/min）；β-浆液损失系数，一般取 0.1～0.2。

防洪堤加固旋喷灌浆参数见表1，旋喷过程中，冒浆量应控制在10%～25%之间。对需要扩大加固范围或提高强度的工程，可采取复喷措施，先喷一遍清水，再喷一遍或两遍水泥浆。

表1旋喷灌浆施工参数表

3.4 旋喷注浆

注浆工艺流程为:下喷管→制浆送浆、送水、送风→旋喷、提升→成墙→停水、停浆、停风→起喷管→补浆→冲洗设备。

4 注意事项

钻机就位后，应进行水平和垂直校正，钻杆应与桩位一致，偏差应10mm以内，以保证桩垂直度正确。

在旋喷过期作废程中往往有一定数量的土粒随着一部分浆液沿注浆管壁冒出地面，如冒浆量小于注浆量20%，可视为正常现象，超过者划出现不冒浆时，应查明原因，采取相应的措施。通常冒浆量过大是有效喷射范围与注浆量不适应所致，可采取提高喷射压力，适当缩小喷嘴孔径，加快提升和旋喷速度等措施，来减少冒浆量；不冒浆大多是地层中有较大空隙所致，可采取在浆液中掺加适量的速凝剂，缩智固结时间或增大注浆量，填满空隙，再继续正常旋喷。

在插管旋喷过程中，要防止喷嘴被泥砂堵截塞，水、气、浆、压力和流量必须符合设计值，一旦堵塞，要拔管清洗干净，再重新插管和旋喷。插管时应采取边射水边压力控制在1Mpa，高压水喷嘴要用塑料布包裹，以防泥土进入管内。

钻杆的旋转和提升应连续进行，，不得中断；下拆卸钻杆伸入下节有100mm以上的搭设长度，以免桩体脱节。钻机发生故障，应停止提升钻杆和旋喷，以防断桩，并应立即检修排除故障；为提高桩的承截力，在桩底部1m范围内应适当增加旋喷时间。作为端承桩应深入持力层2m为宜。

当采用三重管法旋喷，开始时，先送高压水，再送水泥浆和压缩空气，在一般情况下，压缩空气可晚送30s。在桩底部边喷射1min后，再进行边旋转、边提升、边喷射。

喷射时，先应达到预定的喷射压力、喷浆量后，再逐渐提升注浆管。中间发生故障时，应停止提升和旋喷，以防桩体中断，同时立即进行检查，排除故障；如发现有浆液喷射不足，影响桩体的设计直径时，应进行复核。

5 结论

高速水喷流打击力有限并被限制在土壤破碎范围内，浆液不易窜人土层很远的地方，可以确保设计桩的直径和形状；可以使用不同注浆材料和施工方法，使桩体达到不同的强度或抗渗性的目的；一般采用水泥浆液，不会造成环境和地下水的污染，无公害问题；能根据工程设计需要调节喷射压力和注浆量，改变喷嘴移动方向和速度，从而得到不同形状的旋喷桩(即圆盘状、圆柱状、大底状、糖葫芦状、大帽状和墙壁状等)，井可在导孔中任何一段范围内施工，可以在全孔长度上、也可以在孔底或中央部位高压旋喷，可以喷成垂直、水平、倾斜等不同方向的圆柱体；施工简单、操作容易、噪声小、振动小、冒出的浆液，可以回收利用且质量容易控制。

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[2]周代荣.高压旋喷和摆喷注浆技术在堤基防渗加固处理中的应用[J].广东水利水电.2008(4)

[3]宋玉洁，胡国超.桩底高压旋喷注浆加固施工实践[J].探矿工程.2008,35(9)