軟土地基高壓射水置換灌漿施工技術

張 杰

（中國水利水電第七工程局成都水電建設工程有限公司， 四川 成都 611130）

1 施工概況

雅礱江桐子林水電站位于四川省鹽邊縣境內，距雅礱江與金沙江匯合處約15km，系雅礱江最末一級梯級開發(fā)電站，水庫正常蓄水位 1015.00m，庫容 0.912億m3，裝機容量600MW。

在明渠（左導）0+200m～0+215m段基礎面開挖過程中，發(fā)現(xiàn)位于地下連續(xù)墻上游側存在較大深度的軟土地基，該軟土地基在側向土壓力作用下存在重大安全隱患。為確保基坑施工安全和滿足該段地基的承載力要求，在地下連續(xù)墻未產生變形破壞之前，采用混凝土進行覆蓋，并結合高壓射水置換灌漿對該段地基進行處理。

2 技術重點與難點

該段地基位于左導墻中部的結合部位，緊鄰地下連續(xù)墻的上游面墻體，采用直接開挖等方式存在重大的質量安全隱患。根據(jù)工程的地質特點，結合高壓射水置換灌漿的特性，如何保質保量的做好該部位的高壓射水置換灌漿，以提高該部位地基承載力并滿足設計要求成為施工中的重點。

由于該部位基巖上部軟土地基為桐子林組粉砂質粘土層，地基承載能力弱；在利用高壓風、水對地層進行擾動破壞并將其充分排出，以形成位于混凝土和基巖面區(qū)域的空腔。如何確保該區(qū)段軟土地基被充分液化排出，以及高壓射水置換灌漿所形成的樁體能有效搭接，同時不影響相鄰樁體施工質量等問題的解決是本次施工技術中的重點和難點。

3 高壓射水置換灌漿

3.1 施工工藝流程

高壓射水置換灌漿成樁施工工藝為：先預埋Φ110PVC管，然后澆筑混凝土，鉆孔深入基巖1.0m，樁體與基巖相銜接。

鉆孔完畢后，將噴具下入孔內，利用高壓水將地層切割破壞擾動，將軟土地基充分液化，在風水聯(lián)動作用下反復切割攪動地層，加大切割面積和擾動范圍，并將攪動液化后的泥漿及細小顆粒排出； 置換完畢后向孔內噴射水泥漿液，對地層進行充分的置換和充填。置換完畢后為防止水泥漿液的離析沉縮，出現(xiàn)空腔影響地基的承載力，向置換孔內注入濃漿進行回灌及封孔，直至漿面不再下沉為止。

3.2 施工參數(shù)

根據(jù)該工藝施工特點，充分考慮地層因素，施工用風、水、漿等施工參數(shù)與地層及孔深相匹配，充分保證置換及漿液充填施工效果，制定施工參數(shù)。

施工參考表 表2.1項 目 技 術 參 數(shù) 相 應 要 求 備 注高壓水 28-32 Mpa 噴嘴直徑：1.8～2.0mm風 壓 0.5～1.0Mpa 置換用風壓力：10～20Mpa高壓漿 排量：40～80L/min噴嘴個數(shù)：2個噴嘴直徑：1.8～2.0mm壓力可根據(jù)實際情況作適當調整水灰比不低于 0.8：1壓縮空氣 排量：1.5～2m3/min壓力：0.3～0.7Mpa 風嘴個數(shù)：2個氣嘴與漿嘴間隙1.5～2mm 置換灌漿用風提升速度(v) 15～25cm /min 根據(jù)地層實際情況可適當調整參數(shù)旋轉速度 （0.8～1）v

3.3 施工過程控制

3.3.1 鉆孔

（1）鉆孔機械為全液壓鉆機。

（2）鉆孔分三序施工，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔，最后施工III序孔。

（3）鉆孔孔位偏差不大于5cm，鉆孔深入基巖1.0m，孔深偏差不大于20cm，開鉆前用水平尺和重錘對鉆具的鉛直度進行校核，確保鉆孔質量符合要求。

（4）鉆孔過程中，準確、詳細的記錄鉆孔時遇到的各種現(xiàn)象，根據(jù)孔口返碴情況、鉆進速度、鉆孔設備的運轉情況等判斷地層分層深度、大塊石的分布、埋深、粒徑及架空、漏失、串通等特殊情況。

（5）鉆孔驗收：鉆孔結束后，對孔深、孔斜等參數(shù)進行驗收，繪制簡易鉆孔柱狀圖并加以說明，為高壓置換灌漿提供施工參數(shù)。

3.3.2 高壓射水置換施工

（1）高壓射水置換法定義

利用高壓水切割破壞擾動地層，將軟土地基充分液化，在風水聯(lián)動的作用下將液化后的泥漿及細小顆粒返出地面，并上下往返反復 3次切割擾動破壞地層，形成具有一定直徑和形狀的樁孔。

（2）施工機具

置換機具采用高噴灌漿的相應機具。

（3）施工程序

高噴灌漿臺車就位，在孔口試噴并對噴頭各部位進行例行檢查和妥善保護。將高噴管下設至預埋管內，啟動風、水裝置并盡快升至設計壓力，自上而下射水置換；單次高壓射水置換完成后，繼續(xù)采用高壓風水聯(lián)動的方式，反復切割、攪動地層，使其軟土地基基礎充分液化并加大置換面積及范圍，提高樁與樁之間的搭接效果。在高壓風和高壓水的作用下，將軟土地基基礎充分攪動液化，并將風水聯(lián)動將液化后的淤泥漿及細小顆粒排出。

在射水置換過程中，以與其相鄰的置換孔作為軟土地基液化后的出渣孔，置換孔內被切割攪動液化后的泥漿及細小顆粒經出渣孔返出地面，根據(jù)出渣孔的返渣量大小及返漿濃度，判斷是否結束置換。在該置換孔施工完畢，進行下一次序孔施工時，繼續(xù)以該孔作為出渣（漿）孔，其施工步驟及切割置換結束標準與上述施工步驟一致。

為避免置換施工后出現(xiàn)不均勻沉降，保證基礎的整體穩(wěn)定安全，相鄰孔的水泥漿液結石強度達到70%以后方可進行下一次序置換孔的施工。

3.3.3 高壓置換灌漿充填

（1）置換灌漿的準備工作：將臺車移至孔位，做好灌漿前的準備工作。

（2）漿液配制

①漿液配比：綜合國內高噴設備的施工性能，結合施工地層等因素，選用0.6：1～0.8：1 的水泥漿液。

②漿液拌制：水泥漿液隨配隨用，漿液必須攪拌均勻。

（3）高壓置換灌漿

高壓射水置換施工完成后，方可進行置換灌漿施工。

①試噴：高壓灌漿施工噴具直徑Φ65mm，采用專用密封圈絲扣連接。當壓力達到設計要求壓力后，10分鐘無異常即可結束試噴，并妥善保護好噴嘴。

②下設噴具：將置換灌漿的噴具下入孔內，并確保噴具下入到設計深度。

③置換灌漿：當噴具下入到設計深度后，啟動風、漿裝置，根據(jù)鉆孔揭露的地層情況，邊旋轉邊提升，自下而上進行置換灌漿作業(yè)，直至設計置換高程。噴灌過程中，質檢人員經常檢查各項施工參數(shù)是否符合要求；如遇到特殊情況，應立即查明原因并進行處理。

④置換灌漿過程中，應確保進漿密度不低于1.60g/cm3，孔口返漿密度不低于1.45g/cm3。當回漿濃度不足時，應當立即停止提升，待返漿濃度達到要求后再進行提升。

（4）回灌及封孔

置換灌漿完成后孔口段將出現(xiàn)較大范圍內的漿液析水沉降現(xiàn)象。在置換灌漿結束后，由專人負責采用孔口靜壓注漿的方式對孔口部分進行回灌，直到漿液不再析水下降為止。

3.3.4 特殊情況的處理

（1）在靠近地連墻的一排孔置換施工時，應適當降低置換及灌漿壓力，以避免對墻體的擾動，減少對墻體的破壞；并在相鄰置換灌漿孔的水泥結石強度達70%以后，方可開始下一次序置換灌漿施工。

（2）在置換施工過程中，應密切關注出渣孔的出渣、返漿狀況，當返漿過程中水泥漿液濃度偏高時，根據(jù)實際情況應降低置換壓力或停止置換，以避免對已施工樁體產生切割破壞，降低樁體整體性能。

（3）充填灌漿過程中若相鄰孔串漿，待返漿濃度滿足要求后，可將串漿孔封堵繼續(xù)進行施工，待置換灌漿結束結石強度滿足要求后，再掃孔至原鉆孔深度，重新進行。

4 質量檢查

質量檢查孔布置于相鄰置換孔中間或置換孔原孔，檢查方式采用鉆孔取芯和注水試驗，在室內試驗室作設計要求的相關參數(shù)檢測，鉆孔孔徑不低于ф76mm。

5 檢查孔成果統(tǒng)計分析

圖5 .1 檢查孔（ZHGJ-JCI）

圖5 .2 檢查孔（ZHGJ-JC2）

通過檢查孔取芯情況分析，置換灌漿水泥結石芯樣結石率高、強度高，呈灰色至深灰色，無空洞氣泡，無孔隙，混凝土與置換體之間，置換體與基巖之間膠結良好密實，膠結面清晰，置換體芯樣完整，采取率較高，平均采集率達83.9%。

表4 .3 鉆孔取芯力學性能檢測成果表

從力學性能檢測成果表分析得出，芯樣抗壓強度最小5.5Mpa，大于設計要求強度1.0MPa（折減系數(shù)按0.2計），故基礎承載力符合設計要求。

5.2 注水試驗成果統(tǒng)計與分析

5.2.1 注水孔布置及注水方式

（1）注水試驗鉆孔選在射水置換灌漿相鄰兩孔中間位置，孔深為深入基巖1.0m，鉆孔孔徑為ф75mm。注水孔布置在射水灌漿孔B3-4與B3-5正中間，編號為ZHGJ-JC1。

（2）工藝流程：向試驗孔注入清水，使管中水位高出地下水位一定高度（或至孔口）并保持固定不變，用水表測定其注入量，每隔5min測量一次，當連續(xù)2次測量的注入流量之差不大于最后一次注入流量的10%時，試驗即可結束，取最后一次注入流量作為計算值。

5.2.2 注水試驗公式

計算公式根據(jù)《水利水電工程注水試驗規(guī)程》，選用公式：

式中：K—試驗巖土層的滲透系數(shù)，cm/s；Q—注入流量，L/min；

5.2.3 注水試驗成果

ZHGJ-JC1注水孔滲透系數(shù)計算：

經對注水試驗成果分析，滲透系數(shù)小于1×10-5cm/s，符合設計要求。

6 結論

通過鉆孔取芯試驗和注水試驗等檢測手段對置換效果進行檢查，置換體及下伏基巖滲透系數(shù)均小于1×10-5cm/s；巖樣的抗壓強度均大于5.5 MPa，大于基礎承載力1.0MPa（折減系數(shù)按0.2計）；通過軟土地基高壓射水置換灌漿施工技術的研究應用，該部位的地基承載力得到了較大提高，施工質量符合設計要求。

雅礱江桐子林水電站導流明渠工程（左導）0+200～0+215段軟土地基加固處理是成功的。為后續(xù)施工提供了良好的條件，為類似工程的軟土地基加固處理提供了合理的參考依據(jù)。