高壓旋噴技術在穿黃導流圍堰工程中的應用

蔣學武，崔慶瑞

（1.南水北調東線穿黃工程北區建管局，山東 聊城 252000；2.聊城市黃河河務局，山東 聊城 252000）

1 概述

1.1 工程概況

穿引黃渠埋涵及連接明渠工程長580 m。其中，穿引黃渠埋涵360 m、消力池30 m，為兩孔有壓箱型結構，埋涵單孔凈斷面尺寸為5 m×5 m、消力池為5 m×7.33 m，采用現澆鋼筋混凝土結構；消力池與明渠相接的扭面段長50 m，斷面由矩形漸變為梯形，底板采用現澆鋼筋混凝土結構，兩側為漿砌石扭面擋墻；明渠段長 140 m，底寬 16 m，邊坡 1∶3，梯形斷面，采用預制混凝土板護砌。

1.2 與灌區干渠交叉

南水北調穿引黃渠埋涵在位山閘后110 m處與位山灌區東、西干渠交叉，涵洞施工與2009年引黃濟津（入冀）同時進行。位山灌區西渠引水期間，施工東渠埋涵，為保證調水、施工兩不誤，需修臨時導流工程，滿足西渠引黃濟津（入冀）、東渠灌溉引水需要，同時防止高水頭下水流滲透對基坑降、排水造成的影響。

1.3 應用背景

在保證西渠引黃濟津（入冀）最大河道斷面的條件下，為滿足東渠埋涵施工需要，在西渠河道內修建月牙形臨時導流圍堰。2009年引黃濟津 （入冀）持續時間6個月左右，為防止西渠引水滲入東渠，減少東渠埋涵降水、施工難度，縮窄臨時導流圍堰斷面、增加西渠過流寬度，采用高壓旋噴樁對臨時導流圍堰進行加固、防滲。臨時導流圍堰主要為砂土、砂壤土，渠道底部為黃河沖積土層，土質條件適合做旋噴處理。東、西渠分水墻下部有帷幕灌漿，與旋噴樁結合形成一道防滲止水帷幕，阻擋西渠水流滲入東渠。

2 導流方式和旋噴樁布置

2.1 導流方式

為加快施工進度、保證施工安全、滿足引黃濟津（入冀）引水需要，設計變更后先進行東渠埋涵施工。首先，拆除設計開挖邊線范圍內的分水墻，修筑縱向圍堰。其次，利用新修縱向圍堰和未拆除的分水墻形成一期整體縱向圍堰，保證西渠引水、東渠埋涵施工同時進行。最后，在生產橋下游180 m處設立分水口，寬度與東渠相同，利用分水口調節東、西渠引水流量。為防止東渠閘門漏水進入基坑，東渠開挖時先進行清基，將部分可用于回填的開挖土方臨時堆放在基坑兩側，自然形成擋水圍堰，利用潛水泵將東渠閘后部分滲水、漏水排入西渠。圍堰長103.2 m，頂寬 6.5 m，邊坡 1∶1，頂高程 41.5 m（與分水墻平齊），底高程 37.8 m。

2.2 旋噴樁布置

東渠埋涵地基處擬設60 m擠密碎石樁，位于東渠及東、西渠分水墻下。為使擠密碎石樁一次施工完畢，根據開挖坡度、臨時圍堰穩定計算，高壓旋噴樁中心距圍堰外肩2.5 m，沿圍堰軸線布置。樁徑1 m，間距 1m，樁深 17 m，樁頂高程 41.5m，與位于開挖基面以下24～26 m高程的粘土層相接。為防止西渠引黃濟津（入冀）水流對圍堰長時間的沖刷，提高防滲、抗沖效果，在圍堰迎水面相鄰旋噴樁之間用樁徑0.3 m、樁深6 m的淺層旋噴樁進行加固。

3 旋噴樁施工方案和質量控制

3.1 施工方案

根據西渠河道寬度，考慮到2009年引黃濟津（入冀）的需要，在滿足東渠施工的前提下，盡可能提供西渠較寬的河道，保持西渠較好的引水狀態。高壓旋噴樁施工完成后，將樁外側渠底37.8m高程以上的土方挖除，利用旋噴樁和樁內側土圍堰阻擋西渠引水進入東渠，加大西渠引水斷面，同時形成垂直滲水帷幕。

高壓旋噴樁施工方案如下：土圍堰布設單排深層旋噴樁，迎水側再用淺層旋噴樁加固。當鉆機鉆到設計標高后，用旋噴臺車把安有水平噴嘴的注漿管下到孔底，利用高壓設備使噴嘴以34 MPa的壓力把漿液噴射出去，沖擊切割土體，并與土體攪拌混合，形成圓柱形樁體，達到加固、防滲的目的。

3.2 施工工藝和參數選擇

3.2.1 工藝流程

測量放線定位-引孔鉆機就位-開孔檢查-鉆進成孔-清孔移鉆-啟動空壓機送風-漿液配制泵送-插入高噴管-高噴作業-觀察高噴參數-回灌-孔內保持滿漿-轉入下一孔位。

3.2.2 施工順序

打試驗樁2～3根，根據施工工藝及旋噴效果確定施工參數。進行旋噴樁施工時，鉆孔、灌漿采用打一跳一法，先 1、3、5……，后 2、4、6……，交叉進行。靠近分水墻與砌石結合處，旋噴樁中心距離分水墻0.4m，連續布置2顆樁，利用高壓將水泥漿噴射到分水墻處，使旋噴樁與砌石較好地結合，防止滲水。

3.2.3 施工參數選擇

旋噴樁施工主要有旋噴壓力、旋噴速度、提升速度、漿液配比、噴射流量等技術參數，對照地質條件、加固要求，從有利于提高成樁效果和樁體質量的角度出發，綜合考慮西渠引水等各種因素的影響，在保證安全可靠、經濟合理、技術可行的前提下通過試驗確定。

鉆孔直徑和深度：引孔直徑127 mm，終孔深度17 m。

樁位與設計孔位的偏差≯50 mm；樁身垂直度偏差≯10%；樁徑容許偏差≤50 mm。

漿液和水泥材料：高噴灌漿采用42.5普通硅酸鹽水泥，不加外加劑，漿液水灰比為1.5:1，采用攪拌機拌制，拌和時間不少于30s，連續均勻制漿。

漿壓 34 MPa，氣壓 0.6 MPa；漿流量 70 L/min，氣流量 1.5 L/min；提升速度 10 cm/min，轉速 9 r/min。

3.3 施工質量控制和保證措施

3.3.1 質量控制

現場定位放樣，鉆機安設在設計孔位上，就位后用水平尺掌握機臺水平，使鉆桿軸線垂直對準鉆孔中心位置，傾斜度小于1.5%。高噴臺車對準孔口后，先在地面進行漿、氣試噴，檢查各項工藝、參數，符合設計要求后將噴射管下至設計深度，由上而下進行噴射作業。漿液拌制經兩道過濾網過濾，防止噴嘴發生堵塞。及時檢查漿液初凝時間、注漿流量、風量、壓力、旋噴提升速度等，待壓力和流量參數達到設計要求、孔口返出漿液時，按既定的提升速度進行噴射灌漿；高噴灌漿保持全孔連續一次作業，拆卸或安裝注漿管動作要快。為增加樁的端承力，在樁底部旋轉噴漿不提升，增加此部位的攪拌效果，擴大樁體直徑，形成樁底盤。樁頂以下、渠底以上4m范圍內承受的荷載較大，復噴提鉆時適當降低提升速度，增加樁體的密實度。深層噴射時，先噴射后旋轉、提升，防止注漿管扭斷。出現壓力下降、上升、冒漿異常、不返漿等情況時，查明原因后及時處理。供漿正常情況下，孔口回漿密度變小、不能滿足設計要求時，加大進漿密度或進漿量。高噴灌漿結束后，充分利用孔口回漿，直至漿面不下降為止。及時拔出注漿管，徹底清洗注漿管、注漿泵和漿液攪拌機，管內不殘存水泥漿，以防管路堵塞。

3.3.2 保證措施

嚴把工序管理關，對鉆機、高壓泵、配料等關鍵工序配備熟練的技術工人操作，定崗、定責，嚴格獎懲制度。設備安裝平穩對正，開孔前檢查樁位和開孔角度，施工時控制好旋噴樁的標高并詳細記錄地層變化、顆粒大小、硬度等。為防止泥漿或廢漿液到處溢流、保持現場干燥，鉆空前沿旋噴樁軸線開挖寬1 m、深0.3 m的泥漿槽。采用膨潤土泥漿護壁，保持孔壁完整、不坍孔，確保高噴管順利下至孔底。高噴管下井前在井口試驗檢查，防止噴嘴堵塞。高噴管下至距孔底0.5 m時，先啟動漿泵送漿，同時旋轉下放，下至孔底后啟動高壓泵和空壓機，各項參數達到正常后提升。嚴把水泥質量關，嚴格按照配比配制漿液，經常測定漿液比重，及時統計各孔的材料用量，旋噴過程中防止水泥沉淀。旋噴作業中，注意觀察氣、漿壓力和流量，發現異常現象立即停止提升，查明原因及時處理。分節拆卸高噴管時動作要快，盡量縮短停機時間。因故停機時將噴管下放至超過原噴深度0.5 m處，重新開機作業時可避免斷樁。采用兩序施工，掌握間隔時間，防止串孔。及時回灌，保持孔內漿液飽滿，連續施工時可采用冒漿回灌。

施工時，對高壓泥漿全面檢查、清洗，防止泵體殘渣、鐵屑存在。密封圈完整、無泄漏，安全閥中的安全銷進行試壓檢驗，確保能在額定量、高壓力時斷銷卸壓。壓力表定期檢查，保證正常使用。高壓膠管在允許的壓力范圍內使用，屈彎大于規定的彎曲半徑，密切注意孔內管路情況，防止孔內堵塞和高壓管爆裂傷人。旋噴注漿在高壓下進行，過濾后的漿液顆粒小于噴嘴直徑。高壓泵設有安全裝置，超過允許泵壓后自動停止。長時間中斷旋噴時，要及時用清水沖洗輸漿系統。操作人員熟悉注漿全過程，掌握鉆機旋噴注漿性能，規范操作。

4 施工應注意問題及處理措施

（1）采用孔內旋噴，鉆桿懸空段長、容易歪斜，達不到旋噴樁平面布置的精度，旋噴鉆桿置入鉆頭時鉆桿接頭容易被拍松、拍斷，造成旋噴漏漿事故，影響施工質量和進度。根據現場實際情況，可以左右、前后移動臺車，保持臺車水平和鉆桿豎直，以保證旋噴點位準確。

（2）高壓旋噴是利用高壓流噴射成樁，參數設置與土質種類、密實度密切相關，不同土質決定參數的選擇、管數的使用。對試驗樁進行開挖檢查、實測實量，隨時調整參數，實行動態管理。通過試驗選擇合理的參數和控制措施，可保證成樁質量。

5 結語

高壓旋噴樁施工時，部分土體被置換，經過旋噴注漿，周圍土體由松散到固結，有利于周圍土體加固、強度提高。加強施工現場管理，嚴格按照規范、工序操作，合理選定技術參數，是保證高壓旋噴樁順利實施和成樁質量的關鍵。實踐證明，連續旋噴樁體與原分水墻下的帷幕灌漿連接在一起，形成一道止水帷幕，達到了預期的目的，起到了加固、防滲效果。