高压旋喷桩技术在岸坡防渗工程中的应用

傅俊梅

（安徽省长江河道工程有限责任公司，安徽 芜湖 241002）

岸坡工程常常受到地质和水文等多方面复杂因素的影响，特别是临江临河等岸坡工程，面临着防洪、岩土条件复杂等挑战[1-2]。这些因素不仅对岸坡的稳定性提出了更高的要求，同时也使岸坡防渗加固工程施工更加复杂。为解决岸坡工程中可能出现的不均匀沉降等问题，需要采用先进、成熟和高效率的施工技术，确保工程的稳定性和可持续性[3-4]。

高压旋喷桩技术是一种地基加固方法，它通过高压旋转的喷嘴将水泥浆喷入设计深度的钻孔与土体混合，并按照一定的施工设计速度将钻杆螺旋上升，进一步利用高压泵压缩空气，借助高压空气流冲击岩土体直至破碎。破碎的岩土体和水泥浆胶结硬化后，形成连续搭接的水泥加固体，从而增强地基的承载能力和稳定性。高压旋喷施工器具包括钻机、高压泵以及砂浆喷射装置等，优点是施工机具设备轻便、施工移动简便、施工材料来源广泛等。高压旋喷桩技术适用于处理多种类型的土质，如淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、沙土、人工填土和碎石土等。作为一种成熟的施工工艺，高压旋喷桩为岸坡防渗加固提供了一种理想的解决方案[5-8]。

1 二管法高压旋喷桩技术方法

1.1 加固原理

二重管喷射法使用内外两层管道，内管输送高压水射流，外管用于注浆。通过内外管的相对运动，实现土体的切割和混合，并注入水泥浆液固化。在喷浆管道底部侧面安装同轴双重喷嘴，采用20MPa的高压泥浆泵和0.7MPa 空压机压缩空气辅助喷射砂浆，在土体中形成柱状固结体，详见图1。

图1 二管法高压旋喷桩示意图

1.2 成桩机理

为了深入了解高压脉动喷射技术在防渗工程中的成桩机理，本研究从切割、搅拌、置换、渗透固结和压密等五个方面展开探讨，具体如下。

1）切割作用：高压脉动喷射流以脉冲形式冲击土体，形成空穴并导致裂隙扩展。

2）搅拌作用：钻杆在旋转提升时，射流形成的空隙通过喷射压力促使土粒朝相反方向移动，与浆液混合生成新结构。

3）置换作用：压缩气体将土粒冲至地表，空隙由水泥浆液填充。

4）渗透固结作用：高压喷射的砂浆填充冲击破碎的岩土空隙，胶结硬化后渗入砂层形成固结体。

5）压密作用：高压泥浆泵的喷射流冲击力在切割破碎岩土体时，边缘残余压力具有一定的压密作用，使得喷射出来的砂浆与岩土体混合后能压缩紧密。

1.3 单桩喷浆量

为合理安排工程材料，需严格计算施工计划内喷浆总量，根据喷量法可以计算单桩喷浆量，其公式为：

式中，Q 为喷浆量（m3），H 为喷射长度（m），V为提升速度（m/min），q 为单位时间喷浆量（m3/min），β为损失系数。

2 工程施工流程

为了保证工程施工进度和质量，需严格按照技术流程标准进行施工喷浆，具体施工流程为：测放孔位→钻机就位、调平→钻孔→高压喷射注浆（钻至设计标高）→旋喷成桩（提管）→喷射结束→单桩施工完毕→回灌、封孔→移位、旋喷成墙。

2.1 孔位测量与标定

使用全站仪根据控制点和设计孔位布置，确定高压旋喷桩的轴线。在孔位上安装钢筋头确保稳固，并在防浪墙上标注孔号和孔序，全程进行统一编号。

2.2 钻机定位与调整

将钻机安装在设计好的孔位上，以确保钻杆能够准确对准孔位中心，孔位偏差在5cm 以内。使用水平尺调整钻机机身的水平度，并在需要的情况下垫平机座，以确保钻杆轴线垂直对准孔位中心。为了维持钻孔的设计垂直度，需要精密控制钻杆垂直度偏差，确保其不超过0.5%。

2.3 钻孔过程

高压旋喷桩的钻孔阶段可以采用机械预钻孔或钻喷一体化机具成孔。采用机械预钻孔时需分孔序施工，而采用一体化机具时可连续进行施工。根据地层和加固深度，可选择螺旋钻头或合金钻头回转钻进。开钻过程中要轻压慢钻，定期使用水平尺检查钻机立轴的垂直度，及时发现并纠正问题。在钻孔施工中，要严格控制孔的垂直度，并按设计要求进行孔斜测量以降低孔斜率。

2.4 浆料制备

按照配合比要求严格制备浆料，确保浆料等材料称量准确，误差控制在5%以内。水泥等固相材料需随时计量。在制浆站需要严格按照水泥浆配置比例，先加水后加水泥，每15～30min 进行一次浆液比重测定，同时确保搅拌时间不少于90s，超过4h将按照要求进行废浆处理。

2.5 注浆

当喷管下达到设计深度后，启动空压机、泥浆泵及其配套设备，调整各工艺参数至设计要求。静喷1～3min，待孔内浆液冒出孔口后，以10～20cm/min的提升速度和15r/min的旋转速度完成整个喷射过程。喷浆过程若有中断，进行复喷时喷管须下沉至停喷点以下至少0.2m，缓慢喷射浆液并提升喷管。

2.6 冲洗

当喷管提升到预定高程后，及时冲洗注浆泵和输送管道。

2.7 回灌与封孔

考虑到浆液凝固收缩会引起加固体基础脱空，可采用超高喷射、冒浆回灌或二次注浆等措施，直至浆面不再下沉。

3 实例分析

3.1 工程概况

芜湖长江LNG 内河接收（转运）站项目的防洪影响处理工程位于芜湖市三山区。工程内容主要包括引桥及道路与堤防的衔接工程、堤防加固工程、岸坡防护工程、近堤段桩基周边与陆域管道敷设段防渗处理工程、堤防及岸坡安全监测等。

3.2 高压旋喷桩截渗工程设计

根据工程施工的总体规划，对迎水侧堤脚位置采用高压旋喷桩截渗墙的方式防渗，高压旋喷桩截渗墙设计长度983.3m，距离堤脚1.5m，桩径0.8m，搭接0.3m，顶部开挖1m 深度回填粘土，粘土压实系数不小于0.93，共设计1966 根旋喷桩，单桩长度25m，总长度49150m，平面布置和断面如图2 和图3 所示。

图2 平面布置图

图3 断面示意图

施工过程采用LPB-II 型和MDL-150D 型高压旋喷桩机及包含有高压注浆泵、空压机和泥浆泵的灰浆搅拌系统，其设计参数如表1 所示。

表1 高压旋喷灌浆参数表

依据上述高压旋喷灌浆参数表和计算公式（1），可知单桩喷浆量为9.625m3，据此计算单根桩水泥用量，按照水灰比（重量比）为1∶1的配比，水泥的密度在1.35～1.5g/cm3之间，通过1∶1 现场试配后，用比重计测量水泥浆的密度为1.35g/cm3，单根桩的水泥掺入量为9.625m3×1.35t/m3/2=6.50t，每米水泥用量为6.5t/25=260kg。

3.3 防渗质量保证

为确保岸坡防渗工程质量，施工前必须对水泥、水、外掺剂等材料进行质量检验，验证高压喷射设备的性能，并对压力表、流量表进行检定或校准。施工过程中，需定期检查压力、水泥浆量、提升速度、旋转速度、下管深度等参数，同时核实施工程序的执行情况。施工结束后，对桩体强度、平均直径以及单桩与复合地基的承载力等进行检验。

高压旋喷桩的防渗技术质量检查必须按照工程类型和深度，采用围井、钻洞或其他合适的方式加以检测。检测任务应当优先布置在地层复杂、渗漏强烈、可能出现工程质量问题的地方，并在随机确定的位置实施抽查，以保证全面检测墙体工程质量。

1）室内试验

一是进行浆液配比试验；二是进行物理学性能测定。

2）开挖检查

完成现场喷射施工后，一旦凝结体达到一定强度，即可进行开挖检查。每500m的距离应设置一处开挖检查点，每个检查点的长度为35m，深度为2.54m。合格标准包括确保成墙墙体连接牢固可靠，同时满足墙体的规定厚度要求。这样的检查流程能够有效验证喷射施工的质量，确保凝结体的结构完整性和符合设计规范。

3）钻孔方法检查

墙体钻孔检查宜在该部位高喷灌浆结束28 天后进行。每个单元工程布置1 个检查孔，检查孔孔位宜布置在墙体中心线上，取全孔注水和压水试验进行评定。钻孔深度宜小于板墙深度1～2m。钻孔取芯做芯样柱状图，芯样完整，喷浆均匀，强度均匀。

4）低应变检测

通过应用稳态激振原理，对桩顶进行轻微振动，随后记录并绘制桩顶速度时程曲线。在对波动情况进行详尽分析后，最终评估旋喷桩的完整性。为了充分了解结构状况，随机选取60 根旋喷桩进行低应变检测，并将检测结果汇总如表2 所示。

表2 低应变检测结果表

根据表2 可知，随机抽检的60 根旋喷桩中，Ⅰ级和Ⅱ级分别占比96.7%和3.3%，该结果表明高压旋喷桩施工质量达到设计标准。

4 结束语

二管法高压旋喷桩技术作为一种高效率、低污染的岸坡防渗加固施工技术，能够有效实现岸坡防渗加固，解决岸坡工程不均匀沉降问题。芜湖长江LNG 内河接收站项目防洪影响处理工程高压旋喷桩施工完成后，经过现场检测、室内分析等技术检验，整体防渗结构完整，承载力和稳定性明显提高。该技术可为类似岸坡工程提供高效可行的解决方案