徐洋 曾誼珺 江西省港航建設投資集團有限公司石虎塘航電樞紐分公司

1.引言

振孔高壓旋噴注漿是一種新型的高壓噴射注漿技術，它利用大功率高頻振動錘，直接將鉆桿和高壓射流噴鉆頭復合體振動到地層設計深度，一體化完成打孔和注漿操作?該技術具有成孔效率高，施工速度快，能夠完成小孔距的高壓噴射施工，打孔注漿一體化，無須沖洗液等諸多技術優(yōu)勢?鉆孔高壓旋噴法已廣泛用于各行業(yè)建筑工程地基處理領域，尤其是航電樞紐工程基礎阻滲工程應用廣泛?振孔高壓噴射在砂礫石、卵礫石等地層條件下建造防滲帷幕的技術也已工藝成熟，工程經驗積累豐富?案例航電樞紐工程在主阻滲墻澆注中應用該工藝，取得了良好的工程應用效果?

2.振孔高壓旋噴法工藝述要

振孔高壓旋噴法工序：工前準備——確定孔位-噴射機到位——振動管垂直度調節(jié)——高壓噴射介質地面試驗噴灑供給——振動鉆至要求深度——噴射提升到設計高程——提出振動管，結束高壓噴射——進入下一道工序[1]?

振孔高壓旋噴法工藝具有如下技術優(yōu)勢：

（1）工序簡易?振動管將高壓射流管和鉆桿集成在一起?通過振動強力成孔，一次完成鉆孔過程和高壓旋噴孔，實現(xiàn)了無序鉆孔，可依次開展高壓旋噴施工?從工藝上完全解決了常規(guī)鉆孔中高壓噴射相對繁瑣的操作過程，基本上克服了塌孔、頻繁起降高壓噴射管、反復掃孔、高壓噴射管不達預定深度等問題?

（2）速度快效率高?大功率高頻振動（60-90）kW，可直接用于將高壓射流振動管振動入地層?通常情況下，1520m深的礫石地層只需大約10分鐘?這充分利用了快速成孔的優(yōu)點，實現(xiàn)0.6～1m小孔距、15～30cm/min高速高壓射流成壁工藝?振動鉆速高、高壓旋噴提升速率快，使得振動孔高壓旋噴技術有了很高的施工速率，單機效率是高壓旋噴的2倍有余?

（3）成墻質量優(yōu)?應用高壓水泥砂漿射流振孔旋噴或擺噴技術，即使礫石地層也足以振動成孔?振孔高壓旋噴法能有效避免的粗顆粒沉淀、塌孔、縮孔等導致的假注現(xiàn)象，可以通過取消泥漿護壁和進入淤泥等易縮地層中得到徹底避免?直接由高壓射流振動管振動至需要深度，通過高壓射流將水泥漿注入孔內，能夠從根本上保證了管壁深度和質量?

（4）適應性強?高壓旋噴技術更廣泛地可用于各種第4系松散至密實地層?同樣適用于強風化地層和厚度較小的泥質地層?

（5）節(jié)約材料低污染?由于施工孔距較小，噴射效率的提高可實現(xiàn)較快的提升速率，振孔高壓旋噴法灌漿比鉆孔高壓噴射注漿快1.5～3倍?無須沖洗液，漿液浪費量小，工程污染大幅度降低?

3.工程概況

某大Ⅰ型航電樞紐工程兼具蓄水、防洪、航運、發(fā)電、水產養(yǎng)殖等功能?最大設計庫容16.97×108m3，泄流最大量22704m3/S，水庫正常設計水位116m，洪水校核標準300年一遇?河床式水電站發(fā)電總裝機66MW?季節(jié)封凍河流船閘，凈寬28m，有效長度180m，同時可容納千噸級4艘駁船過閘?

吹填土壩阻滲墻采用振孔高壓旋噴工藝成建，地質條件自上而下的施工現(xiàn)場地層條件依次為（1）厚1m～10.5m吹填砂；（2）原地層為低質細砂和粗砂，松散至稍密，0m～11.9m厚（3）下部基巖為白堊系泥巖，地表巖體中等風化?

4.振孔高壓旋噴工藝施工

4.1 圍井及鉆孔布置

矩形圍護井寬5孔，3.2m網緣，長6孔，4.0m網緣?具體布局見圖1所示?鉆孔采取0.80m孔距[2]?

圖1 振孔高壓旋噴工藝圍井平面與測試分組

4.2 振孔高壓旋噴參數

采取雙管高壓旋噴?結合場地條件、工程設計，依據提升速率的差異，擬定3組參數設計開展比較試驗?相關參數如下：

（1）孔距，0.80m?

（2）轉速，16～20r/min?

（3）提升速率，20 cm/min（sx1-7～sx1-9，18cm/min（sx1-1～sx1-6），16cm/min（sx1-10～sx1-15），sx1-16～sx1-8），基巖4cm/min?

（4）壓縮空氣，氣量5.5，m3/min，壓力0.8，Mpa～1.2，Mpa?

（5）水泥漿，流量≥140Lmin，壓力32～35Mpa?

（6）漿密度，1.35～1.45g/cm3?

（7）孔斜率，≤1%?

（8）主要設備配置數量，如表1所示?

表1 主要設備配置表

4.3 工藝流程

振孔旋噴工序：工前準備→放樣孔位→設備就位→振管垂直度調節(jié)→試驗噴射→振動至需要深度→旋轉到墻頂高度→噴嘴提出→下一工序?

4.4 重點施工控制

（1）孔傾角：孔傾角控制對阻滲墻的連續(xù)性起著決定性作用，是振孔高壓旋噴技術中的重要控制指標?只要在振動孔前對振動管的垂直度進行很好的調整，當孔內沒有很特殊的變化時，孔傾角就能在設計范圍內得到充分的保證?施工前采用鉛錘對振動管垂直度進行調整?在振孔過程中，開展了檢測，并適時糾偏?

（2）提升速度?這是較為關鍵的一個施工參數中很關鍵的一個，一般要根據操作參數，須由試驗給予確定，施工操作中必須按確定的一定要根據提升速度施工參數進行提升操作?

（3）水泥漿制備及應用：將水泥漿與32.5 級普通硅酸鹽水泥混合?水泥漿在去除須濾除雜質或大顆粒?調拌主要由高速調拌機完成?當高速調拌時間大于30S時，水泥漿不能應用4h以上?制漿材料應用重量法測定，誤差須低于5%，水泥漿比重控制在1.30～1.40g/cm3區(qū)間，須定時給予檢測?料漿控制溫度在5～40℃之間[3]?

4.5 施工質量控制

（1）孔的定位?基于設計工序，由測量員布設樣板，并根據振動孔號進行標記?振動孔前，應根據標記準確定位，定位誤差≤3c?振動孔定位后，質量檢驗人員應檢查合格，開展下一道工序?

（2）孔斜控制：孔斜控制主要通過調節(jié)高壓射流振動管的垂直度來實現(xiàn)?通過調整振動孔旋轉射流的4根液壓腿，將放置在高壓射流主柱上的鉛錘在環(huán)形中心定位?射流整體處于水平狀態(tài)，振動管保持垂直狀態(tài)?給予2次試驗，滿足了高壓旋噴施工的偏差控制要求?振孔操作，實時檢測，有偏差立即糾正?

（3）確保管路、電路和裝備系統(tǒng)狀態(tài)良好，振動鉆進前，基于設計壓力給予試噴?應根據振動孔參數調整漿液和氣體壓力，直至達到要求孔深?

（4）達到設計孔深以后，調整氣體和漿液參數至設計值，并原位噴射30返噴孔，根據設計參數開展提升和高噴作業(yè)?

（5）為保證阻滲墻進入巖石并能很好地嵌入其中，振動孔的設計孔深設置為0.5，在振動孔振搗時，應根據地質勘察資料和機械振動綜合判別具體控制?

（6）地層變化、孔數、孔深等發(fā)生特殊情況，須給予處理并詳細記錄?

（7）高壓噴射作業(yè)：高壓噴射作業(yè)是根據周圍井測試大綱確定的技術指標開展的?提升至設計阻滲墻頂高程后，泥漿和氣壓降低，地面迅速提出?

（8）振動孔高噴注漿應盡量保持全孔連續(xù)?特殊情況下施工過程一定要中斷時，需要對間歇部分重新噴涂，搭接長度不低于0.50m?復噴后，一定要由技術人員給予檢查?

（9）當注漿壓力突然上升或下降，提升過程中孔口漿液濃度或返漿量異常時，應適時查明原因，妥善處理?

（10）高壓旋噴工藝結束后，灌漿孔及時用漿液或水泥漿重新充填，直至孔內漿液面不降低為止?

（11）操作過程須給予準確、詳細記錄?包括施工參數、材料消耗、異常情況以及處治措施?值班記錄表應適時簽署并報送工程技術部?

（12）施工中，應實時檢查主要施工技術指標，尤其是漿液壓力、漿液體積、漿液比例、風壓、風量和提升速度等，并對異常適時進行處理?

（13）高壓旋噴注灌漿常見突發(fā)情況及處理措施：

1）孔口處不返漿?停止操作，舉升噴嘴，問題排查，如是地層漏失，則應用原位補漿、充填粉細砂等充填材料，必要時振動管，在孔口處充填相當數量充填材料，反復開展，直到孔口返漿?同時考慮填充加速器；當孔口返回少量泥漿時，應適當降低噴射管提升速度?

2）當孔口漿液濃度過高時，在孔口增設補償稀釋水管或適當降低漿液的濃度，以控制流量，防止高壓噴嘴和地埋管坍塌等事故?

3）配備柴油發(fā)電機，功率≥30kw，避免施工過程中突然停電等意外要素?

（14）在高壓旋噴施工中，經常會觀察到漿液回流現(xiàn)象，并采取措施保證漿液在孔內順利流動，防止地層劈裂和地表抬升?

（15）定期檢查并準確判別噴嘴和氣體噴嘴的完整性，處理異常流動?

4.6 特殊情況處理

（1）即時觀測，準確判別漿液噴頭和空氣噴頭的暢通情況：當漿液噴頭和空氣噴頭阻塞時，停止噴漿，增加注灌漿壓力，適當降低泥漿的濃度，并快速反復上下移動噴頭，力求打開，然后開展重疊長度不低于0.5m的復灌施工?各孔振動孔施工前，應開展狀態(tài)良好的噴嘴試驗，對介質流量異常的噴嘴開展更換或處理?

（2）在正常供漿的狀態(tài)下，當孔口密度較小時，設計要求不滿足時，增加漿液密度或用量?

（3）孔口發(fā)生不返漿，須停止提升或降低提升速度，增大風壓和漿量；在孔口返回少量泥漿時，降低提升操作速度?

（4）當停機超過3臺時，應在繼續(xù)施工前清理泵漿管道?

（5）正常供漿條件下，孔口處漿液密度降低，漿液量增加，風壓降低，漿液密度或漿液量增加?如果孔口處注漿量太大，有效注漿范圍通常與注灌漿量的不適應性有關，可采取下述措施：①提高噴注壓力；②適當調整噴嘴規(guī)格；③適當提升速度?

（6）當高壓旋噴因某些原因中斷和恢復時，開展重新噴漿，搭接長度不低于0.5m?如果中斷時長超出水泥終凝用時，則應在打斷位置上方和下方1m內開展復噴孔?

4.7 圍井質量檢驗

開挖檢查在試井完成后28天對井壁內外開展開挖檢查?

（1）井外開挖檢查

井外周邊，做9.5m深度開挖?因為地下水和流砂的影響，不能挖至巖面?樁徑是從墻的正面測量的?壁厚可以滿足60厘米壁厚的要求，并且有很大的富余?井壁重疊良好，井身外觀規(guī)則?16cm/min的壁厚略大于20cm/min的壁厚?

（2）井內開挖檢查

開挖完井外檢查后應用人工挖井，挖井至井底，并進巖0.2m～0.5m區(qū)間?觀察基坑內阻滲墻重疊狀態(tài)?阻滲墻開挖與井外開挖相一致，形狀規(guī)則，重疊良好，墻體均勻連續(xù)?根據實測數據，短邊墻最大厚度為1.6m，最小厚度為1.1m，長邊墻基本厚度為1.3m?由于地層變化，凸凹局部出現(xiàn)?0.5m淺基巖強風化，呈現(xiàn)小碎塊，水泥漿填充良好?這部分墻體也能很好的連接?鉆孔檢查在振動孔高壓射流壁上布設3個孔，鉆孔取芯和注水?

本案例工程主體阻滲墻正常施工歷時76天工期76d，總工作量20793.02m2?共用平臺數為308天，5架高壓射流平均作業(yè)效率67.51m/平臺?最高日效率201.26m/日?水泥用量為9184.6T，平均水泥用量為226.3kg/m2?工期未發(fā)生安全和質量事故?

5.結語

對案例航電樞紐工程阻滲墻應用振孔高壓旋噴工藝進行了研究?文中介紹了振孔高壓旋噴法工藝概念要點，案例航電樞紐工程振孔高壓旋噴施工工藝技術點包括圍井及鉆孔布置、振孔高壓旋噴參數、施工準備、施工程序、工藝流程、重點施工控制、特殊情況處理、工程質量查驗與驗收等10個方面內容，相關技術點，對同類工程應用有技術借鑒意義?