某水库坝体加固中高压旋喷桩技术措施探讨

摘 要：高压喷射灌浆，是一种采用高压水或高压浆液形成高速喷射流束，冲击、切割、破碎地层土体，并以水泥基质浆液充填、掺混其中，形成桩柱或板墙状的凝结体，用以提高地基防渗或承载能力的施工技术。

关键词：水库；防渗加固；高压旋喷；施工过程

1 工程概况

某水库是一座以灌溉为主，兼有防洪、发电等综合利用的小⑴型水库。现今受水库险情的影响，水库按限制水位运行。水库工程除险加固项目实施后，使水库大坝枢纽工程得到有效加固，延长水库及工程设施的使用寿命，确保下游人民群众生命财产的安全；加固后水库能按正常高水位运行，提高水库的灌溉及发电效益，改善了库区内的经济建设和人民的生活环境。因此具有显著的社会效益和经济效益。因此，对苦竹际水库枢纽工程进行除险加固不仅十分必要，而且十分紧迫。

2 坝体防渗加固措施

根据方案比较，本次坝体防渗加固采用单管高压旋喷桩方案进行处理。

本次高喷防渗墙设计采用单管法高压旋喷桩，设计在迎水坡高程247.0m位置上布置灌浆孔，设计桩径0.6m、桩距0.5m，桩底伸入坝基以下强风化岩下限，并顺坝周边向上延伸到校核洪水位。喷浆压力≥20MPa。根据施工要求，高压旋喷桩施工需要的最小的作业宽度为2m，由于迎水坡高程247.0m处坝坡没有平台，为了方便施工，在坝坡247.0m高程处向外拓宽使平台满足施工要求。

灌浆浆液使用水泥浆，水泥宜使用硅酸盐水泥，不得使用过期的或受潮结块的水泥。浆液水灰比为1.5：1～0.6：1，密度约为1.4g/ cm3～1.5g/cm3，浆量70～100L/min，喷嘴直径为2.0～3.2mm，提升速度12～15cm/min，旋转速度20r/min左右。钻孔孔位偏差不得大于5cm，防渗墙体的孔斜率不大于1%。高压旋喷桩形成的防渗板墙渗透系数K达到1.0×10-6cm/s。

3 施工过程

3.1 施工准备

（1）高压旋喷灌浆前，将施工现场全面规划，开挖排浆沟和集浆池，做好回浆排放和环境保护措施。（2）修筑好设备进出场施工道路。（3）将跟管钻机，高喷台车、制浆设备、高压水泵和空压机等灌浆配套设备运至施工现场组装，确保全部设备处于完好状态，输浆管、水路、气路畅通。

3.2 测量布孔

按照施工图纸规定的桩位进行放样定位。定位桩要妥善保护，钻孔时再次进行校核。

3.3 施工顺序安排

高压旋喷钻孔和高喷均按区分序施工，施工前先对所有孔位进行编号，每排孔位编号自大坝右岸向左岸的顺序进行，每排分2序，1、3、5…奇数孔为Ⅰ序，2、4、6…偶数孔为Ⅱ序，排数自上游向下游进行排序，分别为第1排、第2排…第14排。孔号命名为几排几号孔，比如第1排1号孔简写为GP1-1，钻孔间距≥4～6m，分序进行造孔及旋喷，先Ⅰ序后Ⅱ序进行施工，相邻两个灌浆孔旋喷时间间隔≥24h。

3.4 钻机就位、造孔

钻孔前，埋设孔口管，将钻机按测量定位桩就位、安装，将钻头对准定位桩设计钻孔中心，保证立轴或转盘与孔中心对正，先用水平尺粗略整平、垫平机座和机架；然后在钻孔轴线位置及其垂直方向上各架设一台经纬仪，检查并调整钻杆垂直度，使其钻杆垂直，再一次检查孔位是否正确，使钻尖对中误差不超过20mm。

钻孔过程中，每钻进3～5m检查一次钻杆的垂直度，用水平尺或吊锤校核钻杆的垂直度，有偏差则及时调整钻杆纠偏。终孔后用测斜仪对钻孔进行测斜，控制钻孔垂直偏差不超过1.5%。造孔过程中，若发现孔内异常现象如掉钻、卡钻等，及时采取措施处理，同时应做好记录，详细记录钻孔深度、地层变化、掉钻等。

3.5 浆液配制

灌浆前，要按设计图纸及规范要求进行配比，新三管法采用喷射注浆的水灰比定为：0.8：1～1.0：1。灌浆浆液采用42.5级普通硅酸盐水泥浆，浆液密度1.55～1.62g/cm3。配合比试验测试内容包括：浆液拌制时间、浆液密度等。制浆过程中要随时测量水泥浆比重，若浆液比重偏低，要随即加大水泥用量。按照确定的浆液配比，钻孔终孔前提早一段时间配制浆液，浆液采用高速搅拌机搅拌，拌和时间≥30s，保证浆液搅拌均匀，并不停地搅拌备用。

浆液温度控制在5～40℃之间，浆液存放时间：当环境温度在10℃以下时，不超过5h；当环境温度在10℃以上时，不超过3h，否则按废浆处理。浆液经过滤后使用，防止喷管在喷射过程中堵塞。

3.6 高喷台车就位、地面试喷

钻机成孔后，钻机移位，高喷台车就位。将台车移至成孔处就位后，连接好水、气、浆管，开机在地面试喷，检查喷浆系统和各项指标是否符合要求。

3.7 下喷射管

将旋喷管插至孔底，在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，可边射水、边插管，水压力不超过1MPa，试喷检查喷浆系统运行良好然后开始按旋喷喷浆。

3.8 喷射灌浆

按施工设计的旋喷方法和确定的施工参数送高压水、压缩空气和水泥浆，待泵压、风压、水压达到设计的规定值时，先对孔底进行原位高压旋喷1～3min，待浆液返出孔口且比重达到1.3g/cm3以上后，按设计的提升速度提升喷管喷射，进行自下而上、连续旋喷作业，直至达到设计旋喷体高程后，再原位旋喷1～2min，即可停止供水、送气和浆液，从灌浆孔中抽出喷浆管。喷浆过程中，喷射管提升速度必须连续均匀，喷浆要均匀，

计量要准确，保证水泥的掺入量不少于设计掺量。喷射过程中，要经常检查：风、水和泥浆泵的压力，浆液流量、空压机的风量、钻机的转速、提升速度，以及旋喷角度、耗浆量等，如实记录喷射灌浆的各种施工参数、浆液材料用量、导常情况及处理措施等。

3.9 喷射灌浆过程问题处理

为了保证高压旋喷桩的施工质量，对喷浆过程中出现的异常情况，按下列方法处理：

（1）当测试的进、回浆比重与规定值不符合设计要求时，调整浆液水灰比，直至满足设计要求。（2）在任何情况下断喷（包括拆卸喷管），回复喷射时，应将喷头下放30cm，采用搭接喷射处理后，方可提升喷射管，并记录中断处深度和时间；如中断时间较长（超过4h），不能进行复喷时，应该进行扫孔复喷。（3）在喷射中，如孔口冒浆量超过注浆量的20%时，通过提高灌浆压力或适当加快提升速度及旋转速度以减少冒浆量；如孔口不冒浆时，采取增大注浆量、减慢提升速度等方法，必要时将喷管再下沉0.5～1.0m进行复喷，待孔口返浆正常后，再恢复正常喷射灌浆。（4）高喷灌浆过程中，若孔内发生严重漏浆，可采取以下措施处理：孔口不返浆时，应立即停止提升。孔口少量返浆时应降低提升速度；降低喷射压力、流量，进行原位灌浆；在浆液中添加速凝剂；加大浆液密度或灌注水泥砂浆、水泥粘土浆等；向孔内填入砂、土等堵漏材料。堵漏措施实施后孔口返浆后均应将喷射管下放至原不返浆的最下位再次进行正常旋喷。若以上措施实施后仍不返浆，可以通过控制提升速度和吃浆量进行旋喷灌浆，不返浆时应控制水泥用量≥1000kg/m。（5）在进浆正常的情况下，若孔口回浆密度小，回浆量增大，应降低气压并加大进浆浆液密度或进浆量。（6）高喷灌浆过程中发生窜浆时，应填堵窜浆孔。待高喷灌浆结束，尽快对窜浆孔扫孔，进行高喷灌浆或继续钻进。（7）高喷过程中应采取必要措施保证孔内浆液上返畅通，避免造成地层劈裂或扰动。（8）高喷灌浆结束，应利用回浆或水泥浆及时回灌，直至孔口浆面不下降为止。

3.10 喷射管冲洗

喷射灌浆结束后要及时将灌浆系统的搅拌机、喷浆阀门、喷浆管以及各管路用清水冲洗干净。冲洗时用水进行连续冲洗，直到管路中出现清水为止。

3.11 冒浆静压回灌

高压旋喷作业结束后，要连续将冒浆回灌至孔内，直到孔内浆液面不再下沉、稳定为止。

3.12 封孔

冒浆静压回灌至孔口，直至浆液不再下沉时，用粘土泥团分层回填孔，直至施工平台顶部。

4 结语

（1）高喷灌浆属于地下隐蔽工程，对施工参数必须严格控制才能保证施工质量。其中，高喷管的提升速度、高压水的压力、水泥浆液的比重、回浆量等是高喷施工控制的关键。（2）控制好高喷管的提升速度及充分利用回浆是节约水泥消耗量的关键，在砾石层卵石层中，由于地层的渗透性强，高喷管的提升速度不能太快，一般为7～12cm/s，在没有回浆的地段要停止提升直到有回浆出现。（3）钻孔是影响高喷灌浆施工进度的关键，尤其是在砂卵石层中钻孔，进尺较慢，钻孔护壁难度较大，容易出现塌孔。可考虑使用冲击回转钻进方法提高造孔速度，采用泥粉或纯黏土浓浆进行钻孔护壁。