沿海地區(qū)水閘工程軟土地基高壓旋噴樁施工方法及質(zhì)量控制研究

摘 要：本文針對沿海地區(qū)水閘工程軟土地基處理中高壓旋噴樁施工技術進行了深入研究，首先，認真分析軟土地基對水閘工程的影響，闡述了高壓旋噴樁的施工原理、工藝流程及關鍵參數(shù)控制；其次，探討了施工過程中的質(zhì)量控制措施，施工前準備、施工過程監(jiān)控和施工后檢測；再次，提出了參數(shù)調(diào)整、工藝改進、特殊地基處理等軟地基的工程優(yōu)化策略；最后，通過工程案例驗證了所提出方法和措施的有效性。結果表明，高壓旋噴樁合理的施工方法和嚴格的質(zhì)量控制可顯著提高軟土地基的承載力和穩(wěn)定性，為沿海地區(qū)水閘工程的安全運行提供可靠保障。

關鍵詞：沿海地區(qū)水閘；軟土地基；高壓旋噴樁；施工方法；質(zhì)量控制

隨著沿海地區(qū)經(jīng)濟的快速發(fā)展，沿海地區(qū)的水閘工程在防洪、排澇、擋潮等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。然而，沿海地區(qū)廣泛分布的軟土地基給水閘工程建設帶來了巨大挑戰(zhàn)。軟土地基所具有的強度低、壓縮性高、透水性差等特點，容易導致建筑物沉降、失穩(wěn)等問題，嚴重影響水閘工程的安全性和耐久性［12］。

高壓旋噴樁作為一種有效的地基處理方法，廣泛應用于軟土地基加固。它通過高壓射流切割土體，將其與水泥漿液混合，形成高強度和穩(wěn)定性固體，從而改善地基性能。由于軟土地基的特殊性和水閘結構的復雜性，高壓旋噴樁在沿海地區(qū)水閘工程施工方面面臨著諸多技術難題，如樁體均勻性控制、相鄰樁體搭接質(zhì)量、施工參數(shù)優(yōu)化等。

本研究旨在探討沿海地區(qū)水閘工程軟土地基高壓旋噴樁施工方法及質(zhì)量控制，通過分析軟土地基特性、優(yōu)化施工工藝、完善質(zhì)量控制措施，為類似工程提供參考和借鑒。研究采用理論分析、現(xiàn)場試驗和工程實踐相結合的方法，系統(tǒng)解決了高壓旋噴樁施工中的關鍵技術問題，為沿海地區(qū)水閘工程軟土地基提供參考。

1 沿海地區(qū)水閘工程軟土地基特性分析

軟土地基是指由淤泥、淤泥質(zhì)土、泥漿等軟弱土層組成的具有高含水量、高孔隙率、低強度、高壓縮性的地基［34］。在沿海地區(qū)水閘工程中，軟土地基存在地基承載力不足、沉降過大、防滑穩(wěn)定性差等問題，嚴重影響水閘結構的安全性和使用功能［5］。

軟土地基對水閘工程的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面：首先，地基承載力不足可能導致水閘基礎失穩(wěn)，影響水閘結構穩(wěn)定性；其次，地基過大沉降可能引起水閘結構變形，造成閘門運行困難、止水故障等問題；再次，軟土地基的抗剪強度低，容易引發(fā)地基滑動，威脅水閘安全；最后，軟地基滲透性差可能影響排水效果，增加揚壓力，降低水閘穩(wěn)定性［6］。

針對軟土地基特性，常用換填法、預壓法、強夯法、高壓旋噴樁等方法進行處理［7］。其中，高壓旋噴樁技術以施工靈活、加固效果好、對環(huán)境影響小等優(yōu)點，在沿海地區(qū)水閘工程軟土地基處理中得到了廣泛應用［8］。通過高壓旋噴樁加固，對地基承載力的提高以及抵抗外力變形能力有明顯效果，控制地基在外力作用下沉降效果明顯，也提高了地基的強度和整體性［9］，為水閘工程的安全運行提供可靠保障。

2 高壓旋噴樁施工方法

高壓旋噴樁是一種采用高壓液體噴射沖擊力擾動土層，使土顆粒與噴射的漿液混合凝結，在凝結后形成特定形態(tài)固體，達到提高地基承載力和強度的一種方法。其原理是通過鉆桿將高壓水泥漿液噴射到土體中，同時鉆桿旋轉提升，使?jié){液與土體完全混合，形成堅固的圓筒固結體。根據(jù)噴射方法和工藝，高壓旋噴樁可分為單管法、雙管法和三管法。在沿海地區(qū)水閘工程中，通常采用雙管法，同時噴射高壓漿液和壓縮空氣，可以提高成樁質(zhì)量和效率［10］。

高壓旋噴樁施工流程主要包括施工準備、樁位放樣、現(xiàn)場鉆井裝置就位、鉆孔到設計深度、噴射注漿、旋轉提升、樁體驗收等步驟。施工前要進行場地平整、設備調(diào)試和材料準備。高壓旋噴樁施工時，對垂直鉆孔的斜率、噴射漿液與空氣的壓力、鉆桿上升的速度等參數(shù)，都有嚴格的要求，目的是確保旋噴樁的施工質(zhì)量。施工完成后，應及時進行旋噴樁樁體質(zhì)量的檢測和驗收。

高壓旋噴樁施工的關鍵參數(shù)控制對成樁質(zhì)量至關重要，主要包括噴射壓力、上升速度、旋轉速度、水泥漿液配比等。噴射壓力一般控制在20～40MPa，上升速度控制在10～25cm/min，旋轉速度控制在10～20r/min。水泥漿液的水灰比通?？刂圃?.8～1.5之間，具體取決于地質(zhì)條件和設計要求［11］。施工過程中，為確保樁體直徑和強度滿足設計要求，需要根據(jù)現(xiàn)場實際及時調(diào)整參數(shù)。

3 高壓旋噴樁施工質(zhì)量控制

高壓旋噴樁施工質(zhì)量控制是確保地基處理效果的關鍵環(huán)節(jié)。施工前質(zhì)量控制主要包括施工方案、材料檢測、設備調(diào)試和人員培訓等，施工方案應根據(jù)工程地質(zhì)條件和設計要求制訂，明確施工參數(shù)和質(zhì)量標準［12］。水泥、外加劑等材料應符合規(guī)范要求，并進行必要的性能試驗。施工時施工人員要熟悉旋噴樁施工工藝方法和質(zhì)量控制要點，對施工機械設備進行旋噴試驗調(diào)試和檢查，確保滿足旋噴樁施工要求。

施工過程中，高壓旋噴樁質(zhì)量控制是保證高壓旋噴樁質(zhì)量的關鍵環(huán)節(jié)，主要控制內(nèi)容包括樁位和垂直度控制、施工參數(shù)控制、漿液質(zhì)量控制等。樁位放樣應準確無誤，鉆孔垂直度偏差應控制在1%以內(nèi)；施工過程中按照設計要求，控制噴射漿液與空氣壓力、鉆桿上升及旋轉速度等參數(shù)，做好不間斷監(jiān)測記錄；要定期檢測水泥漿液的比重、黏度等指標，保證漿液質(zhì)量穩(wěn)定；施工中注意觀察返漿情況，出現(xiàn)異常情況及時調(diào)整施工參數(shù)，確保樁體連續(xù)性和均勻性。

施工后高壓旋噴樁質(zhì)量控制主要通過試驗檢測手段來評估成樁質(zhì)量，一般的試驗檢測方法包括鉆孔取芯、靜載試驗、低應變動力檢測驗等。鉆孔取芯可直觀觀察樁體完整性、均勻性和強度，靜載試驗可測定單樁承載力，低應變動力檢測可快速評估樁身完整性。檢測數(shù)量應符合規(guī)范要求，一般不少于總樁數(shù)的2%。對于檢測不合格的樁體，應采取補樁或加固措施，確保地基處理效果滿足設計要求。

4 軟土地基高壓旋噴樁施工優(yōu)化

由于沿海地區(qū)水閘工程軟土地基的特殊性，高壓旋噴樁施工結構需要進行相應的優(yōu)化。首先，在施工參數(shù)方面，應根據(jù)軟土地基的物理力學性質(zhì)調(diào)整施工參數(shù)。對于含水量高、強度低的軟土地基，可適當提高噴射壓力和水泥含量，降低提升速度，以增加樁體直徑和強度［13］。其次，在施工工藝方面，采用二次噴射工藝或間隔樁體施工順序，提高樁體均勻性和相鄰樁體的搭接質(zhì)量。對于深厚的軟土地基層，可以采用多排樁或長短樁結合的布置方式，提高加固效果。

特殊地基條件下的施工技術是軟土地基處理的重點和難點。對于含有砂層或硬質(zhì)中間夾層的軟土地基，樁體連續(xù)性可以采用預鉆孔或增加噴射壓力的方法來保證［14］。對于高靈敏度的軟土地基，要注意控制施工速度，盡可能減少對施工與區(qū)域周圍土體的擾動。對于臨近既有建筑物的情況，可以采用隔斷樁或控制注漿壓力的方法，減小施工對周邊環(huán)境的影響。此外，在受到潮汐影響的海域施工區(qū)域，應合理安排施工時間，避免高潮位對施工質(zhì)量的影響。

施工安全與環(huán)境保護是高壓旋噴樁施工中不可忽視的重要方面。施工前進行詳細的安全風險評估，制訂相應的應急預案；施工過程中嚴格遵守安全操作規(guī)程，特別是高壓灌漿設備的使用和維護；對于水泥漿液的配制和使用，采取防塵措施，減少對環(huán)境的污染；廢棄漿液要按照要求集中處理，避免直接排放或傾倒；按照標化工地要求，對施工現(xiàn)場加強管理，做到整潔、規(guī)范，盡量減少對工地附近環(huán)境影響。

5 工程實例分析

以某沿海地區(qū)水閘工程為例，該工程地基主要為淤泥質(zhì)黏土，含水量高，承載力低。工程基礎高壓旋噴樁設計共552根，其中上游側設計510根，閘室段設計42根，設計樁徑0.8m，樁間距1.2m，正方形布置，采用兩臺樁基跳孔式施工。

旋噴樁施工時先要對施工控制點進行測定，并且經(jīng)過復測和檢驗符合要求后，進行樁位布設，要求布設樁位誤差不得大于20mm；施工時在旋噴樁施工軸線上設置控制樁，其范圍在5～10m。另外，需要在軸線拐彎處設置固定樁，從而確保施工質(zhì)量。

該工程旋噴樁水泥漿液使用42.5普通硅酸鹽水泥制成，并采用0.08mm方孔篩對新鮮水泥進行過篩，篩余量不大于5%即為合格，水泥漿液水灰比采用1.0。制漿時采用高速攪拌機不間斷連續(xù)均勻拌制，每次拌合時間不少于30s，漿液的使用時間不能超過4h。

該水閘工程旋噴樁施工時，使用XPB900型號的噴射臺車2臺，按照要求在施工前進行漿液、空氣噴射調(diào)試試驗等，確認各施工參數(shù)符合設計后，將噴射管下至設計深度，開始高壓旋噴樁施工，施工過程中要時刻關注噴射壓力和設備情況，一旦出現(xiàn)異常，立即停止噴射，并將噴射設備提至地面維修調(diào)試后，方可繼續(xù)施工。根據(jù)現(xiàn)場試驗結果，施工采用三管法施工，將三根分別通水、通氣、通漿液的管子按照同一軸線套在一起，向土層中壓入空氣、水和漿液。其中，漿液壓力在25MPa左右，水壓力在20MPa左右，壓縮空氣壓力在0.6～0.8MPa左右，為確保施工質(zhì)量，要求鉆桿的提升速度應小于0.2m/min。工藝流程與施工程序見圖1。

圖1 高壓旋噴樁施工工藝流程圖

在施工過程中，發(fā)現(xiàn)有10%～20%返漿量漿液，為了防止返漿對周圍水環(huán)境以及生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響，要對返漿進行沉淀達到排放標準后方可排放。

施工質(zhì)量控制方面，實施了全過程監(jiān)控。施工前進行了詳細的場地勘察和設備調(diào)試。施工過程中，采用自動化監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)測記錄施工中各個參數(shù)；施工過程中為防止串漿，常采用間隔兩孔施工的方法，為保證施工質(zhì)量，要求旋噴樁施工時相鄰樁體施工間隔時間最少應間隔48h。另外，還要定期進行漿液性能檢測，每天常態(tài)化量測漿液比重，嚴格控制水泥用量，確保漿液配比符合設計要求。

高壓旋噴過程中，為防止?jié){液沉淀使得勻質(zhì)性發(fā)生變化，要對漿液進行不間斷攪動；按照設計要求確保噴漿漿液鉆桿提升速度小于0.2m/min，且要連續(xù)均勻不發(fā)生間斷，防止出現(xiàn)噴射壓力不穩(wěn)定以及串漿、冒漿等情況。

在樁基礎進行接樁時，要防止斷樁出現(xiàn)，在接樁時加深30cm重復噴射，確保施工質(zhì)量。在高壓旋噴樁施工完成后，及時進行返漿回灌，要防止出現(xiàn)水泥漿液固結收縮致使樁體頂面下降，樁體高度不滿足設計要求的質(zhì)量問題。

該水閘工程在高壓旋噴樁施工結束后，按規(guī)范要求進行鉆孔取芯和靜載試驗。在檢查樁身完整程度、土層攪拌均勻情況以及樁身長度時采用鉆孔取芯的方法，為保證取樣的合理性，施工樁體經(jīng)過28天齡期后，在每根樁相對均勻部位取芯檢測，要求設計的無側限抗壓強度達到1.2MPa，滲透系數(shù)不超過1×10-4cm/s。檢驗點的數(shù)量不少于施工孔數(shù)的2%，且不少于6個點。檢測結果表明，樁體完整性良好，單樁承載力滿足設計要求，地基承載力提高了2～3倍。

通過本工程實踐，總結出以下經(jīng)驗：首先，針對軟土地基特性，適當調(diào)整施工參數(shù)可顯著提高成樁質(zhì)量；其次，全過程質(zhì)量控制是確保地基處理效果的關鍵，特別是對材料、施工工藝方法等控制；最后，采用先進的監(jiān)測技術和檢測方法，可有效評估施工質(zhì)量，為工程驗收提供可靠依據(jù)。這些經(jīng)驗為類似工程提供了有價值的參考。

結語

本文對沿海地區(qū)水閘工程軟土地基高壓旋噴樁施工方法及質(zhì)量控制進行了系統(tǒng)探討。通過實際工程實踐，高壓旋噴樁是處理沿海地區(qū)水閘工程軟土地基的有效方法，可顯著提高地基承載力和基礎穩(wěn)定性。施工過程中選擇合理參數(shù)以及施工工藝的優(yōu)化是確保高壓旋噴樁質(zhì)量的關鍵，同時施工中要結合工程軟土地基特性進行針對性調(diào)整。對于施工質(zhì)量的控制，特別要做好施工前準備、過程監(jiān)控和施工后檢測，確保工程地基處理效果。對特殊基礎條件要結合工程實際，在施工過程中采用既能確保地基的施工質(zhì)量，又有利于施工安全、對環(huán)境影響比較小的施工方法和工藝，同時也應該考慮施工難度與經(jīng)濟效益。通過工程實例，分析驗證了該沿海地區(qū)水閘工程軟土地基高壓旋噴樁對地基處理的有效性，為類似工程提供參考。后期的研究就高壓旋噴樁與其他軟土地基處理方法的聯(lián)合應用及智能化施工和質(zhì)量控制技術的發(fā)展進行進一步研究，以不斷提高沿海地區(qū)水閘工程軟土地基處理的效率和質(zhì)量。

參考文獻：

［1］李亮.水利工程軟地基處理中高壓旋噴樁施工［J］.山西水利，2019（11）：2021+29.

［2］張秉林，王輝.高壓旋噴在金鐘河防潮閘樞紐拆除重建工程中的應用［J］.科技創(chuàng)新導報，2010（16）：108.

［3］王志豐，沈水龍.單根水平旋噴樁施工引起周圍土體變形的實用計算方法研究［J］.工程力學，2017，34（5）：7883+104.

［4］劉勇，孫星亮，朱永全，等.水平旋噴預支護技術在鐵路隧道中的應用［J］.巖石力學與工程學報，2002（6）：905909.

［5］李朦，胡紅勝，房偉，等.基于軟土樁基礎水閘應力穩(wěn)定性分析［J］.科學技術創(chuàng)新，2025（03）：101104.

［6］龍偉文.水閘軟土工程地質(zhì)性狀及軟基處理分析［J］.內(nèi)蒙古水利，2024（03）：9091.

［7］劉強.水利施工中軟土地基處理措施研究［J］.工程與建設，2024，38（05）：10791081.

［8］賴鵬燕.高壓旋噴樁在沿海軟基加固中的應用［J］.四川水泥，2022（11）：163165.

［9］孔紀.高壓旋噴樁在軟基處理中的應用研究［J］.太原城市職業(yè)技術學院學報，2019（03）：169170.

［10］薛哲.高壓旋噴樁施工技術在軟基處理中的應用［J］.河南水利與南水北調(diào)，2012（12）：106107.

［11］張勇.高壓旋噴樁施工技術在軟基處理中的應用［J］.四川建材，2023，49（10）：8890.

［12］黃靈玲，蔣如潔，何文光.高壓旋噴樁施工技術要點及質(zhì)量保證措施探析［J］.黑龍江水利科技，2023，51（04）：137139+143.

［13］李啟闊.堤防改造工程中的高壓旋噴樁工藝優(yōu)化研究［J］.四川水利，2023，44（02）：6972.

［14］孫亮，劉鑫磊，宮亞峰，等.考慮土體不均勻變形和臨近結構物力學行為的高壓旋噴樁優(yōu)化研究［J］.現(xiàn)代隧道技術，2022，59（S2）：8695.

作者簡介：金芝龍（1972— ），男，漢族，浙江杭州人，碩士研究生，高級工程師，主要從事水利工程基礎處理及研究。