土石坝高压旋喷灌浆技术及应用实例

土石坝高压旋喷灌浆技术及应用实例

船坞土石坝围堰高压旋喷灌浆工程通过现场试验确定施工参数，在先进施工设备的保证下，通过控制施工工艺来保证单排桩的良好止水效果。在泉州船厂船坞工程中，用高压旋喷灌浆技术将土石坝围堰中心处形成一道止水帷幕，保证船坞的干法施工，在已施工区域取得了较好效果。

标签：土石坝；高压旋喷；灌浆技术

1 工程慨况

泉州船厂3#、4#船坞位于福建省泉州市净峰镇斗尾港港区。为达到船坞干法作业的需要，设计在船坞的东、西、北三个方向筑填围堰，其中北围堰为沉箱结构；东、西围堰为土石坝结构。土石坝围堰内的止水墙除西土石坝北侧87m范围内为两排外，其他地方全部采用一排高压旋喷桩。所有旋喷桩入岩不得小于3m，土石坝围堰旋喷桩搭接不小于20cm。桩体孔距600mm，旋喷体直径为800mm，垂直度偏差不大于1/150。

2 施工原理

土石坝围堰高压旋喷是利用高压浆液在预先钻好的孔内进行旋喷灌浆，与基础中的石渣土搅拌形成止水墙止水。针对现场土石坝陆域部分基础为大部分新近回填开山石，我项目部按设计要求，采取了开挖并重新换填砂土后进行二重管旋喷，在无法换填处采用三重管直接旋喷的方法进行灌浆，这大大加强了水泥浆固结体的密实度，从而使得透水率达到设计要求。本文重点介绍采用二重管及三重管旋喷成形单排高压旋喷桩在土石坝围堰中的应用及效果。

3 施工工艺

3.1 高压旋喷桩施工机理

钻机采用xy-1型单管高压旋喷桩，bw-150高压注浆泵機，当钻机钻到设计标高后，用高压旋喷机把安有水平喷嘴的注浆管下到孔底，利用高压设备使喷嘴以25～40MPa的压力把浆液喷射出去，冲击切割土体，并与石渣土体搅拌混合，随着注浆管的旋转和提升而形成圆柱体桩体，浆与土、块石体经过一系列的物理化学反应，固结成桩，从而达到止水的作用。

3.2 施工工艺流程

放样布孔→钻机就位→钻孔→台车就位→孔口试喷→下喷射管→喷射提升旋转→达到设计高程→回灌→旋喷结束→检查验收。

3.3 施工方法

3.3.1 钻机成孔

上部土层中用？准127mm的合金钻具泥浆护壁钻进；在局部区域中块石含量较多，成孔时可以采用大小管交替砸击钻进的方法将外管下至碎石层底部，取出内管，改为？准89mm的金刚石钻具钻入至终孔。

3.3.2 水泥浆制备

采用P.O.32.5R普通硅酸盐水泥，水泥应新鲜无结块，通过0.08mm方孔筛的筛余量≤5%，每批次进场水泥必须具有产品合格证和出厂检验报告，进场后按规定进行抽检。

制备水泥浆液时，按照浆液配比准确称量，严格控制水泥浆液比重。水泥浆采用高速搅浆机制浆，搅拌时间不小于30s，水泥浆拌好后必须过筛放入储浆桶，防止杂物进入浆管堵塞喷咀。为使水泥浆不发生离析，储浆桶内设慢速搅拌装置，且水泥浆液存放不超过4h，否则作为废浆处理。

3.3.3 高喷作业

高喷台车就位：高喷管下入前，校正高喷台车水平及高喷管垂直度在1/150。

下喷射管：检查空压机、泥浆泵运行良好，检查各管道畅通及完好，准备就绪后下入喷浆管。下管过程中堵塞清水喷嘴，喷杆底部的浆眼敞开，从浆眼中送入少量清水即可下管。

喷射提升：在土层中采用二重管喷射旋喷，高喷管下至设计深度后，输入水泥浆液、压缩空气，待压力升至设计规定值并孔口返浆后，按已定提速向上提升。在块石粒径较大的区域，由于碎石层中的孔隙也将增大，单位长度耗浆量也将增加，将采用三重管法来喷射灌浆，也就是在上述双管旋喷的基础上，增加一条大口径第三管道，第三管道同步输送水泥砂浆来充填块石中的缝隙，另外将降低提升速度。

3.3.4 回填灌浆

喷浆结束后，由于旋喷固结体的干缩，孔口浆面会下沉，如果不及时回填会造成桩顶出现空洞的情况，但土坝段旋喷桩直喷到孔口，没有空桩，即使在桩顶形成了空洞也不会受到海水的冲刷，因此，只需要将下一个孔的回浆及时回填就可以了。

3.3.5 渗透试验

本工程试验方法采用单排桩定水头压水试验，即先将试验段开挖3m，肉眼观测桩体的成形状况，钻孔后由套管隔离出试验段，维持孔内水位不变，待流量

稳定后，读取时间和流量，按下面公式计算透水率。

q=Q/PL

式中：q——试段透水率，Lu；

Q——压入流量，L/min；

P——作用于试段内的全压力，MPa；

L——试段长度，m.

（1）试验结果

按设计要求，旋喷桩施工后28天进行钻孔压水试验，分别对三处进行了压水试验，即桩体1/2半径处、1/4半径处、中心处；每处分两部分做试验，即砂土层与岩层。计算透水率最小值为0.09Lu，最大值为0.80Lu，都达到了设计要求的2～3Lu，桩体强度经过检测也都已达到设计要求。

（2）开挖检查

桩体开挖深度为3m，经过对各旋喷桩桩径进行测量，从外观可以看出，旋喷桩的桩径在0.9～1.2m之间，桩体连续性及胶结性都较好，所有旋喷桩都能满足？准800mm的搭接要求。

3.4 施工要点与质量控制

（1）在含黏粒较少的地层中进行高喷灌浆，孔口回浆应经处理后方可利用；在软塑至流塑状的黏性土或淤泥质土层中，其孔口回浆不宜回收利用。

（2）高喷灌浆钻孔可采用回转钻进、冲击钻进、冲击回转钻进的方法，可以采用泥浆护壁。

（3）钻进过程中，出现泥浆严重漏失，孔口不返浆时，可采取加大泥浆浓度、泥浆中掺砂、向孔内填充堵漏材料或对漏失段先进行灌浆等措施，直至孔口正常返浆后再继续钻进。

（4）下喷射管前，应进行地面试喷，检查机械及管路运行情况，并调准喷射方向和摆动角度。

（5）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：

①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。

②降低喷射压力、流量，进行原位灌浆。

③在浆液中掺入速凝剂。

④加大浆液密度或灌注水泥砂浆、水泥黏土浆等。

⑤向孔内填入砂、土等堵漏材料。

（6）高喷灌浆因故中断后恢复施工时，应对中断孔段进行复喷，搭接长度不得小于0.5m。

（7）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。

（8）在细颗粒地层中采用三管法施工时，有时会出现喷射管被埋住而孔口不能返浆，造成地层劈裂或地面抬动。大幅度降低水压、气量，注入浓水泥浆充满钻孔，可较为有效地防止发生此类事故。

（9）在不改变喷射参数的条件下，对同一孔段进行重复喷射，能加大有效加固长度和提高凝结体强度。当采用三管法时，通常可先喷一遍清水，然后再喷一遍或两遍水泥浆。

参考文献

[1]《水利水电工程高压喷射灌浆技术规范（DL/T5200-2004）》[S].中华人民共和国发改委，2004-10-20.

作者简介：翟锋（1984-），男，汉族，从事港口与码头施工工作。