高压旋喷桩在水工围堰防渗中的应用

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概况

宁波市水库群联网联调(西线)一期工程跨河输水管道长383m，位于龙王溪输水隧道进出口之间，工程所在地宁波市地处亚热带季风区，冬夏季风交替明显，由于所处纬度常受冷暖气团交汇影响，加之倚山靠海，特定的地理位置和自然环境使天气多变、差异明显，灾害性天气相对频繁。本工程施工主要是受梅雨和台汛季节的降雨洪水影响，一旦台风暴雨来临，对工程施工威胁较大。因此，因地制宜，合理安排，搞好施工导流和安全度汛措施。针对这种状况，该工程的地下埋管施工所需要的围堰采用高压旋喷桩防渗围堰，是确保项目按期完成的关键。

本工程输水管道起始桩号为输K17+397m至输K17+780m，采用倒虹吸的型式穿越龙王溪，龙王溪段跨河管道施工采用“上下游围堰一次断流，右岸明渠导流”的导流方式，即非汛期内在上下游河道内设置围堰挡水，来水由右岸导流明渠进行导流。

上下游围堰采用高喷防渗墙进行防渗，并与导流明渠高喷防渗墙形成防渗闭合体系，围堰高喷防渗墙设计最小墙厚要求达到0.25m，采用“三管”旋喷法施工，桩顶标高为34.2m～35.4m，底标高为24.8m，桩长为9.4m～10.6m，高压旋喷桩桩径为1.2m，孔距为1.0mm，防渗旋喷桩设2排。

2 龙王溪跨河管道工程地质条件

2.1 土层结构

龙王溪管线沿线地基覆盖层为第四系全新统冲洪积(al-plQ4)砂砾卵石，灰黄色，表部松散，下部中密～密实，粒径以2cm～8cm为主，个别大于15cm，局部见漂石，最大直径30cm以上，主要分布于河床，砾卵石成分以火山岩为主，分选差，以次棱角-次圆状为主，圆锥重型动力触探试验12击～42击(经杆长修正)，钻孔最大控制深度20m，其中表层分布有厚0.5m～2.5m耕植土，厚度由近山处向河床变薄，灰黄～黄褐色，可塑。

2.2 水文地质条件

龙王溪管线地下水位埋深0～3.0m，砂砾卵石层渗透系数k=2.51×10-4cm/s～2.36×10-3cm/s，呈中等透水性。

3 施工方案

根据龙王溪跨河管道工程整体施工计划，该高喷防渗墙施工工期为10d，日均完成10.5根。

3.1 施工工艺

本工程高压旋喷桩采用“三管法”施工。三管法是一种浆液、水、气喷射法，使用分别输送水、气、浆液三种介质的三重注浆管，在以高压泵等高压发生装置产生高压水流的周围环绕一股圆筒状气流，进行高压水流喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大的空隙，再由泥浆泵将水泥浆以较低压力注入到被切割、破碎的地基中，喷嘴作旋转和提升运动，使水泥浆与土混合，在土中凝固，形成较大的固结体。

3.2 施工流程

桩位放样→机具就位→调整钻机→钻至设计深度→配制浆液→喷射注浆→拔管→冲洗→移位。

图1 高压旋喷两序施工示意

3.3 施工参数

水灰比：1.5∶1；桩直径：1200mm；桩距和排距：1000mm；气压：≥0.6MPa；水压：36MPa；输浆压力：0.2MPa～1.0MPa；提升速度：9cm/min；旋转速度：14r/min；水泥：普通硅酸盐水泥P.O42.5，0.5t/m3；高压旋喷桩在28d龄期后抗压强度不小于5MPa。

3.4 施工方法

(1)桩位放样：根据设计图纸放出桩位中心线位置，并沿中心线复放出高压旋喷桩的设计孔位。

(2)机具就位调整：钻机或旋喷机就位时机座要平稳，立轴或转盘与孔位对正并应保持垂直，钻孔允许斜度不大于0.5%。

(3)钻孔：喷射注浆前先以钻机成孔，钻头直径150mm，各桩成孔深度大于设计深度0.5m，钻孔位置与设计位置的偏差不得大于50mm。施工时在桩架的正面和侧面吊挂垂球，控制桩机垂直度。

(4)制浆：采用P.O42.5水泥浆，搅拌前应先在灰浆搅拌机内注入一部分清水，然后边搅拌边加入水泥，按水灰比定量施加并进行浆液过滤，防止喷浆时堵塞浆管和机具。一孔完成后及时清点材料用量，并作好书面记录。

(5)喷射作业：当喷管下至设计深度以下10cm左右开始送水泥浆，然后开启压缩空气，待孔口返浆正常并符合设计要求时方可旋喷提升。由下而上进行喷射作业，操作人员必须时刻注意检查浆液初凝时间、注浆流量、压力、旋转提升速度等参数是否满足设计要求，并随时做好记录。

(6)拔管：喷注中如上节喷管要卸除，下节喷管继续作业时，必须待下部喷管高出井装置20cm以上方可停止喷注，保证加固体垂向连续性。成桩结束后及时做好桩顶回灌和废浆处理。

(7)冲洗：旋喷施工完毕，把注浆管等机具设备冲洗干净，管内、机内不得残存水泥浆。通常把浆液换成水，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出。

(8)移位：把钻机等设备移到新孔位上。

3.5 施工要点及技术要求

(1)旋喷前要检查高压设备和管路系统，其压力和流量必须满足方案要求。注浆管及喷嘴内不得有任何杂物，管路系统的密封圈必须良好，各通道和喷嘴内不得有杂物；

(2)在喷射过程中，要注意防止喷嘴被堵，在拆卸或安装注浆管时动作要快；

(3)搅拌水泥浆时，水灰比要按方案规定，不得随意更改，在旋喷过程中应经常检查测定浆液比重，并做好记录。防止水泥浆沉淀、离析。禁止使用受潮过期的水泥；

(4)喷射孔与高压注浆泵的距离不宜大于50m。实际孔位、孔深和每个钻孔内的地下障碍物、涌水、漏水及与工程勘察报告不符等情况均应详细记录；

(5)深层旋喷时，应先喷浆后旋转和提升，以防注浆管扭断；

(6)喷射时，要做好压力、流量和冒浆的量测工作，并按要求逐项记录。钻杆的旋转和提升必须连续不中断。拆卸钻杆继续喷射，要注意保持钻杆有100mm搭接长度，不得使喷射固结体脱节；

(7)在高压旋喷过程中出现压力骤然下降、上升等异常情况，应查明原因并及时采取措施；

(8)冒浆的处理，在旋喷处理中，往往有一定数量的土粒，随着一部分浆液沿着注浆管壁冒出旋喷桩顶面以上。考虑冒浆对后期湿取土影响且浪费材料，故在喷浆过程中始终保持较大的喷浆压力，定期检查喷嘴直径，严格控制搭接量；

(9)为了保证固结体尺寸，或深层硬土影响而导致固结体尺寸减小，可以采用提高喷射压力、泵量或降低回转与提升速度等措施；

(10)高喷作业时，各岗位要明确分工，统一指挥，协调一致。

4 结语

高压旋喷桩施工速度快，每天可成桩100m，减少围堰施工工期，可以节约15%成本；在本工程中，成功地在卵石混砂土层中使用三管法高压旋喷桩对基坑、围堰进行防渗、止水，达到了预期的进度，满足基坑内钢管埋设的干地施工条件，达到了预期效果。

高压旋喷桩也广泛应用于止水帷幕工程中，在该类工程中，主要利用旋喷桩的低渗透性。水泥浆切入到土体内部或填充到土颗粒之间的孔隙后，能够形成一道致密的止水帷幕，通常要求其渗透系数比较小。为了增加止水的整体效果，高压旋喷桩一般采用交联式三角形或交联式排列，并且相邻两桩需要搭接一定长度。在围堰防渗中，为了增大支护结构的刚度，高压旋喷桩也可与其它桩型(如钢筋混凝土钻孔灌注桩、钢板桩)结合共同使用。