高压旋喷桩在某电厂排水箱涵基础中的应用

陆建军 徐成进

1 工程概况

华电长沙电厂位于长沙市望城县铜官镇内,距湘江1000m,电厂排水系统采用2孔3 m×3.3 m箱涵,基础底部宽度7.5 m。排水箱涵长1209 m,箱涵处于沿江冲积盆地,地势平坦,进口段500m基础地质以粉沙和粗砂为主,其中粉沙层为流塑状。施工期间为2006年8月～2007年2月,湘江高水位时比箱涵基础底高出4 m,低水位时比箱涵基础底高出1 m,由于湘江离箱涵此段距离不足500m,基础开挖时地下水通粉沙及粗砂从地层涌出,形成流沙,基础开挖无法进行。后经设计院、监理单位、建设单位和施工单位共同研究决定采用三重管高压旋喷桩施工技术,在基础开挖外边线外1 m处形成一道防渗墙,然后开挖基础,基底超挖40cm后用C20混凝土封底。

2 高压旋喷桩设计

2.1 高压旋喷桩加固原理

高压旋喷注浆加固地基分为两个阶段:第一阶段为成孔阶段,即采用钻机预成孔,成孔采用钻孔方法,使喷射头达到预定的深度。第二阶段为喷射加固阶段,即利用高压水泥浆(或其他硬化剂),以15MPa以上的压力,通过喷射管由喷射头上的直径约为2mm的横向喷嘴向土中喷射。与此同时,钻杆一边旋转,一边向上提升。由于高压细喷射流有强大的切削能力,因此喷射的水泥浆一边切削四周土体,一边与此搅拌混合,形成圆柱状的水泥和土混合的加固体,即通常所说的“旋喷桩”。本工程根据需要,控制喷嘴在一定的范围(120°)内喷射,形成片状加固体,即隔水帷幕,形成一道隔水墙。

2.2 高压旋喷桩设计

设计高压旋喷桩位于基础开挖边线外1 m处,桩底深入箱涵基础底以下2.5 m～3 m,旋喷范围120°,高压旋喷防渗墙长1000m,共1000根旋喷桩,桩长10m,采用三重管法按1.0m间距分两序施工(先成孔后喷浆),要求每延米P.O42.5普通硅酸盐水泥用量500 kg。

3 高压旋喷桩施工技术

3.1 高压旋喷工艺流程

施工准备→测量定位→机具就位→钻孔至设计标高→旋喷开始→提升旋喷注浆→旋喷结束成桩。

3.2 施工方法

1)场地平整:先进行场地平整,清除桩位处地上、地下的一切障碍物,场地低洼处用粘性土料回填夯实,并做好排浆沟。2)测量定位:首先采用全站仪根据高压旋喷桩的里程桩号放出试验区域的控制桩,然后使用钢卷尺和麻线根据桩距传递放出旋喷桩的桩位位置,用小竹签做好标记,并撒白灰标识,确保桩机准确就位。3)机具就位:人力缓慢移动至施工部位,由专人指挥,用水平尺和定位测锤校准桩机,使桩机水平,导向架和钻杆应与地面垂直,倾斜率小于1%。对不符合垂直度要求的钻杆进行调整,直到钻杆的垂直度达到要求。为了保证桩位准确,必须使用定位卡,桩位对中误差不大于5cm。4)启动钻机边旋转边钻进,至设计标高后停止钻进:采用单管旋喷法施工。该方法插管与钻孔两道工序合二为一,即钻孔完成时插管作业同时完成。在插管过程中,为防止泥砂堵塞喷嘴,高压水喷嘴边射水、边插管,水压力一般不超过1MPa,至设计标高后停止钻进。5)浆液配制:高压旋喷桩的浆液,采用抗腐蚀的矿渣水泥,水泥浆液配制严格按设计要求控制为水灰比1∶1,水泥浆比重1.49。搅拌灰浆时,先加水,然后加水泥,每次灰浆搅拌时间不得少于2 min,水泥浆应在使用前一小时制备,浆液在灰浆拌和机中要不断搅拌,直到喷浆前。喷浆时,水泥浆从灰浆拌和机倒入集料斗时,过滤筛把水泥硬块剔出,水泥浆通过胶管送到旋转振动钻机的喷管内,最后射出。6)喷射注浆来源:喷射时,先应达到预定的喷射压力、喷浆旋转30 s,水泥浆与桩端土充分搅拌后,再边喷浆边反向匀速旋转提升注浆管,提升速度为260mm/min,直至距桩顶1 m时,放慢搅拌速度和提升速度,保证桩顶密实均匀。中间发生故障时,应停止提升和旋喷,以防桩体中断,同时立即检查排除故障,重新开始喷射注浆的孔段与前段搭接不小于1 m,防止固结体脱节。7)冲洗:喷射施工完成后,应将注浆管等机具设备采用清水冲洗干净,防止凝固堵塞。管内、机内不得残存水泥浆,通常把浆液换成清水在地面上喷射,以便把泥浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排除。8)重复以上操作,进行下一根桩的施工。

3.3 高压旋喷施工注意事项

1)钻机要按设计孔位准确定位,保证孔位偏差不大于1cm,钻机安装须作水平校正和垂直校正,保证“三点一线”,即提升中心、立轴中心和孔口中心处于同一垂直线上,保证偏斜度不大于1%。2)高喷前先要把钻具下放到设计深度,开高压泵用清水试压。试压正常后,搅拌水泥浆,开始正式旋喷,待孔口返浆后开始提升,提升速度要符合设计要求。卸换钻杆时,复喷搭接长度不小于100mm,至设计桩顶位置后,停止喷射,提出钻具,清洗钻具管路,钻机移至下一孔位。3)高喷墙体在凝固过程中要出现析水收缩,造成桩顶回落,达不到设计高度,故在每个孔施工完24 h后必须用返浆或水泥浆对其进行回灌,保证墙体质量和高度。4)高喷时要时刻观察高压泵的压力,发生异常变化时要及时检查并通知高喷机停止高喷,故障排除后可继续高喷。5)高喷地层出现异常(如有空洞、跑浆、塌陷)时,应马上采取相应措施进行处理,必要时在高压水泥浆中添加0.5%的食盐或0.05%三乙醇胺等速凝材料后回灌,待返浆正常后才能继续喷射施工。

4 高压旋喷防渗墙的检测

长沙电厂循环排水工程高压旋喷(摆喷)总工期35 d,旋喷全部结束后,选最先开始旋喷的20m处进行现场开挖基础,以检测高压旋喷帷幕止水墙的实际效果。开挖坡度按照1∶0.75坡率进行开挖,设计人员、监理工程师、业主代表和施工人员一起进行检测。开挖过程中边坡形状完整,没有出现流沙及坍塌现象,边坡无明显渗水,现场选取5 m地段检测帷幕止水墙厚度、旋喷半径、墙体质量等是否符合设计要求。检测表明旋喷墙体厚度平均达35cm,桩与桩之间搭接处良好,说明旋喷半径达到设计要求,检查取出芯样,发现水泥含量高,芯样较完整、坚硬,能满足设计要求。

开挖后立即按照设计要求,将基底用C20素混凝土封闭,以防基底下压力水将流沙涌出。实践证明,500m段箱涵基础开挖顺利,均达到了预期目标,工期较投标工期提前两个月完工。

5 结语

高压旋喷施工技术在水利堤防工程和其他临时工程防渗中应用较为普遍,但在国内其他工程如基础处理、边坡防渗等应用不是很广泛。通过在长沙电厂基础开挖中的成功应用,发现高压旋喷防渗墙对地基含砂量高,淤泥、粗砂层效果明显,既起到防渗作用,又起到加固地基的作用,它较木板桩、混凝土板桩、钢板桩等施工简单、工期短、防渗效果好,并且其设备是用履带行走,在淤泥和软基等复杂地质条件下均可施工,不需要其他大型设备,施工简单,工艺成熟,是一种施工方便、工期短、造价不高的防渗手段,在坡防渗、地基处理中可充分应用。

[1]钱美亚,别小勇.利用高压旋喷桩进行深基坑围护初探[J].山西建筑,2008,34(11):147-148.