熊志平 程 旭 李志強(qiáng)

(湖北盛達(dá)泰水利水電工程有限公司，湖北 武漢 430060)

高壓噴射灌漿在水電水利行業(yè)中除應(yīng)用于地基加固外，更廣泛地應(yīng)用于水工建筑物的防滲工程中。與一般的地基加固相比較，建造高壓噴射灌漿防滲墻有不同的特點(diǎn)與要求。由湖北盛達(dá)泰水利水電工程有限公司承建的湖北省漢江堤防加固重點(diǎn)工程(府澴河段)第三標(biāo)段堤身砂卵(礫)石基礎(chǔ)防滲處理工程采用了二重管高壓噴射注漿施工技術(shù)，施工質(zhì)量得到了保證。

1 工程概況

湖北省漢江堤防加固重點(diǎn)工程(府澴河段)第三標(biāo)段位于湖北省孝感市孝南區(qū)府澴河澴右堤，深層水泥土攪拌樁防滲墻加固堤段總長(zhǎng)5216m，起止樁號(hào)分別為13+984～15+200、15+500～16+600、17+600～20+500，合同工程量78240m2。其中漢十高鐵橋下(澴右15+982～15+950.8段)和110kV高壓線(澴右16+070～16+042.8段)兩處凈空均不能滿(mǎn)足水泥攪拌樁樁機(jī)架設(shè)施工要求，因此上述兩段采用高壓旋噴樁防滲墻施工。涉及區(qū)域地層主要由砂卵(礫)石、壤土、黏土、粉細(xì)砂組成，局部有少量淤泥質(zhì)土。根據(jù)地勘孔地層分布情況和施工技術(shù)對(duì)比，本工程高壓旋噴樁采用砂卵石地基二重管高壓噴射注漿施工技術(shù)，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)選取最優(yōu)參數(shù)組織施工。

2 技術(shù)原理

2.1 高壓噴射灌漿技術(shù)原理

a.高壓噴射灌漿法是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)土層預(yù)定位置，采用高壓設(shè)備使?jié){液或水、空氣成為20～40MPa的高壓射流從噴嘴中噴射出來(lái)，沖切、擾動(dòng)、破壞土體，同時(shí)鉆桿以一定速度逐漸提升，將漿液與土粒強(qiáng)制攪拌混合，漿液凝固后，在土中形成一個(gè)圓柱狀固結(jié)體(即旋噴樁)，達(dá)到加固地基或止水防滲的目的。

b.根據(jù)噴射方法的不同，噴射注漿可分為單管法、二重管法和三重管法。

c.單管法：?jiǎn)螌訃娚涔?，僅噴射水泥漿。

d.二重管法：又稱(chēng)漿液氣體噴射法，是用二重注漿管同時(shí)將高壓水泥漿和空氣兩種介質(zhì)噴射流橫向噴射出，沖擊破壞土體。在高壓漿液和它外圈環(huán)繞氣流的共同作用下，破壞土體的能量顯著增大，最后在土中形成較大的固結(jié)體。

e.三重管法：是一種漿液、水、氣噴射法，使用分別輸送水、氣、漿液三種介質(zhì)的三重注漿管，在以高壓泵等高壓發(fā)生裝置產(chǎn)生的高壓水流周?chē)h(huán)繞一股圓筒狀氣流，進(jìn)行高壓水流噴射流和氣流同軸噴射沖切土體，形成較大的空隙，再由泥漿泵將水泥漿以較低壓力注入被切割、破碎的地基中，噴嘴做旋轉(zhuǎn)和提升運(yùn)動(dòng)，使水泥漿與土混合，在土中凝固，形成較大的固結(jié)體，其加固直徑可達(dá)2m。

f.旋噴樁的直徑參考值參見(jiàn)表1。

表1 旋噴樁的直徑參考值 單位：m

g.通過(guò)對(duì)高壓噴射灌漿技術(shù)原理的分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工中出現(xiàn)的砂卵(礫)石地層易塌孔情況，不宜采用三重管法，即鉆機(jī)鉆孔后拔出鉆桿，再插入旋噴管。相比單重管法、二重管法當(dāng)采用旋噴注漿管進(jìn)行鉆孔作業(yè)時(shí)，鉆孔和插管二道工序可合二為一。當(dāng)?shù)谝浑A段貫入土中時(shí)，可借助噴射管本身的噴射或振動(dòng)貫入，有效解決可能出現(xiàn)的塌孔問(wèn)題。結(jié)合項(xiàng)目設(shè)計(jì)的成樁搭接厚度最小指標(biāo)不小于0.34m,為保證成墻厚度和經(jīng)濟(jì)的合理性，選擇二重管法進(jìn)行施工技術(shù)原理分析并結(jié)合試驗(yàn)論證在傳統(tǒng)工藝上進(jìn)行改良，形成新的施工技術(shù)。

2.2 高壓噴射灌漿(二重管)技術(shù)原理

a.本施工技術(shù)采用二重管法，即通過(guò)帶有噴嘴的注漿管將經(jīng)過(guò)高壓設(shè)備加壓的水泥漿和空氣高壓噴射漿氣流束，送入不同深度的砂卵(礫)石地層，沖擊、切割、破碎土層，由水泥漿置換土顆?；虺涮钌奥咽障?，最后形成直徑600～800mm的固結(jié)體。根據(jù)測(cè)量定位的孔位分序施工，保證一定搭接厚度，使連續(xù)柱狀固結(jié)體形成一道截水幕墻，達(dá)到止水防滲或加固地基的目的。依據(jù)地基及設(shè)計(jì)指標(biāo)，根據(jù)三種不同的壓力，得到符合設(shè)計(jì)要求樁徑的施工參數(shù)。

b.二重管旋噴樁機(jī)水泥漿液射流成孔見(jiàn)圖1。

圖1 二重管旋噴水泥漿液射流成孔示意圖

c.二重管旋噴樁機(jī)注漿施工示意，類(lèi)似圖1。

d.二重管旋噴樁機(jī)分序樁位示意，參見(jiàn)圖2。

圖2 二重管旋噴樁機(jī)分序樁位示意 (單位：mm)

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

3.1.1 高壓旋噴施工工藝流程

高壓旋噴施工工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3 高壓旋噴施工工藝流程

3.1.2 高壓旋噴施工參數(shù)確定

a.高壓旋噴防滲墻施工前期，首先進(jìn)行試驗(yàn)孔施工，試驗(yàn)孔施工主要確定孔深、孔距、氣漿壓力、漿液比重、注漿率、旋轉(zhuǎn)及提升速度，試驗(yàn)孔施工結(jié)束后，進(jìn)行鉆孔取芯、注水試驗(yàn)、壓水試驗(yàn)和開(kāi)挖檢查。計(jì)算出滲透系數(shù)并通過(guò)鉆孔取芯試驗(yàn)得出芯體的抗壓強(qiáng)度，通過(guò)開(kāi)挖實(shí)體檢查旋噴成墻厚度及成墻連續(xù)性。

b.砂卵石層、沙礫石層、砂土層二重管法高壓旋噴防滲墻施工參數(shù)對(duì)照見(jiàn)表2。

表2 砂卵石層、砂礫石層、砂土層二重管高壓旋噴防滲墻施工參數(shù)對(duì)照

3.1.3 高壓旋噴防滲墻施工工藝

本高壓旋噴防滲墻分兩序施工，先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔，相鄰孔施工間隔時(shí)間不少于24h。注漿采用同軸二重管法高壓旋噴灌漿。

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 施工準(zhǔn)備

a.做好技術(shù)交底、安全交底，熟悉施工圖紙、設(shè)計(jì)說(shuō)明和相關(guān)設(shè)計(jì)文件、施工規(guī)范，熟知質(zhì)量要求。

b.對(duì)每一根樁進(jìn)行編號(hào)，測(cè)出樁位處施工前地面高程。

c.現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員及樁機(jī)操作手、其他作業(yè)人員要熟知操作規(guī)程、施工步驟。

d.施工前應(yīng)檢查水泥的質(zhì)量，樁機(jī)、攪拌機(jī)工作性能以及各種計(jì)量設(shè)備完好程度。

3.2.2 技術(shù)準(zhǔn)備

a.孔位測(cè)放：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，孔位中心偏差不得大于50mm，并在導(dǎo)向槽兩側(cè)設(shè)置樁位控制樁，以便施工過(guò)程中校核樁位。

b.下鉆：控制鉆孔的垂直度，高壓噴射臺(tái)車(chē)穩(wěn)固就位后，先測(cè)量機(jī)臺(tái)的水平度再開(kāi)鉆。下鉆的傾斜度不得大于0.5%。

c.旋噴作業(yè)：旋噴管下鉆到預(yù)定深度后立即輸送高壓風(fēng)和水泥漿液，開(kāi)始自下而上旋噴作業(yè)。旋噴過(guò)程中嚴(yán)格控制旋轉(zhuǎn)和提升速度，根據(jù)冒漿情況隨時(shí)調(diào)整。拆卸旋噴管時(shí)動(dòng)作要快，并注意保持不小于0.5m的搭接長(zhǎng)度。

d.水泥漿液的配制：根據(jù)每米有效樁長(zhǎng)需要的水泥和水灰比的要求，一次配制完成一根樁所需的水泥漿液。

e.旋噴樁機(jī)操作員與送漿泵操作員應(yīng)密切配合，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)通報(bào)。

3.2.3 施工要點(diǎn)

a.場(chǎng)地平整壓實(shí)。

b.準(zhǔn)確放樣，按施工軸線開(kāi)挖導(dǎo)向槽。

c.測(cè)量定位。根據(jù)清理出來(lái)的高壓旋噴防滲墻導(dǎo)向槽邊界，結(jié)合防滲墻孔位布置圖，使用鋼卷尺測(cè)放出每個(gè)樁位，并在導(dǎo)向槽兩側(cè)用全站儀設(shè)置控制樁，以便施工過(guò)程中校核樁位。

d.機(jī)具就位。高壓噴射臺(tái)車(chē)到達(dá)指定樁位后，自行將帶有噴嘴的注漿管?chē)娮祛^對(duì)準(zhǔn)孔位中心，樁位對(duì)中誤差不大于50mm,并用水平尺和定位測(cè)錘做水平校正。校正糾偏檢查的同時(shí)，利用垂球(高度不得低于2m)從高壓噴射臺(tái)車(chē)正面和側(cè)面兩個(gè)方向進(jìn)行檢查，使高壓噴射臺(tái)車(chē)底座水平，導(dǎo)向架和注漿管應(yīng)與臺(tái)車(chē)底座垂直，傾斜率小于0.5%，并控制相鄰孔間不出現(xiàn)反向傾斜。

e.鉆孔插管(水泥漿液射流成孔)。高壓噴射臺(tái)車(chē)就位后，啟動(dòng)高壓噴射臺(tái)車(chē)邊旋轉(zhuǎn)邊鉆進(jìn)。為防止泥沙堵塞噴嘴，噴嘴邊射水泥漿液邊插管。水泥漿液壓力，一般地層不超過(guò)2MPa，砂卵石地層不超過(guò)3MPa。注漿管達(dá)到設(shè)計(jì)深度后停止鉆進(jìn)。

f.漿液配置。高壓旋噴樁的漿液采用P·O42.5水泥，水泥漿水灰比1∶1，采用重量稱(chēng)量法配置，稱(chēng)量誤差不大于5%，并用比重計(jì)經(jīng)常檢查漿液比重，誤差不超過(guò)0.1。攪拌漿液時(shí)，先加水，然后加水泥，每次漿液攪拌時(shí)間不得少于2min。水泥漿從攪拌桶倒入儲(chǔ)漿桶時(shí)，通過(guò)濾篩把水泥硬塊剔出。

j.高壓旋噴注漿：

噴射注漿前先檢查高壓設(shè)備和管路系統(tǒng)，設(shè)備的壓力和排量必須滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。各部位密封圈必須良好，各通道和噴嘴內(nèi)不得有雜物，合格后方可噴射注漿。

旋噴作業(yè)系統(tǒng)的各項(xiàng)工藝參數(shù)都必須按照預(yù)先設(shè)定的參數(shù)加以控制，并做好提升(旋轉(zhuǎn))速度、漿量、漿液比重、壓力、異常情況等記錄。

噴射注漿時(shí)，先應(yīng)達(dá)到預(yù)定的噴射壓力，噴漿旋轉(zhuǎn)30s，水泥漿與樁端土充分?jǐn)嚢韬?，再邊噴漿邊勻速旋轉(zhuǎn)提升注漿管，提升速度為10cm/min(砂卵石地基)、20cm/min(砂礫石地基)，至樁頂時(shí)停止噴漿。噴射注漿過(guò)程應(yīng)避免中間停頓或中斷，如因故必須中斷時(shí)，立即查明原因及時(shí)分析解決，中斷時(shí)間超過(guò)30min時(shí)，應(yīng)將噴管提出孔外?；謴?fù)噴射注漿時(shí)，將噴管下到中斷前位置以下0.5m進(jìn)行搭接復(fù)噴，防止固結(jié)體脫節(jié)。

h.高壓旋噴分序施工。高壓旋噴防滲墻分兩序施工，先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔，同時(shí)Ⅰ序、Ⅱ序施工間隔時(shí)間不少于24h。

i.沖洗機(jī)具。噴射施工完成后，應(yīng)把注漿管等機(jī)具設(shè)備用清水沖洗干凈，防止凝固堵塞。

3.2.4 特殊情況處理措施

a.在噴射過(guò)程中，需中途拆卸噴射管時(shí)，搭接段應(yīng)進(jìn)行復(fù)噴，復(fù)噴長(zhǎng)度不得小于0.2m。

b.高壓噴射灌漿過(guò)程中，若孔內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重漏漿，采取如下處理措施：?孔口不返漿時(shí)，應(yīng)立即停止提升；孔口少量返漿時(shí)，應(yīng)降低提升速度；?降低噴射壓力、流量，進(jìn)行原位灌漿；?在漿液中摻入速凝劑；?加大漿液密度或灌注水泥砂漿、水泥黏土漿。

c.鉆進(jìn)暫?；蚪K孔待噴時(shí)，孔口應(yīng)加以保護(hù)。若時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，應(yīng)采取措施防止塌孔。

d.在進(jìn)漿正常的情況下，若孔口回漿密度變小、回漿量增大，應(yīng)降低氣壓并加大進(jìn)漿漿液密度或進(jìn)漿量。

e.高壓噴射灌漿過(guò)程中發(fā)生串漿時(shí)，應(yīng)立即停止灌漿并封堵灌漿孔，先進(jìn)行下一樁體施工，待間隔24h后再進(jìn)行此樁體的施工，施工時(shí)需對(duì)灌漿孔重新掃孔，再進(jìn)行高壓噴射灌漿。

f.如在噴射過(guò)程中遇大塊石層，應(yīng)在正常旋噴的情況下，在塊體另一端的兩側(cè)(或一側(cè)，依鉆孔情況而定)補(bǔ)增噴灌孔以確保搭接，或通過(guò)調(diào)整鄰孔孔距以及相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行處理。

4 材料設(shè)備

4.1 材料性能

滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)采用合格的P·O42.5級(jí)普通硅酸鹽袋裝水泥以便計(jì)量，出廠日期不超過(guò)3個(gè)月。使用前，應(yīng)將水泥的樣品送自檢試驗(yàn)室，合格后方能使用。

4.2 主要設(shè)備

二重管高壓噴射注漿主要設(shè)備詳見(jiàn)表3。

表3 二重管高壓噴射注漿主要設(shè)備

5 質(zhì)量控制

5.1 控制要點(diǎn)

5.1.1 施工技術(shù)準(zhǔn)備

認(rèn)真做好試樁工作，確定合理的砂卵(礫)石層施工技術(shù)參數(shù)、漿液配比和導(dǎo)向槽開(kāi)挖深度。

5.1.2 鉆孔(水泥漿液射流成孔)

施工前，保證高壓噴射臺(tái)車(chē)平穩(wěn)牢固，孔位準(zhǔn)確，噴射管傾斜度不大于0.5%，樁心偏差不大于50mm?？仔币话阋∮?.5%～1.5%的孔深。

5.1.3 灌漿

漿液制備，嚴(yán)格控制按生產(chǎn)性試驗(yàn)確定的水灰比、氣壓和漿液壓力進(jìn)行。在旋噴過(guò)程中，應(yīng)防止泥漿沉淀、濃度降低。

5.1.4 檢查施工記錄

隨時(shí)檢查施工記錄和質(zhì)量檢查記錄表，對(duì)照施工參數(shù)和技術(shù)要求對(duì)每根樁進(jìn)行質(zhì)量檢查控制。現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員準(zhǔn)確記錄施工數(shù)據(jù)和質(zhì)量檢驗(yàn)表。

5.2 質(zhì)量驗(yàn)收

對(duì)高壓噴射防滲墻固結(jié)樁墻體的質(zhì)量檢驗(yàn)可采用開(kāi)挖檢查、鉆取巖芯、壓(注)水試驗(yàn)等多種方法進(jìn)行。質(zhì)量檢驗(yàn)一般在高壓噴射工作結(jié)束后28天進(jìn)行。根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果采取適當(dāng)措施保證成樁墻體的質(zhì)量。

6 安全措施

制定安全生產(chǎn)責(zé)任制度，并在醒目處張掛安全示意牌。安全員專(zhuān)職負(fù)責(zé)安全生產(chǎn)工作。實(shí)行安全交底制度，正確使用個(gè)人防護(hù)用品和安全防護(hù)措施。施工用電必須符合《施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ 46—2005)的要求。高壓噴射臺(tái)車(chē)由專(zhuān)人管理、專(zhuān)人操作，嚴(yán)格遵守《建筑機(jī)械使用安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ 33—2012)。

7 環(huán)境保護(hù)

嚴(yán)格執(zhí)行環(huán)境管理體系標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)宣傳、教育，建立完善的環(huán)保施工紀(jì)律。對(duì)水泥、石灰細(xì)顆粒散體材料遮蓋存放；注重施工現(xiàn)場(chǎng)的衛(wèi)生；充分利用返漿、控制水泥漿液的拌和量，降低對(duì)環(huán)境的污染。

8 工程效果

8.1 經(jīng)濟(jì)效益

湖北省漢江堤防加固重點(diǎn)工程(府澴河段)第三標(biāo)段高壓旋噴樁經(jīng)濟(jì)效益分析見(jiàn)表4。

表4 常規(guī)工藝與本施工技術(shù)造價(jià)對(duì)比表

經(jīng)測(cè)算，采用本施工技術(shù)施工的高壓旋噴樁防滲墻比常規(guī)高壓旋噴樁防滲墻施工節(jié)約工程造價(jià)18.24萬(wàn)元，節(jié)省造價(jià)比例18.2%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

8.2 社會(huì)效益

采用本施工技術(shù)解決了砂卵(礫)石地層高壓噴射灌漿成孔后易塌孔、縮孔的難題，取消了護(hù)壁成孔，減少了鉆機(jī)設(shè)備及護(hù)壁材料的投入，簡(jiǎn)化了施工工序，加快了施工速度，縮短了施工工期，優(yōu)化了施工方法，降低了施工成本。

8.3 節(jié)能環(huán)保

a.減少了鉆孔設(shè)備及護(hù)壁材料的投入，減少了資源的消耗和施工設(shè)備噪聲污染，以及廢棄水泥漿可能帶來(lái)的環(huán)境污染，節(jié)能環(huán)保效益顯著。

b.采用水泥漿液射流成孔，縮短了高壓旋噴成樁時(shí)間，加快了施工進(jìn)度，從而對(duì)建設(shè)施工區(qū)周?chē)h(huán)境影響時(shí)間縮短。

9 結(jié) 論

a.本施工技術(shù)主要適用于砂卵石、砂類(lèi)土、黏性土、黃土和淤泥等各種土層，尤其適用于卵(礫)石含量小于60%、粒徑小于50mm的砂卵(礫)石地層。對(duì)于易塌孔的砂卵(礫)石地層、上部空間受限制、不具備大型設(shè)備和工作條件的防滲墻工程本施工技術(shù)普遍適用。

b.本施工技術(shù)有效解決了鉆機(jī)在砂卵石、砂礫層成孔過(guò)程易塌孔問(wèn)題，減少了成孔工藝流程，減小了施工難度，加快了施工進(jìn)度，經(jīng)濟(jì)效益顯著。同時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度低，施工程序簡(jiǎn)單，安全系數(shù)高，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能環(huán)保顯著，具有廣闊的實(shí)用前景。