梨园厂房基坑开挖砂卵石围堰深孔高压旋喷施工工艺研究

2013-09-15李晓光

中国新技术新产品 2013年8期

李晓光

（中国水利水电第十一工程局有限公司，河南郑州 450000）

1 厂房基坑围堰的布置情况

受大江截流推迟影响，为保证梨园厂房基坑开挖顺利进行，需在厂房临河一侧设基坑挡水围堰，以确保厂房基坑开挖的顺利进行。围堰堰体为土石结构，采用高压旋喷防渗墙。围堰上部利用基坑开挖料回填形成，底部为原始河床。厂房基坑开挖水下深度为40m，高压旋喷深度均在35m以上入岩，双排布置，布孔间排距为0.8m,轴线长397m，高喷成孔36700m。由于工期紧、任务重，选择高压旋喷防渗施工速度快，施工强度高，可以保证在短期内形成防渗体，满足厂房基坑开挖的工期需要。

2 厂房基坑围堰施工环境

根据设计提供的地质资料，厂房围堰布置位置的地质情况为冲洪积层和冲积层混合体。冲积层（Qal）中含砂、卵、砾石夹漂石、孤石，在河床部位，厚度一般小于15m；冲洪积层（Qal+pl）中含碎块石、漂石、卵石夹砂土、粉土。下伏基岩为P2d4黑褐色、灰褐色杏仁状玄武岩、褐铁矿化杏仁状玄武岩、致密玄武岩、火山角砾熔岩，岩体以Ⅱ、Ⅲ类为主。

根据以上地质描述可知，高压旋喷部位富含砾石、漂石，且有大量孤石，条件较为恶劣，高压旋喷对复杂地质情况的适用性有待研究和实施。

3 高压旋喷技术特点

高压旋喷以高压射流直接冲击破坏土体，浆液与土以半置换或全置换凝固为固结体，靠旋喷桩间的套接形成连续的防渗墙。它施工简便，设备结构紧凑且机动性强，利于在狭窄的施工现场施工；可通过调整旋喷速度、提升速度和喷射压力控制旋喷桩的形状，且有较好的耐久性。

高压旋喷主要适用于软弱土层，对砂类土、粘性土、黄土、淤泥、碎石土和人工填土均有较好的效果，地下水流速较大、无填充物的岩溶地段等情况下也宜使用高压旋喷。从本工程条件看，工作面狭小、施工强度大的特点正好适用于高压旋喷使用。但地质条件不良，旋喷位置不仅有未处理的含有有机质的土层，而且含有大量的卵石、漂石和孤石，局部的地质变化也难以判断，不利因素较多。

4 施工重点及难点分析确认

从人、机、料、法、环各环节进行分析高压旋喷施工的难点和重点，确定施工控制重难点为点为施工过程未按参数施工，塌孔、卡钻严重，成孔困难，孔位布置及桩径不合理，钻孔参数控制不合理，高喷参数控制和工艺不合理，异常处理不到位。

5 施工工艺研究及质量控制

5.1 严格按照参数施工

现场参数控制是本工程质量控制的关键，项目部组织人员参与方案讨论，学习规范，确定过程控制的重点。要求参与围堰施工的人员必须熟练掌握施工工艺流程和各项参数，严格按照规范和设计要求控制各项参数，进行开孔、终孔、开喷、终喷工序的验收，未验收或验收不合格的禁止进入下道工序施工，浆液配比、浆液比重、高喷的提升速度、旋转速度、浆压、气压、水压等各项指标必须符合设计和试验验证的参数，否则必须进行停工整改并处理至满足要求。通过工艺和参数控制来控制工程质量，确保高喷效果。

5.2 卡钻及塌孔处理技术

在成孔过程中，由于地质条件差，孔深较深（35m以上），根管钻进，但卡钻问题较为突出，为解决这一问题，经会议讨论研究，决定在钻孔过程中加膨润土，以增加其润滑性，经实施解决了卡钻问题的发生；塌孔现象较为普遍，仅使用PVC管护壁效果有限，安放PVC管后，再采用膨润土进行注浆护壁，每孔膨润土的平均用量为 1～1.5t，效果良好。

5.3 布孔及桩径经验验算

为保证围堰高压旋喷效果，慎重施工，对桩径和布孔进行验算。根据相关工程的经验，防渗工程的一般布置双排或三排孔，控制原则是：如果高喷桩径为R，则孔距为0.866R，排距为0.75R，套接的厚度不小于30cm。

高喷桩径选择与标准贯入系数相关，但水下部分无法进行试验。根据设计提供的地质描述和相邻区域开挖揭露的情况看，河床地质条件接近稍密或中密的粗砂和砾砂，其标准贯入击数应在15～10范围内，相应三管法桩径为1.2～1.8m，双管法桩径为0.8～1.3m。因本工程不确定性较多，为减小风险，设计高压旋喷单桩桩径1.2m。相应的孔间距为0.866×1.2=1.04m，排距为0.75×1.2=0.9m。

本工程高压旋喷桩径1.2m，设双排孔，间排距为0.8m，套接0.4m。从验算情况看，设计时充分考虑了本工程的地质特点，接近下限的参数选择为围堰闭气提供了较好的实施条件。

5.4 钻孔参数设计调整

较大的孔斜使单桩之间的有效套接减少，无法形成连续体，可能产生孔洞，导致渗水甚至管涌。根据规范要求，钻孔孔斜应<1%，设计高压旋喷平均孔深约35m，在最大孔斜的条件下，单孔孔底倾斜35m×1%=35cm。考虑到双孔套接时使孔斜影响加倍，而双排孔布置会使孔斜影响减半，两者影响互相抵消。设计套接厚度为40cm，则最大孔斜的影响仍在可控范围之内。

为尽量减小孔斜对旋喷套接成墙的影响，实际施工中除按照设计和规范控制孔斜外，还做好导正器的加工、率定及校正工作，保证投入施工生产设备满足钻孔孔斜控制要求。施工人员还通过钻机支架校正，钻进前调整钻机垂直度和钻进时随时检测等手段，尽可能的减小孔斜。

施工过程中，质检员对钻机性能进行检查，发现异常及时停钻处理，严格按照设计要求的孔径、孔距及孔斜控制。

5.5 通过试验验证工艺和高喷控制参数

在围堰施工之前，组织专家在2009年12月15日进行方案讨论，主要考察工艺的适应性和参数选择。随后编制试验大纲进行试验。

（1）试验段工艺及参数

在围堰上游侧轴线转弯处，钻孔编号为G-6～G+6，使用三管法施工其参数选择表如下：

试验段参数选择表

（2）确定其施工工艺

测量放线——钻机就位——跟管钻孔——钻机移位——下pvc套管膨润土护壁——钢套管拔出——高喷台车就位——下喷射管——旋喷注浆——高喷台车移位——质量检查

试验段钻孔深度为32.7～45.2m，平均孔深38.4m，钻孔总长度1036.8m，水泥总用量669.8t。高压旋喷每米水泥用量为521.74～768.4kg，平均每米水泥用量为627.5kg。

（3）试验物探检验

梨园水电站物探检测中心于2009年11月15日～20日，采用单孔声波、跨孔声波对试验段进行了检测。从物探检测情况分析，G-4存在两段质量缺陷，长度分别为1.6m和1.4m。从G-4的高喷记录看，提升速度为5cm/min，高喷每米水泥用量为623.19kg，仅略小于平均值627.5kg，其他各项参数均正常，因此问题可能是由于高喷遇到孤石造成的。G-4的问题可以采用在G-4与G-5之间补孔重新高喷进行处理，仍在可控范围内。

（4）试验结果

工艺的适应性：围堰高喷试验段的试验基本是成功的，施工选用的各项施工参数均适用于本工程施工。

工艺的改进：塌孔现象较为普遍，仅使用PVC管护壁效果有限，安放PVC管后，采用膨润土进行注浆护壁，最后拔出钢套管，每孔膨润土的平均用量为1～1.5t，效果良好。高喷段地下水丰富，出现漏浆、串浆时在水泥浆液中掺加水玻璃进行高喷灌浆处理。

参数确定：根据试验结果，高喷参数确定如下表。

高压旋喷参数表

5.6 异常情况处理

异常处理主要是中断后复喷和孤石处理，中断复喷处理不当会形成断桩或渗漏通道，孤石处理不当会减小旋喷桩有效直径。针对这些情况，制定相应的处理措施。

中断处理：若高喷中途要拆卸喷射管时，搭接段应进行复喷，复喷长度不小于0.2m。因故中断后再恢复施工时，对中断段进行复喷，搭接长度不小于0.5m。

孤石处理：高喷施工前布置先导孔，选取5～10个点位试钻，了解围堰轴线处详细的地质状况。钻孔时随时监测钻进情况，发现孤石后采取孔内爆破的方法处理，确保处理后的孤石不会影响高喷防渗墙的性能。

6 效果检查

围堰高压旋喷施工在2010年4月15日全部完成，因高压旋喷深度较大且基坑尚未开挖完成，无法进行围井检查或做开挖检查。为此，梨园水电站物探中心于2010年4月26日～5月21日，采用单孔声波、全孔壁数字成像、电磁波吸收系数层析成像（简称电磁波CT）技术对梨园水电站左岸厂房围堰高压旋喷桩进行了防渗测试工作。

综合单孔声波、全孔壁数字成像、电磁波CT检测情况和施工情况分析：围堰高压旋喷整体施工效果良好；个别部位因孤石影响未形成有效套接，可能形成渗水点。

从基坑开挖的情况看，围堰高压旋喷闭气效果良好，基坑渗水量控制在了设计范围内，高压旋喷施工达到了预期目标。

结语

通过围堰高压旋喷施工，可以看出在不良地质条件下进行高压旋喷施工时，必须做到以下几点：尽可能充分的掌握第一手的地质资料，确保工艺选择和参数确定依据充分；施工人员应熟练掌握施工工艺和设计参数，严格进行过程控制，尤其是参数控制和工序验收都必须合格；高喷桩可以适当选择大桩径、小间排距以减少风险；高喷可选择较低的旋转速度、提升速度，较高的浆压、水压和气压以利于旋喷桩的形成；编制施工方案时应考虑到可能出现的异常情况并制定相应的处理措施，确保施工时能有效应对各种情况；施工材料应超前计划、提前储备、按时供应。本次梨园电站厂房高喷围堰施工工艺研究与总结，旨在为类似工程提供第一手经验资料。