高壓旋噴成墻技術在復雜地基中應用介紹

張寶紅

（中國水利水電第十一工程局，河南鄭州，450001）

【摘要】高壓噴射注漿技術是利用射流作用切割攪拌地層，改變原地層的結構和組成，同時灌入水泥漿形成凝結體，借以達到加固地基和防滲止水的目的。因具有施工快，工藝簡單，費用低等特點，目前已被廣泛應用于工業民用建筑基礎防滲和地基加固中。但在大、中型水利工程的基礎處理中因為成孔困難、防滲效果不理想等而未被廣泛采用。由中國水電第十一工程局施工的國外某一水電站基礎處理工程中，創造性地提出并采取了大扭矩風動回轉式液壓鉆機跟管鉆進，pVC套管護壁成孔方法；變化的灌漿參數以及有別于國內規范的鉆孔及壓水實驗標準。最終解決了此項難題，工程質量達到合同要求。在此總結出來，以供同類工程參考。

【關鍵詞】高壓旋噴 復雜地基 應用

1 工程簡介

尼泊爾上塔馬克西水電站工程，為一混凝土重力壩工程，壩高27m，壩長約110m，總裝機45萬千瓦，為引水式水電站。大壩河床覆蓋層全部為砂礫石層，有少量的洪積層和塊石夾在其中，覆蓋層較厚，最深處達100m，顆粒級配不良，大粒徑卵石較多，局部有漂石分布，表面以下12～20m處夾雜有細砂層分布。地層滲透系數約為10-2～10-3 cm/s，為強透水層。為達到防滲目的，合同中明確要求采用高壓噴漿法修建基礎防滲墻，要求成墻后其抗壓強度不低于5Mpa，滲透系數小于1×10-4cm/s（透水率大約10Lu以下），成墻厚度不小于750mm，防滲墻全長110m，深15m分布在高程EL1950-EL1965之間，成墻面積1650m2。考慮到砂礫石層中成墻困難，合同中也明確要求承包商應在場外做試驗段以確定鉆孔及灌漿參數。

2 高壓旋噴三管法施工準備

2.1 工法介紹

根據工程地質情況，在充分咨詢國內專家的基礎上，擬采用高壓旋噴三重管法進行施工。

高壓旋噴三重管法施工技術是在高壓旋噴單管法、二重管法的基礎上發展起來的一種新方法，使用分別輸送水、氣、漿液三種介質的三重注漿管，具有三管同軸的特點。一般情況下，漿管在下，高壓水管和氣管在上，兩處相距40cm，在以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，再由水泥漿以較低壓力注入到被切割、破碎的地基中，同時鉆桿以一定速度逐漸提升，將漿液與土粒強制攪拌混合，漿液凝固后，在土中形成一個圓柱狀旋噴樁，以達到加固地基或止水防滲的目的，其加固體直徑可達2m，如圖1所示。

2.2 工程中使用的主要設備

用于本工程中的主要機械設備見表1。

2.3 高壓旋噴注漿實驗段取得的主要參數

經過前期在場外做了三段實驗段，總結出以下的鉆孔及灌漿參數基本上可以滿足合同的要求。

當地層為砂礫石層時，參數見表2。

當地層為細砂層時，參數見表3。

3 施工作業過程

3.1 鉆孔及灌漿孔位布置

本工程中高壓旋噴防滲墻全長110m，經計算從左岸到右岸共布置174個孔，孔距60cm，孔深從高程EL1950～EL1965計15m，按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔間隔施工，這樣可以有效防止串漿發生，成墻后面積1650m2（見圖2）。

在防滲墻施工軸線一側布置兩個水泥平臺及灌漿平臺，按《基礎防滲墻孔位平面布置圖》在防滲墻軸線上定出高噴孔位，并做好標記。孔位定出后，即可進行鉆機、高壓旋噴機的就位和安裝。防滲墻鉆孔和灌漿按相同的三序孔順序進行。

3.2 鉆孔

針對砂礫石地層成孔難、易塌孔、鉆進速度慢等技術難題，采用MD-80A風動液壓鉆機配偏心式沖擊器沖擊跟管鉆進，跟管直徑為140mm。鉆孔達到設計深度后，將鉆桿提出，在跟管內下設直徑為110mm pVC套管，pVC護壁套管下至孔底后，再用液壓拔管器分節拔出鋼質護壁跟管。pVC護壁套管滯留在孔中，待噴射灌漿時通過高壓水切割破碎，通過水泥漿與砂礫石固結在一起。此法不用泥土護壁，不易塌孔，鉆孔速度快，平均鉆進速度為6m/h。

考慮到壓水實驗時，檢查孔位置會不同于灌漿孔位置。因此保證防滲墻的垂直度就要從鉆孔時開始控制，鉆進時要嚴格控制孔斜度，只有孔斜度小于0.7%才能保證壓水實驗孔的位置位于墻內。因此在鉆孔過程中分別在機頭和機身上各安放一個水平尺進行隨時檢測，并且每鉆進5m用測斜儀量一次，發現孔斜率超過規定隨時糾正。做好鉆孔記錄，記錄必須真實翔實，特殊情況要描述清楚。

在選擇pVC套管時，我們充分注意了材質問題，質量過好的pVC套管因韌性大而難以切割成碎片不能采用，材質較脆厚度大于2mm的pVC套管較為適用。這是保證灌漿施工的一個關鍵細節。

3.3 灌漿

采用43號普通硅酸鹽水泥，摻加1%的速凝劑。水泥必須采用新鮮且不結塊水泥，為保證漿液不堵塞噴嘴，漿液必須經過3mm的篩孔過濾，且始終處于懸浮液狀態。

根據鉆孔記錄，結合地質資料能大致判斷出灌漿地層的土質情況，作為控制灌漿提升速度和水壓的依據。施工過程中嚴格控制進漿比重，隨時檢查孔口翻漿比重。通過孔口翻漿比重，能大致判斷出地層的情況，當翻漿比重較小，砂子含量較大時，說明此層為細砂層。當翻漿比重較大時，砂子含量較少，說明此層為砂礫石層或遇有孤石。

灌漿工作開始后，機械操作手應掌握好機器的提升速度和旋轉速度，并控制高壓旋噴機的水平狀態。和造孔相同，仍然在機頭和機尾各安放一個水平尺，適時監控旋噴機的水平狀態，發現有傾斜及時調整。當班技術人員應經常檢查進漿比重，出漿比重，并及時判斷出地層情況，適時調整水壓，風壓和漿壓。要告知操作手適時調整轉機的提升速度和旋轉速度，并且做好記錄。

3.4 幾種特殊情況的處理

3.4.1 卡鉆

卡鉆是灌漿工作中處理最頻繁也是最危險的工作，如果處理不好，不僅灌漿工作前功盡棄，而且極容易造成鉆桿斷到孔內，造成損失，必須給予高度重視。在本工程中的施工，就因卡轉而使5根轉桿斷到孔內，一個孔報廢。因此做好下列幾點工作是極其重要的：

（1）卡鉆大多發生在細砂層中。在保持旋轉速度不變的情況下，提升速度必須大于15cm/min，另外水壓必須大于40Mpa。在接近換鉆桿時還要格外注意，首先要把高壓水關停，并迅速提升鉆桿離開噴漿層一定距離，以極快的速度換掉鉆桿，然后將高壓水打開，將鉆桿下放到剛才灌漿區域，與下部樁頭搭接至少30cm繼續施工。

（2）當在砂礫石層施工時，有時也會卡鉆，多數情況下是因為塌孔而抱死鉆桿造成的。處理塌孔非常棘手，一切都要重新開始。選擇材質脆且厚度大的pVC套管可以有效防止此類塌孔的發生。

3.4.2 孤石處理

針對注漿過程中的孤石能否有效被水泥漿包裹的問題。施工實踐證明，灌漿施工時，采取在孤石上、下大約1m處加大噴嘴旋轉速度、放慢提升速度并適當調小水壓力，充分用水泥漿將孤石裹住，從而使固結后的墻體達到連續的目的。因此做好鉆孔記錄，清楚標明孤石大概位置是至關重要的。

3.4.3 中斷噴漿

在噴漿過程中發生停電、停噴事故也常有發生。除了現場備用一臺專用發電機外，還需要采取重新噴漿的辦法，加大水壓并使搭接長度大于1m，解決此類問題。

3.4.4 臨孔串漿的處理

臨孔串漿多發生在河床上部大粒徑地層中，因粒徑大孔隙大而使漿液串孔。因此在灌漿安排時，必須選用三序孔位施工法拉大孔距，另外一旦發生串孔，應立即降低水壓至30Mpa，可有效解決此類問題發生。

3.4.5 PVC套管

在鉆孔及灌漿工作中，pVC套管起著至關的作用，因此在選擇此類pVC套管時也要加以留意，不能選擇韌性較好的產品，也不宜選擇過薄的產品。

3.4.6 樁頭的處理

本工程中防滲墻的樁頭有兩處需要格外引起重視，一處是在高程EL1960處防滲墻與鋼板樁的底部接頭，另一處是在高程EL1965處防滲墻與大壩混凝土的接頭處。在高程EL1960時，采用的措施是放慢提升速度，讓漿液充分與鋼板樁相滲透。在高程EL1965樁頭處，應及時將高壓水關停，僅保留漿壓和氣壓，放慢提升速度，以使漿液自由沉淀充分形成樁頭。

4 質量檢查

高壓旋噴樁施工結束后，根據監理的指示我們共抽查了9根樁鉆孔做壓水實驗檢查滲透性，并切割巖芯檢查其抗壓強度，抽樣檢查率為5%。每一檢查點均位于兩根樁的中間搭接處。在每一孔的上中下三處作壓水實驗。

在鉆取檢查孔時，為了保證鉆孔位于樁的正中心，必須采取可靠的措施保證鉆機水平，在機頭和機尾分別安裝兩根水平尺，隨時觀察鉆機是否處于水平狀態，發生偏差立即糾正。考慮到防滲墻的強度偏低，為了不使鉆機破壞其整體性，在鉆速上必須加以控制，平均鉆速為0.7m/h。事后證明，慢速鉆孔保證了巖芯的整體性，也對壓水實驗起到了很好的作用。在壓水實驗的水壓力選擇上，在與監理協商一致后認為采用美國陸軍工程兵協會標準中關于最大水頭的概念比較適合此工程。此工程的實際壩高27m，防滲墻最深度17m，總水頭為44m，因此采取三壓力五階段法分別為0.2-0.4-0.6時，最大水壓力為0.6Mpa折算成水頭為60m，此水頭能滿足最大壩高的要求，能較接近地模擬工程實際運行情況。這樣就避免了使用國內規范中最大水壓力為1Mpa的規定。實驗結果表明，9個孔的透水率為2.4～6.7Lu。巖芯取成率為80%，巖芯無側限抗壓強度為8～26Mpa，平均抗壓強度18Mpa。挖開后檢查成墻厚度為最大值1.2m，最小值0.9m，平均值1.12m，均能符合設計要求。

5 結語

在砂礫石地基中進行防滲墻施工，因其透水性較強，在我們國家的水利工程中一般采用混凝土灌注樁或帷幕灌漿處理，但這兩工法存在施工工期長，投資大，工藝復雜，稍有不慎易造成斷樁等缺點。而采用高壓旋噴灌漿進行防滲處理在投資上和施工速度上有明顯優勢，因而現在越來越多地被采用。但未完全普及的主要原因是砂卵石地基成墻困難，抗滲性無法保證。從長遠來看，用高壓噴射注漿法取代混凝土灌注樁和帷幕灌漿是水利工程地基處理的趨勢，本文在此方面取得的一些經驗可供類似工程參考。

參考文獻

[1]地基處理手冊編委會．地基處理手冊[M]．北京：中國建筑工業出版社，1998.

[2]沈安正，陸聲鴻，錢應德．黃河小浪底水利樞紐工程圍堰旋噴灌漿防滲墻的施工技術和質量控制[J]．巖土工程技術，1998,（4）.

【作者簡介】

張寶紅（1972— ），男，工程師，河南安陽人，主要從事水利水電工程施工工作。