浅析旋喷桩在组合帷幕防渗截水中的应用

  作者：张毅

1工程概况

    大伙房水库输水工程主体为一长大输水隧洞．该工程为其浅埋暗挖隧洞施工的一个前序工程，由于该浅埋隧洞进洞口附近道路及高压线路复杂，相互交错，为不影响高压线路及所有道路的正常通行，决定进洞方案为垂直明挖一段基槽，然后采取暗挖进洞。其中明槽开挖长60m，宽8m，深2.2~12. 6m。

    该明槽段地层自上而下依次为：@第四系冲洪积粉质黏土，灰褐色，可塑，稍湿~湿，层厚0.3~1. Im，渗透系数1.1×10-61n／S，微透水；b第四系冲洪积圆砾层，浅黄色~杂色，湿，稍密，局部松散，粒径2～20mm，最大60mm，层厚2.9~3.4m，渗透系数3.6cm/s，强透水；c凝灰岩，岩石强度低，为较软岩，全风化~强风化．节理发育，多平直光滑，无充填，岩体较破碎~破碎，弱透水：

    由于该段明槽一侧紧邻河流，另外一侧为水田地，因此水源补给丰富，为减少施工的抽排水费用，保证地表水环境，同时保证明槽直立开挖时的渗透稳定性，必须采取防渗截水措施。

2  防渗截水方案

    根据工程的水文地质条件、工程地质条件及施工条件等，选取支护结构以及与其结合的防渗截水帷幕。由于明槽的开挖深度为2.2~ 12. 6m，入岩深度为1.5~9. 0m，施工桩工程量较少，同时为了保证明槽的稳定，支护考虑采用最普遍使用的钻孔灌注桩，然后在桩顶部设置钢筋混凝土构造冠梁。通过嵌固稳定性及整体滑动稳定性验算，设计采用单排φ800@ 2000钻孔灌注桩，桩底插入坑底以下1.5~ 3m，且最小入岩深度不少于1m。由于中间强透水层为圆砾层，因此可以直接考虑采用旋喷桩作为防渗截水帷幕；坑底凝灰岩为弱透水，可看作含水层，因而采用悬挂式帷幕，设计采用单排(b800@ 700旋喷桩；旋喷桩深度到达强风化岩层岩面，为确保防渗效果，要求旋喷桩间及旋喷桩与钻

孔灌注桩间搭接宽度不小于200mm，中心偏位不超过50mm，桩垂直偏差不超过1/200。

    采用钻孔灌注桩和旋喷桩相互咬合的防渗截水帷幕沿明槽周边闭合布置，其具体布置见图1。

    因为强透水圆砾层稍密实，因此旋喷桩选取较小的提升速度和较大的喷浆压力，提升速度15 cm/min，喷浆压力30MPa，风压0.8MPa，风量lm3／min，浆液比重1.4。

3  旋喷桩施工要点

3.1施工原理

    旋喷桩是利用钻机把注浆管钻进至土层中的某一预定位置后，通过钻杆底部的喷射装置，先后将高压水、水泥浆和压缩空气，高速水平向四周喷入土体，借助流体的冲击力切削土层，使喷流射程内土体遭受破坏，与此同时钻杆以一定的速度旋转、低速徐徐提升，使土体与水泥浆充分搅拌混合，胶结硬化后即在钻孔附近地基中形成直径均匀、具有一定强度的圆柱体，从而使此部分地基得到加固，透水性降低，效果好时可达到不透水。

3.2施工工艺

    该工程旋喷灌浆方法采用两管法施工工艺，设备上采用两管作业高喷台车。高压旋喷灌浆分钻孔和旋喷灌浆两道工序。采用逐序加密的原则进行灌注，先施工一序孔，后施工二序孔。分序目的是避免喷射时造成相邻钻孔塌孔和串浆。首先要进行一序孔的施工，迁移高喷台车至已钻完的一序孔上就位，经定位、下管、试喷、提升、补浆等一系列工序，完成该孔的喷射灌浆工作。然后将高喷台车上部底盘转动一个角度，进行另一个钻孔的喷射灌浆工作。这样可以保证高喷台车每迁移一个工作位置就可完成一组孔的喷射灌浆工作。

具体钻孔灌浆施工工艺流程见图2。

3.3现场施工方法

3.3.1  钻孔

    钻孔时先使钻机对准孔位，用水平尺使机身水平，衬垫稳牢，垫平机架，钻孔施工平台必须牢固，钻机安装周正、稳固，不使用短钻具，要精心操作。现场钻孔采用φ126mm，按规范，孔位偏差不大于Scm，孔斜率不大于1%。钻孔深度按防渗帷幕设计要求，同时超过设计灌浆深度0. 3m。成孔采用泥浆循环、护壁、携渣的方法，钻孔护壁泥浆的比重取1.2~1.4。

    旋喷桩成孔工序及旋喷桩喷射工序现场执行隔孔施工，避免互相干扰或塌孔串浆。

3.3.2灌浆工序

3.3.2.1下喷射管

    将喷射管下放到设计深度后，定准喷射方向和摆动角度（根据设计而定），确保凝结体有效连结。为防止喷嘴堵塞，采取边低压送浆、气，边下管的方法，水压力不超过1MPa，在压力过高情况下，易引起钻孔孔壁坍塌，因此须保持规定的压力。

3.3.2.2喷射灌浆

    喷射管下到设计深度以后，输入合乎要求的高压泥浆、气，喷射1~ 3min。待注入浆液冒出后，按照预定的提升、旋转及摆动速度自下而上进行喷射、摆动工作，提升喷射管，直到设计高度，然后停止送浆、气，提出喷射管，停止喷射的位置高于帷幕设计顶面1m。

    灌浆过程中冒浆量小于注浆量的20%为正常现象，超过25%或完全不冒浆时，应原地注浆待正常后方可提升浆管。高喷作业过程中．应经常检查技术参数，并经常测试进浆和回浆比重，孔口回浆比重要求大于1. 25。

3.3.2.3  清洗及充填工作

    当喷浆工作喷射到设计高度后，喷射完毕，及时将各种管路冲洗干净，不允许留有残渣，以防堵塞，尤其是喷浆系统管路更为重要，通常是把浆液换成水进行连续冲洗，直到管路中出现清水为止。

    喷射注浆的施工作业顺序应采用隔孔分序的方式，相邻钻孔喷射注浆的时间间隔不宜小于24h。

3.3.2.4特殊情况处理施工注意事项

    a．浆孔附近地面冒浆处理。采取降压、变稠、限流措施，必要时停灌间歇，对漏浆部位进行嵌缝封堵。

    b．串浆孑L处理。被串浆钻孔正在钻孔时，应立即停止其钻孔工作。若串浆量不大，可在灌浆的同时，在被串孔中通入水流，以防止串浆浆液堵塞。若串浆量较大，将被串孔堵塞，则待灌浆结束后，对被串钻孔进行扫孔处理，然后继续灌浆。

    c．灌浆中断处理。在喷射过程中，接、卸可换管及事故处理后再下灌浆管时，要比原停喷高度下落50cm以上，以使灌浆板墙上下维持连贯性。

    d．因该工程采用与钻孔灌注桩相互咬合的高压喷射注浆截水帷幕，要先进行钻孔灌注桩施工，然后再进行高压喷射注浆施工。

    e．高压喷射注浆时，要由下而上均匀喷射浆液，要求停止喷射注浆的位置宜高于帷幕设计顶面标高1m。

    f．喷射注浆时，当孔口的返浆量大于注浆量的20%时，可采用提高喷射压力、增加提升速度等措施；当浆液渗漏而出现孔口不返浆的情况时，应在漏浆部位停止提升注浆管进行喷射注浆，并同时采用从孔口填人中粗砂、掺人速凝剂的注浆液等措施，直至出现孔口返浆；当浆液析水、液面下降时，应进行补浆。

    g．当喷射注浆工作因故中途停止喷射后，继续注浆时应与停喷前的注浆体进行搭接，其搭接有效宽度不应小于50cm。

    高压旋喷施工尚应符合现行行业标准《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012）的有关规定。

4  防渗截水效果分析

    组合防渗截水帷幕可以在基坑开挖时，检测水泥土固结体尺寸、搭接宽度等，其质量可以通过开挖后的截水效果进行判断。该段帷幕可以直接在开挖过程中对槽壁进行观察。通过观察，发现旋喷桩之间及旋喷桩与钻孔灌注桩之间结合紧密，并与土融为一体，且表皮呈水泥灰色。明槽开挖过程中坑内积水通过水泵排除，同时槽壁无大面积渗漏水现象出现，局部渗漏点可通过引排或堵漏处理就能解决。通过基坑外侧设置的地下水位观测孔观测，发现地下水位未出现较大的下降。

5结语

钻孔灌注桩与旋喷桩相互咬合式的组合帷幕，不仅较好地起到了防渗截水作用，同时钻孔灌注桩对直立开挖体有一定的支撑作用，尤其在场地限制的情况下，它是一种比较适合的施工方法二组合帷幕在该段垂直明槽开挖中起到了较好的防渗截水效果，为其他类似工程提供了借鉴经验。

6【摘  要】  本文以大伙房水库输水工程中一垂直开挖明槽工程为例，介绍由钻孔灌注桩和旋喷桩相互咬合式的组合帷幕在明槽防渗截水中的应用，着重介绍旋喷桩的设计、施工原理、施工工艺及防渗效果分析，为类似工程提供参考。