李龍泉

(遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006)

水利工程是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重要基礎(chǔ)設(shè)施，而對(duì)水利工程的治理維護(hù)是延長(zhǎng)工程壽命，保證工程穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵所在。因此，近年來(lái)很多施工技術(shù)也伴隨著經(jīng)驗(yàn)積累與科技進(jìn)步而不斷地成熟，廣泛應(yīng)用于水利工程實(shí)踐。高壓旋噴樁防滲墻由于其強(qiáng)度高，滲透系數(shù)低，因此該技術(shù)除了是一種良好的地基加固措施外，還是一種良好的防滲止水措施，具有“施工快，成本低”加固效果良好等特點(diǎn)，在水利治理工程中得到了廣泛應(yīng)用。基于此，筆者結(jié)合工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，就高壓旋噴樁在水利治理工程中的應(yīng)用問(wèn)題作如下探討。

1 工程概況

串場(chǎng)河，全長(zhǎng)172 km，設(shè)計(jì)堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)均為20年一遇，防洪堤堤頂寬8 m，堤防迎水側(cè)采用坡比1:3至灘地，背水坡坡比為1:1.5，(堤防典型斷面詳見(jiàn)下圖1)。

圖1 堤防典型斷面圖

工程所在地地層主要以第四系全新統(tǒng)河流沖洪積(alplQ4)砂礫卵石為主，灰黃色。砂礫卵石粒徑一般為2～8 cm，局部大于10 cm，成分主要為弱風(fēng)化的熔結(jié)凝灰?guī)r，礫石表面強(qiáng)風(fēng)化;礫卵石含量一般70% ～90%，砂含量一般10%～20%，含泥量一般小于5%。圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)表明，在勘探深度內(nèi)，N63.5=8擊～13擊，為稍密 ～中密砂礫卵石。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)砂礫卵石注水試驗(yàn)和抽水試驗(yàn)，砂礫卵石滲透系數(shù)k=5.87E －03cm/s～8.90E －02cm/s，屬中等 ～ 強(qiáng)透水性，局部靠近地表滲透系數(shù) 1.34E－01cm/s～2.50E－01cm/s，屬?gòu)?qiáng)透水性。

2 堤基防滲處理設(shè)計(jì)

根據(jù)地質(zhì)勘察成果，砂礫卵石的滲透破壞形式以管涌為主。本工程防止管涌破壞采取截水防滲措施，堤基防滲處理設(shè)計(jì)采用高壓旋噴防滲墻，堤身防滲采用垂直向鋪設(shè)復(fù)合土工布。

高壓旋噴灌漿孔直徑100 cm，間距80 cm，深度深入于相對(duì)不透水層(滲透系數(shù)5E－03cm/s)以下1 m，根據(jù)地質(zhì)勘察成果，防滲墻深度不小于8 m。高壓旋噴樁材料采用32.5普通硅酸鹽水泥，水灰比1:1。

經(jīng)試樁試驗(yàn)確定高壓旋噴樁施工參數(shù):水壓力32～45 MPa，流量 70 ～80 L/min;氣壓力 0.6 ～0.8 MPa，流量 0.8 ～1.2 m3/min;漿液壓力 0.2 ～1.0 MPa，噴漿液流量 60 ～80 L/min，旋噴灌漿時(shí)提速8～10 cm/min。成樁一個(gè)星期后進(jìn)行開(kāi)挖質(zhì)量檢測(cè)，以確認(rèn)成墻厚度以漿液充填飽滿(mǎn)度。從揭露出的墻體面看，砂卵石間隙漿液填充飽滿(mǎn)，樁間銜結(jié)緊密，無(wú)樁間間隙現(xiàn)象，樁體成墻連續(xù)性良好，量測(cè)墻體厚度大于90 cm，符合設(shè)計(jì)要求。

3 高壓旋噴樁的施工過(guò)程及質(zhì)量控制

3.1 施工基本原理及工藝分析

高壓旋噴樁的主要施工技術(shù)就是三管法旋噴，這是一種結(jié)合水、氣噴射以及漿液灌注噴射方法。也就是說(shuō)使用三層噴射管讓水和氣高壓橫向噴射而出，并對(duì)地基徒弟進(jìn)行切割，然后借助空氣的升力將碎土排除，與此同時(shí)另一個(gè)噴嘴則將水泥砂漿通過(guò)低壓力將其噴射注入到攪拌或者是切割的地基中。從而讓水泥漿和土的混合實(shí)現(xiàn)加固。其固化直徑范圍可以在800～2 000 mm。

三管旋噴的順序就是先送高壓水，然后是水泥漿最后是壓縮空氣。在噴射過(guò)程中，只有達(dá)到預(yù)定噴射壓力和噴射量之后再逐漸上升注漿管，上升原則采用分段模式，每段長(zhǎng)度不能夠小于100 mm。直到達(dá)到設(shè)計(jì)高度或者出現(xiàn)溢漿之后，就需要立即停止旋噴，并及時(shí)拔除旋噴管和清洗管路。這種旋噴公益的最大優(yōu)勢(shì)就在于水泥漿能夠和空氣在同一時(shí)間進(jìn)行噴射，因此能夠有效提升噴射距離，增大切屑力，也能夠在噴射的時(shí)候就能夠?qū)U土清楚，從而有效減輕固體單位體積的重量，具體流程如圖2所示。

3.2 高旋噴樁施工

1)施工準(zhǔn)備。重點(diǎn)做好以下幾項(xiàng)工作。(1)場(chǎng)地平整:正式進(jìn)場(chǎng)施工前，清除施工場(chǎng)地地面的障礙物，然后夯實(shí)和整平地面，同時(shí)在相應(yīng)的位置布置相關(guān)施工設(shè)備、電力線(xiàn)路以及輸送管路等。確保施工現(xiàn)場(chǎng)呈現(xiàn)“三通一平”狀態(tài)。(2)樁位放樣:使用全站儀在施工之前對(duì)旋噴樁的施工要點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，做好標(biāo)記，在反復(fù)測(cè)量之后，使用鋼尺以及測(cè)量在實(shí)際地點(diǎn)布置樁位，然后使用竹簽進(jìn)行標(biāo)示，每一樁有一竹簽。而且要確保樁孔中心的位偏不能夠小于50 mm。(3)排污以及灰漿拌制系統(tǒng)的修建:由于在旋噴樁施工中會(huì)有10%～20%的回漿量，這時(shí)候需要將這些廢漿導(dǎo)入到沉淀池，然后再將處理之后的清水排放到相應(yīng)的地方。沉淀作用要納入到污水處理戲中中。另外灰漿攪拌系統(tǒng)要設(shè)置在水泥存儲(chǔ)區(qū)附近，這樣能夠提升工作效率。其主要設(shè)備構(gòu)成主要有拌制設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備以及運(yùn)輸設(shè)備。

圖2 高旋噴樁施工工藝流程圖

2)鉆機(jī)就位。在鉆機(jī)就為之后，需要對(duì)樁機(jī)進(jìn)行調(diào)試，保障水平和對(duì)中以及垂直度，需要讓鉆桿和樁位保持一致，誤差不能夠超過(guò)10 mm。垂直鉆孔的誤差也不能夠超過(guò)0.3%。在鉆孔之前還需要對(duì)空壓機(jī)以及泥漿泵等設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，確保這些設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。另外還要檢驗(yàn)鉆桿長(zhǎng)度，保障鉆桿能夠滿(mǎn)足鉆孔需要。

3)引孔鉆進(jìn)。在施工前，還需要對(duì)地面進(jìn)行試噴工作，在相關(guān)設(shè)備正常運(yùn)作之后引孔鉆進(jìn)。另外在施工中還需要記錄鉆桿節(jié)數(shù)，保障鉆孔深度準(zhǔn)確性。

4)旋噴提升。當(dāng)噴射注漿管插入到設(shè)計(jì)深度之后，就需要接通漿液輸送管，接著使用由下向上旋噴工藝，并將泥漿清理出來(lái)。在噴射過(guò)程中要先升到預(yù)定噴射壓力，然后再逐漸提升旋噴管。為了保障樁底端質(zhì)量，在噴嘴下潛到設(shè)計(jì)深度時(shí)，需要在原位置上旋轉(zhuǎn)10 s左右，等孔口冒漿之后再進(jìn)行旋噴提升。在提升的過(guò)程中，鉆桿要連續(xù)旋轉(zhuǎn)，不能夠中間出現(xiàn)中斷，另外要根據(jù)土層結(jié)構(gòu)適當(dāng)調(diào)整旋噴參數(shù)。

5)鉆機(jī)移位。旋噴達(dá)到了設(shè)計(jì)高度時(shí)需要停止，然后提升鉆頭出孔口，并清洗注漿泵以及輸送管道，并進(jìn)行鉆機(jī)移位。

3.3 高壓旋噴樁質(zhì)量控制

1)施工檢查內(nèi)容。在施工之前要對(duì)機(jī)械設(shè)備和噴射工藝進(jìn)行檢查，檢查的內(nèi)容主要包括下面幾點(diǎn):第一，原材料的檢查，主要涉及的原材料包括了水泥、懸浮劑和速凝劑等。并鑒定拌合用水結(jié)果。第二，漿液配比進(jìn)行檢查，確定是否符合當(dāng)?shù)貙?shí)際土質(zhì)。第三;檢查設(shè)備是否正常，要對(duì)高壓旋噴設(shè)備以及地質(zhì)鉆機(jī)以及高壓泥漿泵等進(jìn)行檢查，要確保鉆桿以及鉆頭和導(dǎo)流器的暢通性。第四，要檢查噴射工藝是否符合地質(zhì)條件，在施工之前要進(jìn)行試噴，試噴數(shù)量不能夠少于2孔，在試噴時(shí)還可以適當(dāng)調(diào)整參數(shù)。第五，在施工前要對(duì)地下障礙情況進(jìn)行排查，并保證鉆進(jìn)和噴射達(dá)到具體要求。第六在施工前要檢查樁位以及流量表等精度和靈敏度。

檢查的重點(diǎn)內(nèi)容主要包括下面幾點(diǎn):(1)鉆桿的垂直度和鉆頭定位;(2)水泥漿液的配比;(3)鉆機(jī)速度和沉鉆速度等;(4)噴射注漿的壓力以及噴漿速度和數(shù)量;(5)孔位冒漿狀態(tài);(6)噴嘴下沉標(biāo)高及分段提升時(shí)的搭接長(zhǎng)度;(7)施工記錄。

2)成樁質(zhì)量檢查。對(duì)噴射施工質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，通常在噴漿結(jié)束1周之后，主要的檢查內(nèi)容為取芯實(shí)驗(yàn)，就是在固結(jié)結(jié)構(gòu)中鉆取巖心，然后再實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)，從而分析成樁的質(zhì)量。

4 施工關(guān)鍵性問(wèn)題解決方案

4.1 鉆孔沉管困難并呈現(xiàn)偏斜、冒漿

出現(xiàn)這種問(wèn)題主要是有下面幾點(diǎn)構(gòu)成:(1)存有地下埋設(shè)物，鉆桿垂直度不夠，且地面不夠平整結(jié)實(shí);(2)注漿量相對(duì)較少;(3)地層中的孔隙較大且不冒漿，或者是冒漿量過(guò)大。這和噴射范圍和注漿量不能夠配比有關(guān)。因此出現(xiàn)鉆孔沉管困難就需要從下面幾個(gè)方面解決:

(1)在放樁位置上進(jìn)行鉆探，如果出現(xiàn)預(yù)埋或者埋設(shè)物要么及時(shí)清除，要么更換鉆樁地點(diǎn)。(2)在噴射注漿之前要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行平整，并保證鉆桿的垂直度。(3)要使用側(cè)口式噴頭，提升噴射能力，有效保障注漿量和實(shí)際需要量向配合，減少冒漿問(wèn)題。(4)要控制水泥漿液的配比，為了規(guī)避冒漿問(wèn)題，還可以在漿液中添加矢量速凝劑。(5)適當(dāng)提升噴射壓力，減小噴嘴孔徑，提升旋轉(zhuǎn)速度。

4.2 固結(jié)體頂部下凹

出現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題的主要原因是在水泥漿液和土進(jìn)行攪拌混合之后，因?yàn)闈{液本身具有的析水效應(yīng)，會(huì)具有一定的收縮作用，因此容易在固結(jié)體頂部出現(xiàn)下陷的問(wèn)題，其下陷深度和土質(zhì)漿液的析水性以及固結(jié)體直徑和長(zhǎng)度等因素相關(guān)。所以在施工時(shí)，需要注意旋噴長(zhǎng)度，要比設(shè)計(jì)長(zhǎng)度要長(zhǎng)0.3～1.0 m，這樣在下陷后，也能夠保持固結(jié)體的平整?；蛘呤窃谙孪莶环€(wěn)時(shí)使用混凝土進(jìn)行填充，或者再次噴射漿液。或者是在旋噴注漿結(jié)束之后，在固結(jié)體的頂部在原位重復(fù)噴一次。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在本次治理工程中，堤基為強(qiáng)滲透性砂礫卵石基礎(chǔ)，采用高壓旋噴樁防滲墻處理措施，延長(zhǎng)滲徑，減小滲透坡降，防滲墻滲透系數(shù)檢測(cè)符合設(shè)計(jì)要求，滲流穩(wěn)定滿(mǎn)足規(guī)范要求。

[1]李力軍，陳小剛.高壓旋噴樁在青草沙取水泵閘工程中的應(yīng)用[J].人民長(zhǎng)江.2009(12).

[2]王存壽.觀(guān)上水庫(kù)大壩混凝土防滲墻施工技術(shù)[J].中國(guó)水利.2014(10).