淺析高壓旋噴樁在軟基渠道扶壁的應用

張 健，李仁剛，李 翔

(1.貴州省水利投資(集團)有限責任公司，貴陽 550002;2.中國地質礦業總公司，北京 100018)

1 工程概況

黔中水利樞紐工程是以灌溉和城鄉供水為主，兼顧發電等綜合利用效益，并為改善區域生態環境創造條件的大(1)型水利基礎設施工程項目，水庫總庫容10.89億m3，年調水量7.41億m3。工程分二期建設，一期工程包括新建水源工程、總干渠、桂松干渠和25條支渠及田間配套工程，其中桂松干渠全長84.7km。桂松干渠在K41+368～41+897段，長529m，為第四系淤泥質黏土深覆蓋。經過多方案比選后，決定對該段軟基渠道采用高壓旋噴樁扶壁，渠道設計流量為13.353m3/s，開挖后采用4 m×4m(B×h)、厚度為0.4m的C20鋼筋混凝土矩形箱涵進行襯砌。

2 工程地質條件

渠道位于巖溶槽谷(洼地)匯水區，由于下游排水不暢及地下水的出露，大量的有機物及第四系覆蓋層在水的長期浸泡軟化下，形成淤泥質黏土。覆蓋層為湖沼堆積層(Q1+h)灰黑色淤泥質黏土，軟塑～流塑狀，埋深3.0～9.0m，天然含水量為36% ～85%，密度1.40～1.86g/cm3，液限 43% ～105%，塑限 19% ～50%，塑性指數23.6～60，內摩擦角3°～10°，黏聚力5～15kPa，地基承載力 Fk=0.05～0.15MPa;下伏基巖為石炭系黃龍群(C2hn)灰色中至厚度灰巖，內摩擦角35°，黏聚力500kPa，地基承載力 Fk=0.8 ～1.0MPa;渠道基礎置于強風化黃龍群基巖。

3 高壓旋噴樁設計方案

桂松干渠K41+368～41+440段長72m的渠道兩側采用二排高壓旋噴樁作為渠道扶壁，K41+440～41+897段長457m的渠道兩側采用三排高壓旋噴樁作為渠道扶壁;高壓旋噴樁孔距1m，排距1m，呈梅花形布置，樁底深入基巖0.5m，有效樁徑大于110cm，采用Ⅰ序和Ⅱ序施工，先施工Ⅰ序后施工Ⅱ序，Ⅰ序施工結束3d后方可進行相鄰孔序的施工。兩段高壓旋噴樁總樁數量為2436根，總進度17148m，最大樁深9m，最淺樁深3.3m。具體布置見圖1～圖2。

圖1 高壓旋噴樁橫斷面

圖2 高壓旋噴樁平面布置

4 高壓旋噴樁施工

4.1 高壓旋噴灌漿加固機理

高壓旋噴灌漿是利用工程鉆機鉆孔至設計深度后，用高壓泥漿泵，通過安裝在鉆桿(噴桿)桿端置于孔底的特殊噴嘴，用高速射流(水、漿液或空氣)直接沖擊、切割、破壞、剝蝕原地基材料，受到破壞、擾動后的土石料與同時灌注的水泥漿發生充分的摻攪混合、充填擠壓、移動包裹，至凝結硬化，從而構成堅固的凝結體，成為結構較密實、強度較高，有一定防滲性能的固結體。

4.2 施工方法

高壓旋噴灌漿按噴射介質及其管路布置可分為單管法、二管法和三管法，該工程高壓旋噴灌漿采用二管法施工。鉆孔和高噴采用振孔高噴鉆噴一體化施工，施工設備采用高壓旋噴樁鉆機(MG-50A)4臺、高壓旋噴樁注漿機(XPB-90D)2臺、高壓旋噴樁注漿大泵機(R6105AZLD)2臺、發電機(K4100DS)2臺、空壓機(N-2.815)2臺、水泵(QY250-10-11)2臺、高壓旋噴樁攪拌機2臺、挖機(320D)1臺。

4.3 施工參數

根據設計技術要求，結合現場地質條件，采用施工參數見表1。

表1 高壓旋噴樁施工參數

4.4 施工質量檢測

高壓旋噴樁進行了現場工藝試驗，先期選擇6根樁進行現場生產性試驗，另選擇10m試驗段分別取6組芯樣進行檢測，根據《土工試驗規程》(SL 237—1999)和《巖石試驗規程》(SL 264—2001)，檢測結果見表2。

表2 高壓旋噴樁芯樣檢測結果

為了驗證高壓旋噴樁的作用效果，在K41+506～41+516段試驗段未進行灌漿前在對應孔位采集了2組土樣，依據《水利水電土工試驗規程》(DL/T 5335—2006)進行檢測，檢測結果見表3。

表3 軟基土樣檢測結果

4.5 試驗段的變形監測

工程選擇在K41+506～41+516段高壓旋噴樁施工結束后35d進行試驗性開挖，并在渠道兩側各設了5個變形觀測點，觀測點距離渠道最近0.5m，最遠3m(樁外側邊緣)。通過1d、3d和7d的變形觀測，采用現場設標記用游標卡尺進行位移量測和水準儀進行沉降觀測，7d后水平最大位移25mm，最大沉降18mm。試驗表明:渠道開挖后樁基是穩定的，施工采用的參數是合理的。

5 結語

通過芯樣檢測和現場挖樁試驗，表明采用高壓旋噴樁對軟基渠道側墻進行扶壁，對提高軟基的抗剪強度、確保渠道開挖后的穩定及為渠道進行混凝土箱涵施工創造了條件，同時為在第四系淤泥質黏土進行渠道施工積累了豐富經驗。

a.高壓旋噴灌漿施工速度較快，該工程僅用了65d便完成了全部樁基的施工。

b.高壓旋噴灌漿能夠提高基礎的密度、降低含水量，并大幅度地提高基礎的抗剪斷強度，確保了軟基渠道開挖后的穩定性。

c.高壓旋噴灌漿由于受地質條件制約較大，在進行全面開挖前一般須選擇典型試驗段進行施工參數的調整，試驗段要求在28d后才能進行試驗性開挖并進行變形監測，試驗時間對工程工期有一定的影響。

1 李亮玉，張慶偉．高壓旋噴灌漿技術在黃河工程中的應用［J］．山東水利，2010(5):49-51．

2 曹宏新．高噴灌漿技術在圍堰防滲工程中的應用［J］．人民長江，2008(7):51～53．