高壓旋噴樁地基處理技術(shù)工法特點(diǎn)分析

王小彬

（山西辛安泉供水工程有限公司，山西 長(zhǎng)治 046000）

高壓旋噴樁地基處理技術(shù)工法特點(diǎn)分析

王小彬

（山西辛安泉供水工程有限公司，山西 長(zhǎng)治 046000）

高壓旋噴灌注樁就是利用鉆機(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)至土層的預(yù)定位置后，以高壓設(shè)備使水或漿液以20 MPa左右的高壓流噴射、沖擊、破壞土體，并隨漿液結(jié)合、凝固成固體，隨著噴嘴不停地旋轉(zhuǎn)、提升，最終形成圓柱狀樁體，與周?chē)馏w形成復(fù)合地基，提高地基承載力。通過(guò)淜頭水電站高壓旋噴樁實(shí)例，簡(jiǎn)單分析了高壓旋噴樁技術(shù)及工法特點(diǎn)。

旋噴灌注樁；旋噴參數(shù)；雙管法；淜頭水電站

1 概況

1.1 工程概況

淜頭水電站工程位于山西省平順縣北耽車(chē)鄉(xiāng)北耽車(chē)村上游約400 m的濁漳河干流上，控制流域面積10458 km2。主要包括9孔攔河閘段、左右岸坡連接壩段、水電站發(fā)電站主副廠房、啟閉機(jī)房、消力池等水工建筑物，水庫(kù)總庫(kù)容425萬(wàn)m3，電站總裝機(jī)1200 kW，工程建筑物等級(jí)為4等。

1.2 地質(zhì)狀況

壩區(qū)地貌主要為剝蝕構(gòu)造中山區(qū)與山前洪沖積、洪積區(qū)，區(qū)域內(nèi)出露的地層有古生界。本區(qū)地下水分為碳酸巖類(lèi)溶裂隙水和松散巖類(lèi)孔隙水兩種類(lèi)型，地下水多有兩岸向溝谷流動(dòng)，由上游向下游流動(dòng)。壩址處河谷呈“U”型，高程588～910 m，閘址段溝谷平坦寬闊，寬約190 m，河谷內(nèi)常年流水，河水位高程588 m左右，河床覆蓋層厚5~28 m，具有中等透水性，巖性上部為低液限粘土層、卵石混合土層，下伏基巖為泥質(zhì)頁(yè)巖，基巖強(qiáng)風(fēng)化層厚度5~8 m，弱風(fēng)化層厚度10~15 m。

工程場(chǎng)址主要存在壩基覆蓋層及基巖滲漏問(wèn)題，覆蓋層滲漏變形問(wèn)題，繞閘基滲漏問(wèn)題，土體承載力低及不均勻變形等問(wèn)題。

2 壩基旋噴灌注樁設(shè)計(jì)

豎向承載旋噴樁復(fù)合地基承載力特征值，可按下式計(jì)算：

式中：fspk——復(fù)合地基承載力特征值，kPa；

m——面積置換率；

Ra——單樁豎向承載力特征值，kPa；

Ap——樁的截面積，m2，取0.785；

β——樁間土承載力折減系數(shù)，取0.75；

frk——處理后樁間土承載力特征值。

經(jīng)計(jì)算，面積置換率m為0.18，復(fù)合地基承載力為250 KPa。

3 鉆孔布置

壩基基礎(chǔ)處理采用高壓旋噴樁復(fù)合地基處理方案，高壓旋噴樁布置在閘基閘室段范圍內(nèi)，樁號(hào)為0+000.00-0+160.00。設(shè)計(jì)樁徑1.0 m，樁距2.2 m（加密區(qū)1.7 m），梅花形布置，鉆孔鉆入基巖下0.5 m。孔位布置共分為87 m表孔泄洪閘段、33.5 m表孔、底孔及電站進(jìn)水口段及39.5 m左岸擋水壩段共三段160 m，布樁共計(jì)1317根。

4 施工方案

4.1 施工流程

鉆機(jī)就位→鉆孔→試噴→噴漿作業(yè)→結(jié)束→拔管→清理。

4.2 鉆機(jī)選用

本工程主要采用回轉(zhuǎn)地質(zhì)鉆機(jī)及鉆噴一體機(jī)兩種機(jī)型，自上而下一次成孔、膨潤(rùn)土泥漿固壁工藝。

4.3 鉆孔孔徑

位于30-42列（滲0+50.894—滲0+73.754）設(shè)計(jì)樁頂處于粉質(zhì)粘土層的高噴樁，粘土層控制不小于150 mm，以下卵石層至終孔不小于110 mm，深入基巖0.5 m；位于1-29列和43-87列設(shè)計(jì)樁頂處于卵石層的高噴樁，開(kāi)孔至終孔不小于110 mm，深入基巖0.5 m，鉆孔孔徑根據(jù)實(shí)際地層情況確定。

4.4 漿液配制

高噴灌漿采用P.O42.5的普通硅酸鹽水泥，漿液配合比為1.2∶1和1∶1（水∶水泥），采用高速攪拌機(jī)攪拌，純拌合時(shí)間不少于30 s，保證連續(xù)制漿。漿液在使用前過(guò)篩，自制備到使用完畢不超過(guò)4 h。水泥漿液配比見(jiàn)表1。（注：括號(hào)中數(shù)字適用于水灰比1:1工況。）

表1 水泥漿液配比

5 高噴主要施工參數(shù)選定

5.1 高壓旋噴樁主要施工參數(shù)

高壓旋噴樁施工參數(shù)主要根據(jù)地層情況決定，可采用雙管法和三管法，如表2所示。

表2 旋噴樁高噴灌漿施工參數(shù)一覽表

5.2 高壓旋噴樁形式

通過(guò)施工單位進(jìn)行試驗(yàn)樁采用的“雙管法”及“三管法”成樁情況分析，結(jié)合地層勘探資料，位于30-42列（滲0+50.894—滲0+73.754）設(shè)計(jì)樁頂處于粉質(zhì)粘土層，地基土粘土層分部相對(duì)較厚，為取得較好復(fù)噴效果，高噴樁采用“三管復(fù)噴法”旋噴的形式。

位于1-29和43-87列設(shè)計(jì)樁頂處于卵石層的高噴樁采用“雙管法”的形式。樁徑1.0 m，樁距2.2 m，梅花形布樁，分兩序施工，先施工一序孔，后施工二序孔。

6 噴射作業(yè)質(zhì)量控制

6.1 地面試噴

鉆孔經(jīng)驗(yàn)收，高噴臺(tái)車(chē)就位對(duì)準(zhǔn)孔口后，為了直觀檢查高壓系統(tǒng)的完好性以及是否能夠滿(mǎn)足使用要求，首先應(yīng)進(jìn)行地面試噴。

6.1.1 噴漿作業(yè)

噴管下至制定深度厚，即可供漿、供風(fēng)開(kāi)噴。首先靜噴1～3 min，待各壓力參數(shù)和流量參數(shù)均達(dá)到要求，且孔口已返出漿液時(shí)，即可按既定的提升速度和旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行噴射灌漿。

高噴灌漿應(yīng)全孔自下而上連續(xù)作業(yè)。作業(yè)中因拆換噴射管而停頓后，搭接高噴長(zhǎng)度不小于20 cm。

6.1.2 提升速度的控制

位于30-42列（滲0+50.894—滲0+73.754）高噴樁噴射作業(yè)按下列要點(diǎn)進(jìn)行：

噴管下至鉆孔孔深后開(kāi)始卵石層噴漿，噴漿至卵石與粘土層結(jié)合面，停止送漿，用高壓水按5 cm/min的提升速度噴射至超出設(shè)計(jì)樁頂高程50 cm，然后將噴射管下放至停漿部位以下30 cm，開(kāi)始送漿，再按7 cm/min的提升速度噴射至超出設(shè)計(jì)樁頂高程50 cm。

位于1-29和43-87列高噴樁，首先對(duì)于卵石層中的粘土夾層，卵石層提升速度10cm/min，黏土層提升速度5 cm/min，卵石層與粘土層結(jié)合面上下30 cm范圍內(nèi)，降低提升速度按5 cm/min提升，確保結(jié)合面噴漿質(zhì)量；其次在噴至距設(shè)計(jì)樁頂高程50 cm時(shí)，靜噴1 min后按8 cm/min的速度提升2 min后再靜噴1 min，再按8 cm/min的速度提升2 min再靜噴，直至設(shè)計(jì)高程，然后繼續(xù)按8 cm/min的速度提升至超過(guò)設(shè)計(jì)高程50 cm。

6.1.3 回灌

待噴漿結(jié)束后，利用下一孔噴濺過(guò)程中的回漿或新制漿液進(jìn)行回灌，直至孔內(nèi)漿面不再下沉為止。

6.1.4 封孔

高噴灌漿經(jīng)回灌后，地面空孔部分用壤土回填封孔。

6.1.5 廢漿處理

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)灌漿機(jī)較多，漿液返漿到地面后，會(huì)產(chǎn)生大量廢棄漿液，如果不妥善進(jìn)行處理，廢漿液就很容易流向下游河道，隨河水流向下游，污染環(huán)境，為此，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置約200 m3矩形廢漿處理池一座，用于階段性容納地面返漿，返漿經(jīng)過(guò)凝固后定期由自卸汽車(chē)?yán)?，另作他用?/p>

7 幾種特殊情況處理

7.1 樁徑不足

現(xiàn)場(chǎng)因地層出現(xiàn)硬粘土層，使樁徑達(dá)不到要求，通?？煽紤]以下措施：第一加大徑鉆機(jī)口徑、增大壓力水頭和漿液流量等旋噴參數(shù)以增加成樁直徑；第二按照“兩慢一重復(fù)”進(jìn)行慢速?lài)姖{，即變慢旋轉(zhuǎn)速度、變慢提升速度,重復(fù)噴漿；第三結(jié)合靜液注漿等局部修復(fù)方法使得旋噴樁徑達(dá)到要求。第四可采用多重管法，但該方法較復(fù)雜，不僅要輸送高壓水，而且還要同時(shí)將沖下來(lái)的土、石抽出地面，因此管徑較大，達(dá)到Φ300。目前在我國(guó)尚未大規(guī)模使用，經(jīng)驗(yàn)不足，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際情況，并考慮施工周期及經(jīng)濟(jì)費(fèi)用。

7.2 樁體形狀不規(guī)則

在非均質(zhì)或有裂隙土中，旋噴的圓柱體不勻稱(chēng)，固結(jié)體常在某個(gè)方向多出固結(jié)塊，且外表粗糙，三重管旋噴固結(jié)體受氣流影響，在黏砂土中外表格外粗糙，這些可通過(guò)調(diào)整噴射壓力、注漿量、噴嘴移動(dòng)方向和提升速度來(lái)控制。

7.3 串漿及冒漿不正常

高噴樁灌漿過(guò)程中發(fā)生串漿時(shí)，應(yīng)填串漿孔，待灌漿孔高噴灌漿結(jié)束，盡快對(duì)串漿孔掃孔，進(jìn)行高噴灌漿，或繼續(xù)鉆進(jìn)。

噴射過(guò)程中，從冒漿成分和流量大小可大致了解噴射注漿質(zhì)量和地層情況，以及噴射效果和噴射參數(shù)的合理性。冒漿量大小與噴射類(lèi)型、被噴射地層及進(jìn)漿量有關(guān)。冒漿量過(guò)大或過(guò)小均不正常，以注漿量的20%為界，應(yīng)及時(shí)分析原因進(jìn)行處理。

發(fā)生冒漿量過(guò)大通常是有效噴射范圍與注漿量不相適應(yīng)有關(guān)，可通過(guò)提高噴射注漿壓力，適當(dāng)縮小噴嘴孔徑，調(diào)整靜噴時(shí)間等措施來(lái)解決。

7.4 返漿異常

地層中若存在較大孔洞引起不冒漿或發(fā)生嚴(yán)重漏漿情況，若在鉆孔中發(fā)生漏漿，則應(yīng)當(dāng)加大鉆進(jìn)泥漿的濃度，在泥漿中摻加沙子，或向孔內(nèi)填入其他堵漏材料，使其恢復(fù)孔口正常返漿。

7.5 噴射管安裝及沖洗

7.5.1 裝、卸噴射管

裝、卸噴射管時(shí)，采取的措施：密封、加快裝卸動(dòng)作以防止噴嘴堵塞。

7.5.2 噴管沖洗

當(dāng)噴射到超出設(shè)計(jì)高程50 cm后迅速拔出噴射管，并及時(shí)將各管路沖洗干凈，以防管嘴附近上黏著的漿液凝固堵塞管嘴。

8 質(zhì)量控制

在灌注過(guò)程中嚴(yán)格質(zhì)量控制，首先從水泥、膨潤(rùn)土等原材料進(jìn)場(chǎng)，到鉆機(jī)設(shè)備，施工原始記錄進(jìn)行嚴(yán)格控制。水泥保證從正規(guī)大廠家進(jìn)貨，保證原材料符合要求。其次在造孔、灌漿整個(gè)過(guò)程中，監(jiān)理要實(shí)行全天候旁站，完整記錄施工過(guò)程，特別是對(duì)孔位、孔深、灌漿壓力、開(kāi)噴時(shí)間、提升速度、水泥用量等要詳細(xì)記錄，每個(gè)孔位開(kāi)噴前要簽發(fā)開(kāi)噴證方可開(kāi)噴。

高壓旋噴樁質(zhì)量檢查包括旋噴樁單樁樁體開(kāi)挖檢查、室內(nèi)試驗(yàn)、鉆孔檢查、載荷試驗(yàn)及其他非破壞性試驗(yàn)等五類(lèi)方法。本工程通過(guò)單樁豎向靜載試驗(yàn)和復(fù)合地基靜載試驗(yàn)，單樁豎向承載力特征值和復(fù)合地基承載力特征值分別達(dá)到850 KN和250 KPa，均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

9 結(jié)語(yǔ)

淜頭水電站閘壩基礎(chǔ)經(jīng)高壓旋噴樁處理后，與樁間土形成復(fù)合地基共同承受上部荷載。在隨后的閘壩基礎(chǔ)施工中，鑿除樁頭后樁頂鋪設(shè)30 cm厚的碎石褥墊層，均勻地?cái)U(kuò)散基底壓力，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。目前淜頭水電站已并網(wǎng)發(fā)電，開(kāi)始發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益。

TV223

C

1004-7042（2017）09-0039-03

王小彬（1965-）男，1988年畢業(yè)于太原工業(yè)大學(xué)農(nóng)田水利工程專(zhuān)業(yè)，工程師。

2017-07-10；

2017-08-16