浅谈高压旋喷桩在水利水电工程上的应用

【摘 要】在水利水电工程施工中，高压旋喷桩技术对处理淤泥质土、粘性土、粉土、沙土以及人工填土等地基有良好的效果，本文接合清远水利枢纽工程施工经验，探讨高压旋喷桩在水利水电工程中的应用。

【关键词】高压旋喷桩；水利水电工程；施工技术

高压旋喷桩系利用高压泵将水泥浆液通过钻杆端头的特制喷头，以高速水平喷入土体，借助液体的冲击力切削土层，同时钻杆一面以一定的速度旋转，一面低速徐徐提升，使土体与水泥浆充分搅拌混合凝固，形成具有一定强度的圆柱固结体，从而使地基得到加固的一种基础处理技术。高压旋喷桩在基础处理上的优势有：可提高地基的抗剪抗压强度；能利用小直径钻孔旋喷成比孔大8～10 倍的大直径固结体；可在不扰动附近土体的情况下对已有建筑物的地基进行处理且不会对建筑物造成破坏；施工噪声低、振动小，设备较简单、轻便，机械化程度高；料源广阔，施工简便。

水利水电工程基本是依水而建，所处地区的地质条件多为淤泥质土、粘性土、粉土以及沙土等承载力较差的地层，高压旋喷桩技术对处理这些地基有着良好的效果。在清远水利枢纽工程中将高压旋喷桩技术主要应用于建筑地基处理和基础防渗，现以枢纽工程的施工经验作以下介绍，供同行参考。

1 建筑地基处理

1.1 工程概况

清远水利枢纽工程位于北江支流大燕河河口上游1km处的北江干流上，坝址河床宽约1550m，坝址地质条件为上部是含泥粉细砂和粉质粘土，厚度为2.0～6.0m，下部为厚9.2～16.4m的砂层，底部为厚7.3～16.4m砂卵砾石层，以下为基岩。

1.2 设计要求及施工参数

为节省投资，设计单位对多个承载力无法达到需要的部位要求进行高压旋喷桩处理，布置形式是基础结构线上位φ1200@900连续性旋喷桩，中间为φ1200@2800、2900间隔型旋喷桩，旋喷桩要求入岩1m，处理后的复合地基承载力特征值大于250kPa，高压旋喷桩水泥土试块28d龄期的抗压强度平均值不小于5MPa。

根据设计高喷施工技术要求，施工单位采用了三重管喷射方式，并将施工技术参数确定为：

（1）水：压力为35～38MPa，流量为70～80L/min；

（2）压缩气：压力为0.7～0.8MPa，流量为0.8～1.2m3/min；

（3）浆液：P.O42.5普硅水泥浆，水灰比为1：1，压力为0.5MPa，流量为80L/min，进浆密度1.5～1.7g/cm3，回浆密度≥1.2g/cm3；

（4）提升速度：6～8cm/min；

（5）旋转速度：8～10rpm。

1.3 施工过程

施工开始前，应先做好施工前准备工作，包括场地平整、测量放样、搭设工作平台和水泥库、开挖冒浆排放沟和集浆坑、对设备进行安装调试等。准备工作完成后，按由外而内、从高到低的顺序分排分序进行施工。具体施工流程如下：

在施工过程中，应注意以下几点：

（1）钻机就位后，用水平尺校正机身，使钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置，以确保钻孔达到设计要求的垂直度；钻孔过程中，随时对钻杆垂直度进行检查，以确保钻孔孔斜率符合

（2）下喷射管前，应进行地面试喷，检查机械及管路运行情况，各项施工参数是否达到设计要求，各种设备是否完好，并调准喷射方向和摆动角度，下高喷管是对喷咀缠透明胶布以防止喷咀堵塞。

（3）水泥浆随配随用，在高喷作业过程中连续不停地搅拌，并控制输浆距离不大于50m；每隔30min测试一次水泥浆的进浆和回浆比重，当浆液比重与规定水灰比的浆液比重值误差超过0.1时，立即停止喷浆作业，重新调整浆液水灰比，然后迅速恢复喷浆作业。

（4）在喷射过程中，如遇到需暂停喷射的情况是，必须在恢复喷射后，将喷杆重新插入已喷桩体内0.6m以上，按设计参数喷射3min后才能继续提升；若在途中将喷杆提出，则须重新洗孔，洗孔深度为停喷高程以下1.5m，重新喷射时喷射管进入停喷高程以下不少于1.0m。

（5）终喷后结合封孔进行静压补浆，直至孔口满浆不再下沉为止。

（6）施工中应做好泥浆和水泥浆返浆的处理，以免对周边环境和河流造成污染。

1.4 特殊情况及处理措施

在高压旋喷桩施工过程中，由于地质情况的不稳定常有影响成桩质量的问题出现，清远水利枢纽工程高压旋喷桩施工过程中在应对这些特殊情况时采取了一系列行之有效的措施进行处理，以下对清远水利枢纽工程施工过程中曾经出现过的问题以及采用的处理方法进行阐述，供各位同行参考：

（1）钻孔过程中遇到特殊地层，出现塌孔现象时，可加大钻孔循环泥浆中膨润土成分，停止钻进，钻具空转，直至循环泥浆恢复正常为止。如塌孔严重或者产生完全无回浆现象时，采用膨润土配置泥浆，静压灌注，直至回浆正常，待凝后进行扫孔，并对该段地层为止、处理方法进行详细记录，施工时，对该段单独处理，减慢提升速度。

（2）在施工中出现喷杆不能达到规定孔深时，应先扫孔至设计孔深再喷灌，或先进行高喷待凝一定时间后，再扫孔补喷未喷灌段。

（3）钻孔过程中遇到块石时，采用硬质合金钻头钻进，并准确记录层位，在高压喷射灌浆中为了防止产生“盲区”，采取以旋喷为主，并在块石体一侧（依钻孔情况定）增补喷浆孔，以确保搭接。

（4）高喷注浆过程中，冒浆量小于注浆量的20%时为正常现象，超过20%或完全不冒浆时，可采取下列措施：

①当地层中有较大空隙引起不冒浆时，可在空隙地段增大注浆量，加大浆液浓度、进行静压灌浆措施。当静压灌浆时间较长（1小时左右）孔口仍不返浆，待凝扫孔复喷，或注入混合浆液（水泥粘土浆、水泥砂浆等），知道孔口返浆正常时开始喷射提升；

②当冒浆量过大时，可通过提高喷射压力或适当缩小喷嘴孔径，或加快旋转和提升速度，减少冒浆量。

（5）高喷注浆过程中，若发现存在流通的地下水，造成高喷无法成桩时，可采用二次喷射的方法，先在用混合浆液对地下水进行封堵，待地下水压力下降后再进行第二次高喷注浆成桩。

1.5 检测成果

高压旋喷桩施工完成达到28d龄期时，自检委托水利部珠江水利委员会基本建设工程质量检测中心进行抽芯检测，检测结果水泥土芯样检测无侧限抗压强度在6.8～8.5MPa之间，满足设计要求（不小于5MPa），对比检测由省质检站进行检测，检测结果合格，高压旋喷桩单桩静载试验，自检委托珠委质检中心检测，检测结果满足设计要求（≥1600KN）。

2 地基防渗

高压旋喷桩除了有对建筑地基的加固作用外，还具有良好的防渗效果。清远水利枢纽工程在进行厂房全年围堰防渗处理的时候就采用了高压旋喷桩技术，经过处理后，围堰内渗水明显减少，达到设计要求的施工条件。对比右岸船闸全年围堰采用的水泥搅拌桩防渗墙效果尤为明显，在破除围堰的过程中发现其高压旋喷桩桩与桩之间搭接良好，而水泥搅拌桩之间不少地方桩与桩之间错开，导致桩间存在大空隙，防渗效果微乎其微，船闸工程施工过程中围堰内渗水严重，导致施工不便的同时也增加了施工成本，对工程建设不利。

3 结束语

综上所述，从清远水利枢纽工程整个的施工经验来看，高压旋喷桩技术在水利工程的地基处理方面有很大的优势。从工程造价和实际效果综合来看，高压旋喷桩在水利工程上的性价比要高于混凝土灌注桩、水泥搅拌桩以及振冲桩，适合在水利工程地基处理上的广泛应用。