大坝基础处理高压旋喷桩施工过程及质量控制

□李 明 □陆 涛（河南省水利勘测设计研究有限公司）

1.工程概况

沁河河口村水库是一座以防洪、供水为主，兼顾灌溉、发电、改善河道基流等综合利用的大（2）型水利枢纽，工程位于黄河一级支流沁河最后一段峡谷出口处，下距五龙口水文站约9km，属河南省济源市克井镇，是控制沁河洪水、径流的关键工程，也是黄河下游防洪工程体系的重要组成部分。

河口村水库大坝坝基覆盖层岩性及地层结构复杂，主要成分为漂卵砾石，并含有粘性土夹层及砂层透镜体，部分基础虽然较密实，但整体基础均匀性差，大坝填筑后可能存在不均匀变形。为防止大坝面板及基础趾板、连接板、防渗墙变形过大，需对大坝基础进行加固处理。坝基加固处理采用高压旋喷桩，共设置650根桩，其中生产性试验桩50根。

2.施工组织

2.1 施工方法

高压旋喷孔按设计图纸要求布设，采用（新）三管法，灌浆采用水泥浆。

2.2 主要施工材料

灌浆用材料为水泥和水。

高压旋喷灌浆施工采用符合国家标准的42.5级普通硅酸盐水泥，水泥细度要求通过80um方孔筛筛余量≤5%。出厂期超过3个月的水泥不得使用，所用进场水泥必须有水泥出厂质量合格证明书，并经复检合格后方可投入使用。

高压旋喷浆液拌和用水采用现场澄清河水，其水质、水温符合灌浆要求。

2.3 施工参数

高压旋喷灌浆施工控制参数见表1。

表1 高喷灌浆工艺参数表

2.4 施工机械

根据现场实际情况，高压旋喷施工投入JG-200型跟管钻机6台进行钻孔施工，GP-1800-2型高喷台车4台进行喷射灌浆施工，配套75kW高压清水泵4台、6m3/min空压机4台、12m3/min空压机5台、LGCY-15/13型空压机1台、ZJ-400型制浆机2台、302-SZ-75/50型高压注塞泵4台、XPB-90E型高压注浆泵制浆1台、300L泥浆搅拌机1台、300T拔管器1台、BS655履带吊车1台等进行施工。

3.施工过程及质量控制

3.1 施工程序

高压旋喷灌浆的施工程序：施工准备→测量布孔→钻机就位→造孔→高喷台车就位→地面试喷→下喷射装置→喷射灌浆→终灌→高喷台车移位→封孔→检查验收。

3.2 施工过程

3.2.1 施工准备

3.2.1.1 高压旋喷灌浆前，将施工现场全面规划，开挖排浆沟和集浆池，做好回浆排放和环境保护措施。

3.2.1.2 修筑好设备进出场施工道路。

3.2.1.3 将跟管钻机，高喷台车、制浆设备、高压水泵和空压机等灌浆配套设备运至施工现场组装，按三重管法进行调试检查，确保全部设备处于完好状态，输浆管、水路、气路畅通。

3.2.2 测量布孔

按照施工图纸规定的桩位进行放样定位。定位桩要妥善保护，钻孔时再次进行校核。

3.2.3 施工顺序安排

高压旋喷钻孔和高喷均按区分序施工，施工前先对所有孔位进行编号，每排孔位编号自大坝右岸向左岸的顺序进行，每排分 2序，1、3、5…奇数孔为Ⅰ序，2、4、6…偶数孔为Ⅱ序，排数自上游向下游进行排序，分别为第1排、第2排…第14排。孔号命名为几排几号孔，比如第1排1号孔简写为GP1-1，钻孔间距≥4～6m，分序进行造孔及旋喷，先Ⅰ序后Ⅱ序进行施工,相邻两个灌浆孔旋喷时间间隔≥24h。

3.2.4 钻机就位、造孔

钻孔前，埋设孔口管，将钻机按测量定位桩就位、安装，将钻头对准定位桩设计钻孔中心，保证立轴或转盘与孔中心对正，先用水平尺粗略整平、垫平机座和机架；然后在钻孔轴线位置及其垂直方向上各架设一台经纬仪，检查并调整钻杆垂直度，使其钻杆垂直，再一次检查孔位是否正确，使钻尖对中误差不超过20mm。

钻孔过程中，每钻进3～5m检查一次钻杆的垂直度，用水平尺或吊锤校核钻杆的垂直度，有偏差则及时调整钻杆纠偏。终孔后用测斜仪对钻孔进行测斜，控制钻孔垂直偏差不超过1.5%。

造孔过程中，若发现孔内异常现象如掉钻、卡钻等，及时采取措施处理，同时应做好记录，详细记录钻孔深度、地层变化、掉钻等。

钻孔结束，会同监理工程师进行终孔检查验收，未经验收不得擅自终孔，对于未到设计深度已钻入基岩的高压旋喷灌浆孔，应及时收集跟管钻机吹出的渣样，通知监理工程师及地质工程师对基岩样进行鉴定，鉴定符合设计要求后方可停止钻进，钻进停顿或终孔待灌时，孔口要加盖保护。

3.2.5 浆液配制

灌浆前，要按设计图纸及规范要求进行配比，新三管法采用喷射注浆的水灰比定为：0.8:1～1.0:1。灌浆浆液采用42.5级普通硅酸盐水泥浆，浆液密度1.55～1.62g/cm3。配合比试验测试内容包括：浆液拌制时间、浆液密度等。

制浆过程中要随时测量水泥浆比重，若浆液比重偏低，要随即加大水泥用量。

按照确定的浆液配比，钻孔终孔前提早一段时间配制浆液，浆液采用高速搅拌机搅拌，拌和时间≥30s，保证浆液搅拌均匀，并不停地搅拌备用。

浆液温度控制在5～40℃之间，浆液存放时间：当环境温度在10℃以下时，不超过5h；当环境温度在10℃以上时，不超过3h，否则按废浆处理。

浆液经过滤后使用，防止喷管在喷射过程中堵塞。

3.2.6 高喷台车就位、地面试喷

钻机成孔后，钻机移位，高喷台车就位。将台车移至成孔处就位后，连接好水、气、浆管，开机在地面试喷，检查喷浆系统和各项指标是否符合要求。

3.2.7 下喷射管

将旋喷管插至孔底，在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，可边射水、边插管，水压力不超过1MPa，试喷检查喷浆系统运行良好然后开始按旋喷喷浆。

3.2.8 喷射灌浆

按施工设计的旋喷方法和确定的施工参数送高压水、压缩空气和水泥浆，待泵压、风压、水压达到设计的规定值时，先对孔底进行原位高压旋喷1～3min，待浆液返出孔口且比重达到1.3g/cm3以上后，按设计的提升速度提升喷管喷射，进行自下而上、连续旋喷作业，直至达到设计旋喷体高程后，再原位旋喷1～2min，即可停止供水、送气和浆液，从灌浆孔中抽出喷浆管。

喷浆过程中，喷射管提升速度必须连续均匀，喷浆要均匀，计量要准确，保证水泥的掺入量不少于设计掺量。

喷射过程中，要经常检查：风、水和泥浆泵的压力，浆液流量、空压机的风量、钻机的转速、提升速度，以及旋喷角度、耗浆量等，如实记录喷射灌浆的各种施工参数、浆液材料用量、导常情况及处理措施等。

3.2.9 喷射灌浆过程问题处理

为了保证高压旋喷桩的施工质量，对喷浆过程中出现的异常情况，按下列方法处理：

3.2.9.1 当测试的进、回浆比重与规定值不符合设计要求时，调整浆液水灰比，直至满足设计要求。

3.2.9.2 在任何情况下断喷（包括拆卸喷管），回复喷射时，应将喷头下放30cm，采用搭接喷射处理后，方可提升喷射管，并记录中断处深度和时间；如中断时间较长（超过4h），不能进行复喷时，应该进行扫孔复喷。

3.2.9.3 在喷射中，如孔口冒浆量超过注浆量的20%时，通过提高灌浆压力或适当加快提升速度及旋转速度以减少冒浆量；如孔口不冒浆时，采取增大注浆量、减慢提升速度等方法，必要时将喷管再下沉0.5～1.0m进行复喷，待孔口返浆正常后，再恢复正常喷射灌浆。

3.2.9.4 高喷灌浆过程中，若孔内发生严重漏浆，可采取以下措施处理：

孔口不返浆时，应立即停止提升。孔口少量返浆时应降低提升速度；

降低喷射压力、流量，进行原位灌浆；

在浆液中添加速凝剂；

加大浆液密度或灌注水泥砂浆、水泥粘土浆等；

向孔内填入砂、土等堵漏材料。

堵漏措施实施后孔口返浆后均应将喷射管下放至原不返浆的最下位再次进行正常旋喷。若以上措施实施后仍不返浆，可以通过控制提升速度和吃浆量进行旋喷灌浆，不返浆时应控制水泥用量≥1000kg/m。

3.2.9.5 在进浆正常的情况下，若孔口回浆密度小，回浆量增大，应降低气压并加大进浆浆液密度或进浆量。

3.2.9.6 高喷灌浆过程中发生窜浆时，应填堵窜浆孔。待高喷灌浆结束，尽快对窜浆孔扫孔，进行高喷灌浆或继续钻进。

3.2.9.7 高喷过程中应采取必要措施保证孔内浆液上返畅通，避免造成地层劈裂或扰动。

3.2.9.8 高喷灌浆结束，应利用回浆或水泥浆及时回灌，直至孔口浆面不下降为止。

3.2.10 喷射管冲洗

喷射灌浆结束后要及时将灌浆系统的搅拌机、喷浆阀门、喷浆管以及各管路用清水冲洗干净。冲洗时用水进行连续冲洗，直到管路中出现清水为止。

3.2.11 冒浆静压回灌

高压旋喷作业结束后，要连续将冒浆回灌至孔内，直到孔内浆液面不再下沉、稳定为止。

3.2.12 封孔

冒浆静压回灌至孔口，直至浆液不再下沉时，用粘土泥团分层回填孔，直至施工平台顶部。

3.3 施工注意事项

3.3.1 下管喷射时，可采取换低压送水、气、浆液的方法，防止喷嘴堵塞。

3.3.2 喷射时，必须检查检测风、水、浆液压力和流量、浆液比重，发现误差超标及时调整，特别要严密监视灌浆系统的运转情况，发现异常及时处理。

3.3.3 接换喷管时动作要迅速，防止塌孔和堵塞。

3.3.4 喷射过程中，接、卸、换管及事故处理后，再下管喷射时要比原停喷高度下落0.3～0.5m。

3.4 质量控制与检查

3.4.1 施工过程中严格按照“三检制”进行施工质量检查，质量责任到人，检查人员跟班作业，监理人员旁站，发现问题及时处理。

3.4.2 施工过程中，要对钻孔和喷浆过程的主要施工参数进行严格检查和控制，如配合比是否符合设计要求，水泥的称量误差是否在5%范围内，每钻进3～5m时检查一次跟管钻机钻杆的垂直度，保证钻孔的垂直误差不超过1.5%等并详细记录。记录项目包括钻孔时间、孔位、孔距、孔深、地层情况、始喷终喷时间、提速、始喷终喷高程、返浆情况、水泥用量等。

钻孔成型后相邻两次钻进的相邻孔位中心距误差不超过±50mm，垂直度偏差应≤1.5%。所配制水泥浆稀稠一致、喷射装置提升速度要均匀一致，喷浆量必须满足设计要求。记录时间误差应≤5s，深度记录误差≤5cm。

3.4.3 旋喷灌浆检查孔的数量、孔位按监理工程师的指示确定，每个单元工程至少要有一个检查孔，钻取旋喷体样品送试验室检查旋喷凝结体施工质量是否达到设计要求。

4.成桩后检测

检测应在成桩后28d进行，将委托有资质的检测单位，分别对旋喷桩身及复合地基进行检测。

4.1 对旋喷桩桩身的检测

4.1.1 根据设计及规范要求，选取高压旋喷桩进行静载荷试验，位置由现场监理及设计单位指定。如施工中有异常现象的部位及对成桩质量有疑虑的地方均应增加荷载试验点。堆载最大荷载2.00MPa，承载板布置在桩中心，面积1.1m2。

4.1.2 选取代表桩钻孔取芯检查成桩质量，利用钻孔进行桩的单孔超声波测试，以检测桩的完整性；同时每孔取三段较完整有代表性芯样进行比重、干密度、单轴饱和抗压强度、静弹模量及泊松比等试验。

4.2 对复合地基的检测

4.2.1 进行复合地基静载试验，试验检测点数复合设计及施工规范要求，检测复合地基的承载力和压缩模量，堆载最大荷载2.00MPa，载荷板布置在桩中心，面积2×2m2。

4.2.2 进行复合地基处理后的跨孔波速测试，在灌浆区域，纵横向各布置两条测线进行瑞雷波测试。

4.2.3 其他在条件许可的条件下，单桩施工完成后，选取代表桩进行浅层开挖检查，测量桩体有效桩径、连续性、完整性进行验证。

5.安全环境保护措施

5.1 安全措施

由于高压旋喷施工部分时段处于汛期，且作业部位处于主河槽段，施工期间洪水随时可能发生，思想上要高度重视，进行充分准备，对连续雨天进行水情监测，现场配备吊车及运输设备，备用编织袋等防汛物资，一旦发生险情，立即将设备调运至高处存放，人员撤离施工区。

施工前进行安全三级教育，尤其注意现场临时用电安全，设专职电工进行现场线路维护、整理，确保“一机、一闸、一漏”等措施到位。

注意现场各工作面的交叉作业影响。作业区旁边是河道交通要道，首先避免现场施工干扰该通道，又要避免施工对道路交通造成安全隐患，同时，由于作业面四面有很多爆破作业面，应积极配合爆破安全人员指挥，采取积极的防范措施，避免设备和人员被飞石等伤害。

5.2 环境保护措施

现场设泥浆沉淀池，施工过程中产生的废水、泥浆经沉淀池沉淀后集中开挖运输至指定的弃渣场，以免污染环境。同时，注意现场机械设备的废水、费油排放，如有设备漏油现象，要及时进行清理，并运至指定部位处理。