梨園廠房基坑開挖砂卵石圍堰深孔高壓旋噴施工工藝研究

李曉光

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450000）

1 廠房基坑圍堰的布置情況

受大江截流推遲影響，為保證梨園廠房基坑開挖順利進行，需在廠房臨河一側設基坑擋水圍堰，以確保廠房基坑開挖的順利進行。圍堰堰體為土石結構，采用高壓旋噴防滲墻。圍堰上部利用基坑開挖料回填形成，底部為原始河床。廠房基坑開挖水下深度為40m，高壓旋噴深度均在35m以上入巖，雙排布置，布孔間排距為0.8m,軸線長397m，高噴成孔36700m。由于工期緊、任務重，選擇高壓旋噴防滲施工速度快，施工強度高，可以保證在短期內形成防滲體，滿足廠房基坑開挖的工期需要。

2 廠房基坑圍堰施工環境

根據設計提供的地質資料，廠房圍堰布置位置的地質情況為沖洪積層和沖積層混合體。沖積層（Qal）中含砂、卵、礫石夾漂石、孤石，在河床部位，厚度一般小于15m；沖洪積層（Qal+pl）中含碎塊石、漂石、卵石夾砂土、粉土。下伏基巖為P2d4黑褐色、灰褐色杏仁狀玄武巖、褐鐵礦化杏仁狀玄武巖、致密玄武巖、火山角礫熔巖，巖體以Ⅱ、Ⅲ類為主。

根據以上地質描述可知，高壓旋噴部位富含礫石、漂石，且有大量孤石，條件較為惡劣，高壓旋噴對復雜地質情況的適用性有待研究和實施。

3 高壓旋噴技術特點

高壓旋噴以高壓射流直接沖擊破壞土體，漿液與土以半置換或全置換凝固為固結體，靠旋噴樁間的套接形成連續的防滲墻。它施工簡便，設備結構緊湊且機動性強，利于在狹窄的施工現場施工；可通過調整旋噴速度、提升速度和噴射壓力控制旋噴樁的形狀，且有較好的耐久性。

高壓旋噴主要適用于軟弱土層，對砂類土、粘性土、黃土、淤泥、碎石土和人工填土均有較好的效果，地下水流速較大、無填充物的巖溶地段等情況下也宜使用高壓旋噴。從本工程條件看，工作面狹小、施工強度大的特點正好適用于高壓旋噴使用。但地質條件不良，旋噴位置不僅有未處理的含有有機質的土層，而且含有大量的卵石、漂石和孤石，局部的地質變化也難以判斷，不利因素較多。

4 施工重點及難點分析確認

從人、機、料、法、環各環節進行分析高壓旋噴施工的難點和重點，確定施工控制重難點為點為施工過程未按參數施工，塌孔、卡鉆嚴重，成孔困難 ，孔位布置及樁徑不合理，鉆孔參數控制不合理，高噴參數控制和工藝不合理，異常處理不到位。

5 施工工藝研究及質量控制

5.1 嚴格按照參數施工

現場參數控制是本工程質量控制的關鍵，項目部組織人員參與方案討論，學習規范，確定過程控制的重點。要求參與圍堰施工的人員必須熟練掌握施工工藝流程和各項參數，嚴格按照規范和設計要求控制各項參數，進行開孔、終孔、開噴、終噴工序的驗收，未驗收或驗收不合格的禁止進入下道工序施工，漿液配比、漿液比重、高噴的提升速度、旋轉速度、漿壓、氣壓、水壓等各項指標必須符合設計和試驗驗證的參數，否則必須進行停工整改并處理至滿足要求。通過工藝和參數控制來控制工程質量，確保高噴效果。

5.2 卡鉆及塌孔處理技術

在成孔過程中，由于地質條件差，孔深較深（35m以上），根管鉆進，但卡鉆問題較為突出，為解決這一問題，經會議討論研究，決定在鉆孔過程中加膨潤土，以增加其潤滑性，經實施解決了卡鉆問題的發生；塌孔現象較為普遍，僅使用PVC管護壁效果有限，安放PVC管后，再采用膨潤土進行注漿護壁，每孔膨潤土的平均用量為 1～1.5t，效果良好。

5.3 布孔及樁徑經驗驗算

為保證圍堰高壓旋噴效果，慎重施工，對樁徑和布孔進行驗算。根據相關工程的經驗，防滲工程的一般布置雙排或三排孔，控制原則是：如果高噴樁徑為R，則孔距為0.866R，排距為0.75R，套接的厚度不小于30cm。

高噴樁徑選擇與標準貫入系數相關，但水下部分無法進行試驗。根據設計提供的地質描述和相鄰區域開挖揭露的情況看，河床地質條件接近稍密或中密的粗砂和礫砂，其標準貫入擊數應在15～10范圍內，相應三管法樁徑為1.2～1.8m，雙管法樁徑為0.8～1.3m。因本工程不確定性較多，為減小風險，設計高壓旋噴單樁樁徑1.2m。相應的孔間距為0.866×1.2=1.04m，排距為0.75×1.2=0.9m。

本工程高壓旋噴樁徑1.2m，設雙排孔，間排距為0.8m，套接0.4m。從驗算情況看，設計時充分考慮了本工程的地質特點，接近下限的參數選擇為圍堰閉氣提供了較好的實施條件。

5.4 鉆孔參數設計調整

較大的孔斜使單樁之間的有效套接減少，無法形成連續體，可能產生孔洞，導致滲水甚至管涌。根據規范要求，鉆孔孔斜應<1%，設計高壓旋噴平均孔深約35m，在最大孔斜的條件下，單孔孔底傾斜35m×1%=35cm。考慮到雙孔套接時使孔斜影響加倍，而雙排孔布置會使孔斜影響減半，兩者影響互相抵消。設計套接厚度為40cm，則最大孔斜的影響仍在可控范圍之內。

為盡量減小孔斜對旋噴套接成墻的影響，實際施工中除按照設計和規范控制孔斜外，還做好導正器的加工、率定及校正工作，保證投入施工生產設備滿足鉆孔孔斜控制要求。施工人員還通過鉆機支架校正，鉆進前調整鉆機垂直度和鉆進時隨時檢測等手段，盡可能的減小孔斜。

施工過程中，質檢員對鉆機性能進行檢查，發現異常及時停鉆處理，嚴格按照設計要求的孔徑、孔距及孔斜控制。

5.5 通過試驗驗證工藝和高噴控制參數

在圍堰施工之前，組織專家在2009年12月15日進行方案討論，主要考察工藝的適應性和參數選擇。隨后編制試驗大綱進行試驗。

（1）試驗段工藝及參數

在圍堰上游側軸線轉彎處，鉆孔編號為G-6～G+6，使用三管法施工其參數選擇表如下：

試驗段參數選擇表

（2）確定其施工工藝

測量放線——鉆機就位——跟管鉆孔——鉆機移位——下pvc套管膨潤土護壁——鋼套管拔出——高噴臺車就位——下噴射管——旋噴注漿——高噴臺車移位——質量檢查

試驗段鉆孔深度為32.7～45.2m，平均孔深38.4m，鉆孔總長度1036.8m，水泥總用量669.8t。高壓旋噴每米水泥用量為521.74～768.4kg，平均每米水泥用量為627.5kg。

（3）試驗物探檢驗

梨園水電站物探檢測中心于2009年11月15日～20日，采用單孔聲波、跨孔聲波對試驗段進行了檢測。從物探檢測情況分析，G-4存在兩段質量缺陷，長度分別為1.6m和1.4m。從G-4的高噴記錄看，提升速度為5cm/min，高噴每米水泥用量為623.19kg，僅略小于平均值627.5kg，其他各項參數均正常，因此問題可能是由于高噴遇到孤石造成的。G-4的問題可以采用在G-4與G-5之間補孔重新高噴進行處理，仍在可控范圍內。

（4）試驗結果

工藝的適應性：圍堰高噴試驗段的試驗基本是成功的，施工選用的各項施工參數均適用于本工程施工。

工藝的改進：塌孔現象較為普遍，僅使用PVC管護壁效果有限，安放PVC管后，采用膨潤土進行注漿護壁，最后拔出鋼套管，每孔膨潤土的平均用量為1～1.5t，效果良好。高噴段地下水豐富，出現漏漿、串漿時在水泥漿液中摻加水玻璃進行高噴灌漿處理。

參數確定：根據試驗結果，高噴參數確定如下表。

高壓旋噴參數表

5.6 異常情況處理

異常處理主要是中斷后復噴和孤石處理，中斷復噴處理不當會形成斷樁或滲漏通道，孤石處理不當會減小旋噴樁有效直徑。針對這些情況，制定相應的處理措施。

中斷處理：若高噴中途要拆卸噴射管時，搭接段應進行復噴，復噴長度不小于0.2m。因故中斷后再恢復施工時，對中斷段進行復噴，搭接長度不小于0.5m。

孤石處理：高噴施工前布置先導孔，選取5～10個點位試鉆，了解圍堰軸線處詳細的地質狀況。鉆孔時隨時監測鉆進情況，發現孤石后采取孔內爆破的方法處理，確保處理后的孤石不會影響高噴防滲墻的性能。

6 效果檢查

圍堰高壓旋噴施工在2010年4月15日全部完成，因高壓旋噴深度較大且基坑尚未開挖完成，無法進行圍井檢查或做開挖檢查。為此，梨園水電站物探中心于2010年4月26日～5月21日，采用單孔聲波、全孔壁數字成像、電磁波吸收系數層析成像（簡稱電磁波CT）技術對梨園水電站左岸廠房圍堰高壓旋噴樁進行了防滲測試工作。

綜合單孔聲波、全孔壁數字成像、電磁波CT檢測情況和施工情況分析：圍堰高壓旋噴整體施工效果良好；個別部位因孤石影響未形成有效套接，可能形成滲水點。

從基坑開挖的情況看，圍堰高壓旋噴閉氣效果良好，基坑滲水量控制在了設計范圍內，高壓旋噴施工達到了預期目標。

結語

通過圍堰高壓旋噴施工，可以看出在不良地質條件下進行高壓旋噴施工時，必須做到以下幾點：盡可能充分的掌握第一手的地質資料，確保工藝選擇和參數確定依據充分；施工人員應熟練掌握施工工藝和設計參數，嚴格進行過程控制，尤其是參數控制和工序驗收都必須合格；高噴樁可以適當選擇大樁徑、小間排距以減少風險；高噴可選擇較低的旋轉速度、提升速度，較高的漿壓、水壓和氣壓以利于旋噴樁的形成；編制施工方案時應考慮到可能出現的異常情況并制定相應的處理措施，確保施工時能有效應對各種情況；施工材料應超前計劃、提前儲備、按時供應。本次梨園電站廠房高噴圍堰施工工藝研究與總結，旨在為類似工程提供第一手經驗資料。

圍堰閉氣后基坑開挖施工

圍堰拆除高壓旋噴樁體鉆爆

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[1]陳繼先，劉發明，謝蔚豐.高壓旋噴灌漿在太平江水電站基坑防滲的應用[J].云南水力發電，2010.

[2]楊震.高壓噴射注漿法防滲加固機理與施工技術應用研究 [J].中南大學學報，2008.