沿海地區水閘工程軟土地基高壓旋噴樁施工方法及質量控制研究

摘 要：本文針對沿海地區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控制；其次，探討了施工過程中的質量控制措施，施工前準備、施工過程監控和施工后檢測；再次，提出了參數調整、工藝改進、特殊地基處理等軟地基的工程優化策略；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量控制可顯著提高軟土地基的承載力和穩定性，為沿海地區水閘工程的安全運行提供可靠保障。

關鍵詞：沿海地區水閘；軟土地基；高壓旋噴樁；施工方法；質量控制

隨著沿海地區經濟的快速發展，沿海地區的水閘工程在防洪、排澇、擋潮等方面發揮著越來越重要的作用。然而，沿海地區廣泛分布的軟土地基給水閘工程建設帶來了巨大挑戰。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、相鄰樁體搭接質量、施工參數優化等。

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

1 沿海地區水閘工程軟土地基特性分析

軟土地基是指由淤泥、淤泥質土、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，影響水閘結構穩定性；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、對環境影響小等優點，在沿海地區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，使漿液與土體完全混合，形成堅固的圓筒固結體。根據噴射方法和工藝，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，都有嚴格的要求，目的是確保旋噴樁的施工質量。施工完成后，應及時進行旋噴樁樁體質量的檢測和驗收。

高壓旋噴樁施工的關鍵參數控制對成樁質量至關重要，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常控制在0.8～1.5之間，具體取決于地質條件和設計要求［11］。施工過程中，為確保樁體直徑和強度滿足設計要求，需要根據現場實際及時調整參數。

3 高壓旋噴樁施工質量控制

高壓旋噴樁施工質量控制是確保地基處理效果的關鍵環節。施工前質量控制主要包括施工方案、材料檢測、設備調試和人員培訓等，施工方案應根據工程地質條件和設計要求制訂，明確施工參數和質量標準［12］。水泥、外加劑等材料應符合規范要求，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量控制要點，對施工機械設備進行旋噴試驗調試和檢查，確保滿足旋噴樁施工要求。

施工過程中，高壓旋噴樁質量控制是保證高壓旋噴樁質量的關鍵環節，主要控制內容包括樁位和垂直度控制、施工參數控制、漿液質量控制等。樁位放樣應準確無誤，鉆孔垂直度偏差應控制在1%以內；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，做好不間斷監測記錄；要定期檢測水泥漿液的比重、黏度等指標，保證漿液質量穩定；施工中注意觀察返漿情況，出現異常情況及時調整施工參數，確保樁體連續性和均勻性。

施工后高壓旋噴樁質量控制主要通過試驗檢測手段來評估成樁質量，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。檢測數量應符合規范要求，一般不少于總樁數的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化

由于沿海地區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化。首先，在施工參數方面，應根據軟土地基的物理力學性質調整施工參數。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中間夾層的軟土地基，樁體連續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，減小施工對周邊環境的影響。此外，在受到潮汐影響的海域施工區域，應合理安排施工時間，避免高潮位對施工質量的影響。

施工安全與環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，對施工現場加強管理，做到整潔、規范，盡量減少對工地附近環境影響。

5 工程實例分析

以某沿海地區水閘工程為例，該工程地基主要為淤泥質黏土，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、空氣噴射調試試驗等，確認各施工參數符合設計后，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，一旦出現異常，立即停止噴射，并將噴射設備提至地面維修調試后，方可繼續施工。根據現場試驗結果，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，發現有10%～20%返漿量漿液，為了防止返漿對周圍水環境以及生態環境產生影響，要對返漿進行沉淀達到排放標準后方可排放。

施工質量控制方面，實施了全過程監控。施工前進行了詳細的場地勘察和設備調試。施工過程中，采用自動化監測系統實時監測記錄施工中各個參數；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，為防止漿液沉淀使得勻質性發生變化，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，且要連續均勻不發生間斷，防止出現噴射壓力不穩定以及串漿、冒漿等情況。

在樁基礎進行接樁時，要防止斷樁出現，在接樁時加深30cm重復噴射，確保施工質量。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量問題。

該水閘工程在高壓旋噴樁施工結束后，按規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，滲透系數不超過1×10-4cm/s。檢驗點的數量不少于施工孔數的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，總結出以下經驗：首先，針對軟土地基特性，適當調整施工參數可顯著提高成樁質量；其次，全過程質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，采用先進的監測技術和檢測方法，可有效評估施工質量，為工程驗收提供可靠依據。這些經驗為類似工程提供了有價值的參考。

結語

本文對沿海地區水閘工程軟土地基高壓旋噴樁施工方法及質量控制進行了系統探討。通過實際工程實踐，高壓旋噴樁是處理沿海地區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定性。施工過程中選擇合理參數以及施工工藝的優化是確保高壓旋噴樁質量的關鍵，同時施工中要結合工程軟土地基特性進行針對性調整。對于施工質量的控制，特別要做好施工前準備、過程監控和施工后檢測，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量，又有利于施工安全、對環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濟效益。通過工程實例，分析驗證了該沿海地區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合應用及智能化施工和質量控制技術的發展進行進一步研究，以不斷提高沿海地區水閘工程軟土地基處理的效率和質量。

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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。