高壓旋噴技術(shù)在穿黃導(dǎo)流圍堰工程中的應(yīng)用

蔣學(xué)武，崔慶瑞

（1.南水北調(diào)東線穿黃工程北區(qū)建管局，山東 聊城 252000；2.聊城市黃河河務(wù)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(zhǎng)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(jié)構(gòu)，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(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；消力池與明渠相接的扭面段長(zhǎng)50 m，斷面由矩形漸變?yōu)樘菪?，底板采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩側(cè)為漿砌石扭面擋墻；明渠段長(zhǎng) 140 m，底寬 16 m，邊坡 1∶3，梯形斷面，采用預(yù)制混凝土板護(hù)砌。

1.2 與灌區(qū)干渠交叉

南水北調(diào)穿引黃渠埋涵在位山閘后110 m處與位山灌區(qū)東、西干渠交叉，涵洞施工與2009年引黃濟(jì)津（入冀）同時(shí)進(jìn)行。位山灌區(qū)西渠引水期間，施工東渠埋涵，為保證調(diào)水、施工兩不誤，需修臨時(shí)導(dǎo)流工程，滿足西渠引黃濟(jì)津（入冀）、東渠灌溉引水需要，同時(shí)防止高水頭下水流滲透對(duì)基坑降、排水造成的影響。

1.3 應(yīng)用背景

在保證西渠引黃濟(jì)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(nèi)修建月牙形臨時(shí)導(dǎo)流圍堰。2009年引黃濟(jì)津 （入冀）持續(xù)時(shí)間6個(gè)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(shí)導(dǎo)流圍堰斷面、增加西渠過流寬度，采用高壓旋噴樁對(duì)臨時(shí)導(dǎo)流圍堰進(jìn)行加固、防滲。臨時(shí)導(dǎo)流圍堰主要為砂土、砂壤土，渠道底部為黃河沖積土層，土質(zhì)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(jié)合形成一道防滲止水帷幕，阻擋西渠水流滲入東渠。

2 導(dǎo)流方式和旋噴樁布置

2.1 導(dǎo)流方式

為加快施工進(jìn)度、保證施工安全、滿足引黃濟(jì)津（入冀）引水需要，設(shè)計(jì)變更后先進(jìn)行東渠埋涵施工。首先，拆除設(shè)計(jì)開挖邊線范圍內(nèi)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(shí)進(jìn)行。最后，在生產(chǎn)橋下游180 m處設(shè)立分水口，寬度與東渠相同，利用分水口調(diào)節(jié)東、西渠引水流量。為防止東渠閘門漏水進(jìn)入基坑，東渠開挖時(shí)先進(jìn)行清基，將部分可用于回填的開挖土方臨時(shí)堆放在基坑兩側(cè)，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(zhǎng)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(shè)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(jù)開挖坡度、臨時(shí)圍堰穩(wěn)定計(jì)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(jì)津（入冀）水流對(duì)圍堰長(zhǎng)時(shí)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(jìn)行加固。

3 旋噴樁施工方案和質(zhì)量控制

3.1 施工方案

根據(jù)西渠河道寬度，考慮到2009年引黃濟(jì)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(tài)。高壓旋噴樁施工完成后，將樁外側(cè)渠底37.8m高程以上的土方挖除，利用旋噴樁和樁內(nèi)側(cè)土圍堰阻擋西渠引水進(jìn)入東渠，加大西渠引水?dāng)嗝妫瑫r(shí)形成垂直滲水帷幕。

高壓旋噴樁施工方案如下：土圍堰布設(shè)單排深層旋噴樁，迎水側(cè)再用淺層旋噴樁加固。當(dāng)鉆機(jī)鉆到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，用旋噴臺(tái)車把安有水平噴嘴的注漿管下到孔底，利用高壓設(shè)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(dá)到加固、防滲的目的。

3.2 施工工藝和參數(shù)選擇

3.2.1 工藝流程

測(cè)量放線定位-引孔鉆機(jī)就位-開孔檢查-鉆進(jìn)成孔-清孔移鉆-啟動(dòng)空壓機(jī)送風(fēng)-漿液配制泵送-插入高噴管-高噴作業(yè)-觀察高噴參數(shù)-回灌-孔內(nèi)保持滿漿-轉(zhuǎn)入下一孔位。

3.2.2 施工順序

打試驗(yàn)樁2～3根，根據(jù)施工工藝及旋噴效果確定施工參數(shù)。進(jìn)行旋噴樁施工時(shí)，鉆孔、灌漿采用打一跳一法，先 1、3、5……，后 2、4、6……，交叉進(jìn)行?？拷炙畨εc砌石結(jié)合處，旋噴樁中心距離分水墻0.4m，連續(xù)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(jié)合，防止?jié)B水。

3.2.3 施工參數(shù)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(shù)參數(shù)，對(duì)照地質(zhì)條件、加固要求，從有利于提高成樁效果和樁體質(zhì)量的角度出發(fā)，綜合考慮西渠引水等各種因素的影響，在保證安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的前提下通過試驗(yàn)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(shè)計(jì)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(jī)拌制，拌和時(shí)間不少于30s，連續(xù)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(zhuǎn)速 9 r/min。

3.3 施工質(zhì)量控制和保證措施

3.3.1 質(zhì)量控制

現(xiàn)場(chǎng)定位放樣，鉆機(jī)安設(shè)在設(shè)計(jì)孔位上，就位后用水平尺掌握機(jī)臺(tái)水平，使鉆桿軸線垂直對(duì)準(zhǔn)鉆孔中心位置，傾斜度小于1.5%。高噴臺(tái)車對(duì)準(zhǔn)孔口后，先在地面進(jìn)行漿、氣試噴，檢查各項(xiàng)工藝、參數(shù)，符合設(shè)計(jì)要求后將噴射管下至設(shè)計(jì)深度，由上而下進(jìn)行噴射作業(yè)。漿液拌制經(jīng)兩道過濾網(wǎng)過濾，防止噴嘴發(fā)生堵塞。及時(shí)檢查漿液初凝時(shí)間、注漿流量、風(fēng)量、壓力、旋噴提升速度等，待壓力和流量參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求、孔口返出漿液時(shí)，按既定的提升速度進(jìn)行噴射灌漿；高噴灌漿保持全孔連續(xù)一次作業(yè)，拆卸或安裝注漿管動(dòng)作要快。為增加樁的端承力，在樁底部旋轉(zhuǎn)噴漿不提升，增加此部位的攪拌效果，擴(kuò)大樁體直徑，形成樁底盤。樁頂以下、渠底以上4m范圍內(nèi)承受的荷載較大，復(fù)噴提鉆時(shí)適當(dāng)降低提升速度，增加樁體的密實(shí)度。深層噴射時(shí)，先噴射后旋轉(zhuǎn)、提升，防止注漿管扭斷。出現(xiàn)壓力下降、上升、冒漿異常、不返漿等情況時(shí)，查明原因后及時(shí)處理。供漿正常情況下，孔口回漿密度變小、不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，加大進(jìn)漿密度或進(jìn)漿量。高噴灌漿結(jié)束后，充分利用孔口回漿，直至漿面不下降為止。及時(shí)拔出注漿管，徹底清洗注漿管、注漿泵和漿液攪拌機(jī)，管內(nèi)不殘存水泥漿，以防管路堵塞。

3.3.2 保證措施

嚴(yán)把工序管理關(guān)，對(duì)鉆機(jī)、高壓泵、配料等關(guān)鍵工序配備熟練的技術(shù)工人操作，定崗、定責(zé)，嚴(yán)格獎(jiǎng)懲制度。設(shè)備安裝平穩(wěn)對(duì)正，開孔前檢查樁位和開孔角度，施工時(shí)控制好旋噴樁的標(biāo)高并詳細(xì)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(xiàn)場(chǎng)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(rùn)土泥漿護(hù)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(yàn)檢查，防止噴嘴堵塞。高噴管下至距孔底0.5 m時(shí)，先啟動(dòng)漿泵送漿，同時(shí)旋轉(zhuǎn)下放，下至孔底后啟動(dòng)高壓泵和空壓機(jī)，各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到正常后提升。嚴(yán)把水泥質(zhì)量關(guān)，嚴(yán)格按照配比配制漿液，經(jīng)常測(cè)定漿液比重，及時(shí)統(tǒng)計(jì)各孔的材料用量，旋噴過程中防止水泥沉淀。旋噴作業(yè)中，注意觀察氣、漿壓力和流量，發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象立即停止提升，查明原因及時(shí)處理。分節(jié)拆卸高噴管時(shí)動(dòng)作要快，盡量縮短停機(jī)時(shí)間。因故停機(jī)時(shí)將噴管下放至超過原噴深度0.5 m處，重新開機(jī)作業(yè)時(shí)可避免斷樁。采用兩序施工，掌握間隔時(shí)間，防止串孔。及時(shí)回灌，保持孔內(nèi)漿液飽滿，連續(xù)施工時(shí)可采用冒漿回灌。

施工時(shí)，對(duì)高壓泥漿全面檢查、清洗，防止泵體殘?jiān)?、鐵屑存在。密封圈完整、無泄漏，安全閥中的安全銷進(jìn)行試壓檢驗(yàn)，確保能在額定量、高壓力時(shí)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(nèi)使用，屈彎大于規(guī)定的彎曲半徑，密切注意孔內(nèi)管路情況，防止孔內(nèi)堵塞和高壓管爆裂傷人。旋噴注漿在高壓下進(jìn)行，過濾后的漿液顆粒小于噴嘴直徑。高壓泵設(shè)有安全裝置，超過允許泵壓后自動(dòng)停止。長(zhǎng)時(shí)間中斷旋噴時(shí)，要及時(shí)用清水沖洗輸漿系統(tǒng)。操作人員熟悉注漿全過程，掌握鉆機(jī)旋噴注漿性能，規(guī)范操作。

4 施工應(yīng)注意問題及處理措施

（1）采用孔內(nèi)旋噴，鉆桿懸空段長(zhǎng)、容易歪斜，達(dá)不到旋噴樁平面布置的精度，旋噴鉆桿置入鉆頭時(shí)鉆桿接頭容易被拍松、拍斷，造成旋噴漏漿事故，影響施工質(zhì)量和進(jìn)度。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，可以左右、前后移動(dòng)臺(tái)車，保持臺(tái)車水平和鉆桿豎直，以保證旋噴點(diǎn)位準(zhǔn)確。

（2）高壓旋噴是利用高壓流噴射成樁，參數(shù)設(shè)置與土質(zhì)種類、密實(shí)度密切相關(guān)，不同土質(zhì)決定參數(shù)的選擇、管數(shù)的使用。對(duì)試驗(yàn)樁進(jìn)行開挖檢查、實(shí)測(cè)實(shí)量，隨時(shí)調(diào)整參數(shù)，實(shí)行動(dòng)態(tài)管理。通過試驗(yàn)選擇合理的參數(shù)和控制措施，可保證成樁質(zhì)量。

5 結(jié)語

高壓旋噴樁施工時(shí)，部分土體被置換，經(jīng)過旋噴注漿，周圍土體由松散到固結(jié)，有利于周圍土體加固、強(qiáng)度提高。加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)管理，嚴(yán)格按照規(guī)范、工序操作，合理選定技術(shù)參數(shù)，是保證高壓旋噴樁順利實(shí)施和成樁質(zhì)量的關(guān)鍵。實(shí)踐證明，連續(xù)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(dá)到了預(yù)期的目的，起到了加固、防滲效果。