高压旋喷灌浆与水泥土搅拌桩技术在水库的应用

袁铭

【摘要】本文结合工程案例，针对某水库工程施工中，通过高压旋喷灌浆技术以及水泥土搅拌桩技术的应用，进行了探讨分析。

【关键词】坝体；坝基防渗处理；高压旋喷灌浆；水泥土搅拌桩

一、工程概况

某水库枢纽工程现由主坝、副坝、溢洪道输水涵管等建筑物组成。主坝全长905m，河槽段位于主坝南面，为心墙沙壳土坝，坝顶高程186.5m，最大坝高18.85m，坝顶宽4m左右。在大坝上游坝坡180.9m高程处设有2m宽戗台一道。上部坡率1：2.5，下部坡率1：3。主坝台地段坝位于主坝背面，为均质土坝，最大坝高13.97m。副坝位于主坝南面，坡长198m，为均质土坝，坝顶高程186.5m，最大坝高12.2m。根据现场检查及安全评价，大坝工程存在如下问题：

1.河槽段坝基存在中细沙层含水层，属承压水，初建施工时未作彻底清除及地基处理，大坝下游盖重不满足要求，存在渗漏破坏问题。

2.台地段及副坝均质土坝坝体原施工时填筑质量差，压实度低，填筑土方质量仅有46%满足规范要求，坝体存在局部散浸及渗水现象。

二、坝体、坝基防渗处理设计

1.设计对水库主坝河槽段坝基存在中细砂层含水层，水库初始施工时未作彻底清除及地基处理，现存在渗漏破坏问题，采用高压旋喷灌浆处理方案。

2.设计对台地段及副坝均质土坝坝体原施工时填筑质量差，压实度低，坝体存在局部散浸及渗漏现象，采用水泥土深层搅拌桩处理方案。

三、高压旋喷灌浆及水泥土搅拌桩施工

（一）高压旋喷灌浆工程施工

1.施工准备

本工程高压旋喷灌浆施工场地位于大坝坝轴线段，施工前先清除桩位处砌石等，并填筑钻机平台，设置排浆沟和集浆池，做好回浆排放和环境保护措施。

2.主要施工设备

钻孔设备采用两台300型地质钻孔和造孔，灌浆采用一台高喷台车、一台高压清水泵、一台空压机和一台灌浆泵组成一套高喷设备进行施工。

3.施工程序

高压旋喷灌浆分三序孔进行，施工程序为：施工临建（包括水管、电缆铺设、排污系统和制浆站建造），高喷灌浆实验，高喷钻孔，高喷灌浆和墙体实验。

（1）现场高压喷射注浆实验。在现场高压喷射注浆作业前，首先在水库大坝下游主河槽段，地质条件具有代表性区段，按设计和室内试验选定的配合比进行了高压喷射注浆的围井工艺试验，以调整喷射流量、压力、旋速和提升速度等工艺参数。实验结束后，结合注水试验、开挖检查、取芯资料、灌浆记录和测试成果等综合评定围井实验参数是否合理，确定高喷灌浆参数，并将实验结果提交监理人，以便监理人对高喷灌浆质量的控制。

（2）钻孔。钻孔机械采用两台300型地质钻孔造孔，均质梆黏土层采用泥浆钻进，坝体黏土适合自然造孔，冲洗液采用清水冲洗，造孔方式以不破坏坝体黏土结构为原则，砂砾石层采用合金牙轮钻进，泥浆护壁基岩段，造孔采用硬质合金回转钻进方法。钻孔孔径、孔斜度、钻孔深度严格按行业规范和设计要求进行控制，如孔斜偏差不满足规范要求，及时采用有效的纠偏措施，直至达到规范要求。

（3）制浆。制浆材料采用PO42.5普通硅酸盐水泥，水泥严格按设训要求称重，误差不大于5%，水泥浆搅拌时间使用高速搅拌机不少于30s，自制备至用完的时间不大于4h，使浆液达到搅拌均匀，在筛后使用并及时检测密度，浆液温度保持在5℃～400℃，并做好记录。

（4）高压旋喷灌浆。钻孔和浆液经监理人检验合格后，进入灌浆作业。首先高喷台车就位，进行调平、支撑点垫实、垫稳，全面检查喷浆设备是否完好，各种管道是否畅通，下管时将喷头进行密封，以防浆、气、水管道堵塞，下到设计深度后，按浆、气、水顺序依次进入，各种参数达到设计要求和孔口返浆正常后，再按要求进行正常提升喷射。施工采用三重管法自下而上实施。三重管即以浆、气、水3种介质同时作用于砂砾地层，使浆液与地层颗粒成分混合、搅拌、置换、充填、渗透形成固结体防渗墙。

（二）水泥土搅拌桩工程施工

1.施工准备

（1）搅拌桩施工现场首先进行平整、清除桩基处地上、地下一切障碍。

（2）损胖桩水泥选用PO42.5普通硅酸盐袋装水泥，以便于日量。

（3）水泥搅拌桩机械配备电脑记录仪及打印设备，以便了解和控制水泥浆用量及喷浆均匀程度，监理工程师每天收集电脑记录一次。

（4）施工机械必须具备良好的稳定性能，钻机开钻之前，由监理工程师和项目经理部质检员组织检查验收合格后方可开钻。

2.施工工艺流程

桩位放样→钻机就位→检验、调整钻机→正循环钻进至设计深度→打开高压注浆泵→反循环提钻并喷水泥浆→至工作基准面以下0.3～0.5m→重复搅拌下钻并喷水泥浆至设计深度→反循环提钻至地表→施工下一根桩。

3.施工质量控制

（1）控制水泥搅拌桩桩体垂直度符合设计和规范要求。

（2）按照设训要求，水泥搅拌配合比为0.45～0.5，水泥掺量12%，每米搅灰量46.25kg，高效减水剂0.5%。

（3）对每根成型的搅拌桩质量检查重点是水泥用量，水泥浆拌制灌数，压浆过程中是否有断浆现象，喷浆搅拌提升时间及复搅次数。

4.质量检验

（1）触探实验。水泥搅拌桩成桩7天后，采用轻便触探法检验搅拌桩均匀性，用轻便触探器中附带的勺钻，在搅拌桩身中心钻孔，取出桩芯，观察其颜色是否一致，是否存在水泥富集的“结核”或未被搅均匀的土团。水泥搅拌桩28天后，用钻孔取芯法检验其完整性，桩土搅拌均匀程度及桩的施工长度。每根桩取出的芯样由监理工程师现场指定相对均匀部位送检测中心实验室，28d龄期的无侧限抗压强度试验，并留一组试件做3个月龄期的无侧限抗压试验，以测定桩身强度。钻孔取芯频率为7%，经检验全部合格。

（2）外观鉴定。经现场外观检查：桩体圆匀，无缩颈和回陷现象；搅拌均勻，凝体无松散。

四、效果分析

（一）主坝河槽段坝基存在中细沙层含水层，原主坝施工时未彻底清理和处理，存在渗漏破坏问题，经过高压旋喷灌浆加固措施，也得到了有效解决。

（二）台地段及副坝段均质坝坝体，原施工时土方填筑质量差，压实度低，坝体存在散浸及渗水现象。经过水泥土深层搅拌桩加固措施，有效处理了坝体的散浸和渗水问题。