水利工程中高压旋喷注浆技术的应用

中山市地处珠江三角洲冲积平原，有很厚的海陆交互相沉积的软土层.其具有含水量高、孔隙比大、压缩系数大、承载力低等特性。因此，在软土地基上建造水工建筑物及施工就比较复杂，若在设计或施工中稍有疏忽，就会给施工单位造成不必要的麻烦和经济损失。

工程概况

此工程位于中山市歧江河东河口，下连横门水道，是中山市最大、最重要的水利工程，属大(二)型工程。该枢纽工程包括水闸、船闸、泵站三项工程。其中水闸总净宽为150m，分10孔。因设计要求在施工期间不能断流，而且河道要保证有100㎡以上的过水断面，故采用钢板桩围堰将水闸分三期施工。

工程地质条件

场地地层自上而下分为：

①第一层，素填土：地层厚1.00～4.00m，浅黄色、松散、呈软塑～可塑状；

②第二层，冲积层：地层厚18.60～32.20m，主要由淤泥及淤泥质土组成，灰黑色、含水量大、呈软塑及流塑状；

③第三层，残积层：地层厚1.40～7.40m，由辉长脉岩及花岗片麻岩残积土组成，浅黄色、粘性差、呈硬塑状；

④第四层，强风化带：地层厚1.40～10.90m；

⑤第五层，弱风化带：地层厚3.40～7.30m。

钢板桩圈堰渗洲的原因分析

在此工程中，当水闸二期围堰内基坑抽水至2.m高程(水头差约3m)时，在水闸4号墩南侧出现有少量江水从已建好的水闸底板底部向基坑内渗漏，并有进一步扩大的趋势。项目部于是立即召集相关人员开会，经讨论、分析后，与会人员一致认为，发生基坑渗漏的原因有一下几点：①地质条件差，在水压力的作用下造成软弱土层变形；②由于过水断面缩小，过闸流速增大，对水闸底板的上、下游产生淘刷，造成底板下部土层局部被掏空，因此加速了软弱土层的变形破坏；③在二期钢板桩防渗墙施工过程中，受一期围堰内纵支撑影响，有三根钢板桩未紧密相扣，形成渗漏通道；④由于设计二期防渗钢板桩未与水闸底板有机的结合，造成防渗钢板桩在软弱土层产生不均匀沉降，与水闸底板形成渗漏通道。与会人员同时决定，在4号墩下部的渗漏通道未封堵前，暂停基坑内抽水，同时立即向基坑内注水，减小水头差，防止渗漏进一步扩大。最终达成一致的解决方案，采用高压旋喷注浆技术防渗。

采用旋喷桩处理方案，其特点如下:

①施工所需的机械简单方便；

②施工速度快，无振动、无噪音，对环境影响小；

③用旋喷桩形成的连续墙体，可起到防渗止水和改善土体的水力渗透性，同时提高软弱土层的强度。

高压旋喷注浆技术的加固机理

高压旋喷注浆方法是20世纪60年代末70年代初发展起来的一项土体加固新技术。该工法是将带有特殊喷嘴的注浆管置入预定的处理深度，以20MPa或更高压力的高压喷射流(或辅以0.7MPa压力的环绕气流和2～5MPa压力的固化浆液)强力冲击破坏土体，使部分土体被置换，同时部分土与固化剂搅拌混合，经过一定时间的凝结固化后，在土体中形成有一定强度的固结体。

高压旋喷桩的施工

本次施工采用单管法注浆，主要机械设备见表1。

施工工艺流程

旋喷桩施工工艺流程如图1所示。

施工技术要求

l)旋喷桩的深度：旋喷桩的长度应超过防渗钢板桩底部3m

2)钻孔：桩位偏差不大于10cm，垂直度不大于1%

3)孔距：0.8m

4)高压旋喷注浆，参数见表2

5)注浆材料及制浆

①材料

水泥类型为P.O42.5普通硅酸盐水泥。同一灌浆段必须使用同一种水泥。水泥的细度要求通过80μm方孔筛余量不宜大于5%。灌浆用水泥必须符合质量标准，保持新鲜；受潮结块的水泥不得使用。水泥到库后，妥善保管。现场水泥应经常抽查，不符合要求的水泥不得在灌浆中使用。在水泥的运输、库存、现场堆放、拆包、搅浆、输浆等各个环节均应仔细处理，保证水泥和水泥浆不因种种原因变粗、变质、污染。同时，水泥等固相材料采用重量称量法，并按设计要求和相应的技术规范，经监理人指示或批准在水泥中掺入砂、黏性土、粉煤灰和水玻璃等掺合料和掺入速凝剂、稳定剂以及监理人指示或批准的其它外加剂等。各种外加剂的质量符合《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》SL62–94规定，其最优掺入量应通过室内试验和现场灌浆试验确定，试验成果应报送监理人。

②制浆

制浆材料必须称量，称量误差应小于5%，并严禁将杂物混入搅拌桶。采用集中式制浆，水灰比为0.5∶1。使用普通搅拌机时，应不小于3min；使用高速搅拌机时，宜不小于30s。为保证质量，搅拌中定时测定浆液比重。浆液存放时间：当环境气温10℃以下时，不超过5h；当环境气温10℃以上时，不超过3h；若浆液存放时间超过有效时间时，按废浆处理。

③施工顺序

由于旋喷桩初期强度低，为防止施工时邻近桩体的破坏，在施工顺序上要采取跳打施工的方法，后期施工的旋喷桩要添加速凝剂。

效果

高压旋喷桩施工在此工程中历时11天，经二期围堰基坑内抽水证明，在水闸4号墩底板处已不再存在涌水的现象。基槽开挖后，可以清楚地看到旋喷桩形成的连续墙体，同时与桩周围土体胶结良好，为水闸二期基坑施工提供了安全保障。

（1）高压旋喷灌浆技术具有可靠性，适用性，同时施工控制严格而简便、施工速度快，不失为地基防渗漏处理的有效技术措施。

（2）运用旋喷技术缩短了工期，加快了工程进度，节省了人力，物力等。

启示

高压灌浆技术在该工程中应用取得圆满成功，笔者认为旋喷技术应该具备完整的质量控制与保证措施：

（1）质量控制

管理人员明确分工，昼夜轮流值班，使施工中出现的问题能够及时得到解决，将事故隐患消灭在萌芽状态。根据工程的特点，将采取如下措施，进行质量控制：

①对所用的材料严重按照技术规范定期取样检验，杜绝不合格材料的使用。

②施工过程中的各项参数随时进行抽检，做好施工记录，发现问题及时纠正，对下管深度达不到要求或孔偏者，坚决扫孔重钻。

（2）质量保证措施

①建立健全质量保证体系，明确岗位责任制，把质量管理的每项工作落实到班组长和各施工人员中。

②严格执行“三检”制度，在施工过程中，每一道工序实行施工班组自检，施工现场技术负责人复检，施工单位专职质检员终检的三级质量检查体系，对不合格工序坚持予以返工。

③认真做好施工资料整理工作，及时、准确提交施工记录及各种验收表格，发现质量问题立即采取措施纠正，确保工程质量。

高压旋喷注浆技术的适用范围很广，经过长期的研究和工程实践，不仅在成桩机理和设计的理论方面逐步完善和成熟，而且利用这项技术解决和处理了许多工程问题。它不仅可以对软基进行加固处理，同时还可以进行深基坑周边的截水帷幕施工、围堰防渗处理和地下工程的开挖支护挡水、水库坝基与大堤的防渗帷幕墙施工以及建筑物的基础补强等等，而且处理的深度也较大，可以达到50～60m，具有良好的应用前景。