高壓旋噴樁技術在岸坡防滲工程中的應用

傅俊梅

（安徽省長江河道工程有限責任公司，安徽 蕪湖 241002）

岸坡工程常常受到地質和水文等多方面復雜因素的影響，特別是臨江臨河等岸坡工程，面臨著防洪、巖土條件復雜等挑戰[1-2]。這些因素不僅對岸坡的穩定性提出了更高的要求，同時也使岸坡防滲加固工程施工更加復雜。為解決岸坡工程中可能出現的不均勻沉降等問題，需要采用先進、成熟和高效率的施工技術，確保工程的穩定性和可持續性[3-4]。

高壓旋噴樁技術是一種地基加固方法，它通過高壓旋轉的噴嘴將水泥漿噴入設計深度的鉆孔與土體混合，并按照一定的施工設計速度將鉆桿螺旋上升，進一步利用高壓泵壓縮空氣，借助高壓空氣流沖擊巖土體直至破碎。破碎的巖土體和水泥漿膠結硬化后，形成連續搭接的水泥加固體，從而增強地基的承載能力和穩定性。高壓旋噴施工器具包括鉆機、高壓泵以及砂漿噴射裝置等，優點是施工機具設備輕便、施工移動簡便、施工材料來源廣泛等。高壓旋噴樁技術適用于處理多種類型的土質，如淤泥、淤泥質土、粘性土、粉土、沙土、人工填土和碎石土等。作為一種成熟的施工工藝，高壓旋噴樁為岸坡防滲加固提供了一種理想的解決方案[5-8]。

1 二管法高壓旋噴樁技術方法

1.1 加固原理

二重管噴射法使用內外兩層管道，內管輸送高壓水射流，外管用于注漿。通過內外管的相對運動，實現土體的切割和混合，并注入水泥漿液固化。在噴漿管道底部側面安裝同軸雙重噴嘴，采用20MPa的高壓泥漿泵和0.7MPa 空壓機壓縮空氣輔助噴射砂漿，在土體中形成柱狀固結體，詳見圖1。

圖1 二管法高壓旋噴樁示意圖

1.2 成樁機理

為了深入了解高壓脈動噴射技術在防滲工程中的成樁機理，本研究從切割、攪拌、置換、滲透固結和壓密等五個方面展開探討，具體如下。

1）切割作用：高壓脈動噴射流以脈沖形式沖擊土體，形成空穴并導致裂隙擴展。

2）攪拌作用：鉆桿在旋轉提升時，射流形成的空隙通過噴射壓力促使土粒朝相反方向移動，與漿液混合生成新結構。

3）置換作用：壓縮氣體將土粒沖至地表，空隙由水泥漿液填充。

4）滲透固結作用：高壓噴射的砂漿填充沖擊破碎的巖土空隙，膠結硬化后滲入砂層形成固結體。

5）壓密作用：高壓泥漿泵的噴射流沖擊力在切割破碎巖土體時，邊緣殘余壓力具有一定的壓密作用，使得噴射出來的砂漿與巖土體混合后能壓縮緊密。

1.3 單樁噴漿量

為合理安排工程材料，需嚴格計算施工計劃內噴漿總量，根據噴量法可以計算單樁噴漿量，其公式為：

式中，Q 為噴漿量（m3），H 為噴射長度（m），V為提升速度（m/min），q 為單位時間噴漿量（m3/min），β為損失系數。

2 工程施工流程

為了保證工程施工進度和質量，需嚴格按照技術流程標準進行施工噴漿，具體施工流程為：測放孔位→鉆機就位、調平→鉆孔→高壓噴射注漿（鉆至設計標高）→旋噴成樁（提管）→噴射結束→單樁施工完畢→回灌、封孔→移位、旋噴成墻。

2.1 孔位測量與標定

使用全站儀根據控制點和設計孔位布置，確定高壓旋噴樁的軸線。在孔位上安裝鋼筋頭確保穩固，并在防浪墻上標注孔號和孔序，全程進行統一編號。

2.2 鉆機定位與調整

將鉆機安裝在設計好的孔位上，以確保鉆桿能夠準確對準孔位中心，孔位偏差在5cm 以內。使用水平尺調整鉆機機身的水平度，并在需要的情況下墊平機座，以確保鉆桿軸線垂直對準孔位中心。為了維持鉆孔的設計垂直度，需要精密控制鉆桿垂直度偏差，確保其不超過0.5%。

2.3 鉆孔過程

高壓旋噴樁的鉆孔階段可以采用機械預鉆孔或鉆噴一體化機具成孔。采用機械預鉆孔時需分孔序施工，而采用一體化機具時可連續進行施工。根據地層和加固深度，可選擇螺旋鉆頭或合金鉆頭回轉鉆進。開鉆過程中要輕壓慢鉆，定期使用水平尺檢查鉆機立軸的垂直度，及時發現并糾正問題。在鉆孔施工中，要嚴格控制孔的垂直度，并按設計要求進行孔斜測量以降低孔斜率。

2.4 漿料制備

按照配合比要求嚴格制備漿料，確保漿料等材料稱量準確，誤差控制在5%以內。水泥等固相材料需隨時計量。在制漿站需要嚴格按照水泥漿配置比例，先加水后加水泥，每15～30min 進行一次漿液比重測定，同時確保攪拌時間不少于90s，超過4h將按照要求進行廢漿處理。

2.5 注漿

當噴管下達到設計深度后，啟動空壓機、泥漿泵及其配套設備，調整各工藝參數至設計要求。靜噴1～3min，待孔內漿液冒出孔口后，以10～20cm/min的提升速度和15r/min的旋轉速度完成整個噴射過程。噴漿過程若有中斷，進行復噴時噴管須下沉至停噴點以下至少0.2m，緩慢噴射漿液并提升噴管。

2.6 沖洗

當噴管提升到預定高程后，及時沖洗注漿泵和輸送管道。

2.7 回灌與封孔

考慮到漿液凝固收縮會引起加固體基礎脫空，可采用超高噴射、冒漿回灌或二次注漿等措施，直至漿面不再下沉。

3 實例分析

3.1 工程概況

蕪湖長江LNG 內河接收（轉運）站項目的防洪影響處理工程位于蕪湖市三山區。工程內容主要包括引橋及道路與堤防的銜接工程、堤防加固工程、岸坡防護工程、近堤段樁基周邊與陸域管道敷設段防滲處理工程、堤防及岸坡安全監測等。

3.2 高壓旋噴樁截滲工程設計

根據工程施工的總體規劃，對迎水側堤腳位置采用高壓旋噴樁截滲墻的方式防滲，高壓旋噴樁截滲墻設計長度983.3m，距離堤腳1.5m，樁徑0.8m，搭接0.3m，頂部開挖1m 深度回填粘土，粘土壓實系數不小于0.93，共設計1966 根旋噴樁，單樁長度25m，總長度49150m，平面布置和斷面如圖2 和圖3 所示。

圖2 平面布置圖

圖3 斷面示意圖

施工過程采用LPB-II 型和MDL-150D 型高壓旋噴樁機及包含有高壓注漿泵、空壓機和泥漿泵的灰漿攪拌系統，其設計參數如表1 所示。

表1 高壓旋噴灌漿參數表

依據上述高壓旋噴灌漿參數表和計算公式（1），可知單樁噴漿量為9.625m3，據此計算單根樁水泥用量，按照水灰比（重量比）為1∶1的配比，水泥的密度在1.35～1.5g/cm3之間，通過1∶1 現場試配后，用比重計測量水泥漿的密度為1.35g/cm3，單根樁的水泥摻入量為9.625m3×1.35t/m3/2=6.50t，每米水泥用量為6.5t/25=260kg。

3.3 防滲質量保證

為確保岸坡防滲工程質量，施工前必須對水泥、水、外摻劑等材料進行質量檢驗，驗證高壓噴射設備的性能，并對壓力表、流量表進行檢定或校準。施工過程中，需定期檢查壓力、水泥漿量、提升速度、旋轉速度、下管深度等參數，同時核實施工程序的執行情況。施工結束后，對樁體強度、平均直徑以及單樁與復合地基的承載力等進行檢驗。

高壓旋噴樁的防滲技術質量檢查必須按照工程類型和深度，采用圍井、鉆洞或其他合適的方式加以檢測。檢測任務應當優先布置在地層復雜、滲漏強烈、可能出現工程質量問題的地方，并在隨機確定的位置實施抽查，以保證全面檢測墻體工程質量。

1）室內試驗

一是進行漿液配比試驗；二是進行物理學性能測定。

2）開挖檢查

完成現場噴射施工后，一旦凝結體達到一定強度，即可進行開挖檢查。每500m的距離應設置一處開挖檢查點，每個檢查點的長度為35m，深度為2.54m。合格標準包括確保成墻墻體連接牢固可靠，同時滿足墻體的規定厚度要求。這樣的檢查流程能夠有效驗證噴射施工的質量，確保凝結體的結構完整性和符合設計規范。

3）鉆孔方法檢查

墻體鉆孔檢查宜在該部位高噴灌漿結束28 天后進行。每個單元工程布置1 個檢查孔，檢查孔孔位宜布置在墻體中心線上，取全孔注水和壓水試驗進行評定。鉆孔深度宜小于板墻深度1～2m。鉆孔取芯做芯樣柱狀圖，芯樣完整，噴漿均勻，強度均勻。

4）低應變檢測

通過應用穩態激振原理，對樁頂進行輕微振動，隨后記錄并繪制樁頂速度時程曲線。在對波動情況進行詳盡分析后，最終評估旋噴樁的完整性。為了充分了解結構狀況，隨機選取60 根旋噴樁進行低應變檢測，并將檢測結果匯總如表2 所示。

表2 低應變檢測結果表

根據表2 可知，隨機抽檢的60 根旋噴樁中，Ⅰ級和Ⅱ級分別占比96.7%和3.3%，該結果表明高壓旋噴樁施工質量達到設計標準。

4 結束語

二管法高壓旋噴樁技術作為一種高效率、低污染的岸坡防滲加固施工技術，能夠有效實現岸坡防滲加固，解決岸坡工程不均勻沉降問題。蕪湖長江LNG 內河接收站項目防洪影響處理工程高壓旋噴樁施工完成后，經過現場檢測、室內分析等技術檢驗，整體防滲結構完整，承載力和穩定性明顯提高。該技術可為類似岸坡工程提供高效可行的解決方案