高压喷射灌浆两管旋喷施工技术应用浅析

王传柱张世欣

摘要：本文通过高压旋喷灌浆两管旋喷工艺成桩机理分析并结合工程实例阐述该施工技术在实际施工中的重要性。

关键词：高喷两管旋喷施工应用

中图分类号： TU197文献标识码： A 文章编号：

Abstract: This article through the high pressure jet grouting pile two tube rotating grouting process mechanism analysis and combined with the project examples it illustrates the construction technique in the actual construction of the importance of.

Key words: high spray two tube rotating grouting construction application

1工艺概述

高压旋喷灌浆防渗墙的垂直防渗技术是堤坝防渗加固中常用的方法，按施工工艺可分为单管法、两管法和三管法。在工程施工中，要根据地层实际情况和不同设计要求，选用不同的施工工艺。从现场施工经验来看，针对有些地域河道堤身和水库坝身主要由干硬和半干硬粘性土构成的特点，采用两管旋喷工艺，辅之以加大钻孔直径和复喷等技术措施，能成功解决三管旋喷在干硬和半干硬粘性土地层中成桩强度低的缺点，使堤坝加固达到设计要求。

2三管旋喷与两管旋喷工艺成桩机理分析比较

三管旋喷是利用高压水、气冲蚀、切割土体，经高压水、气的掺搅作用形成泥浆，同时由下部注入水泥浆，使泥浆被升扬置换到地面，形成渗透系数小、具有一定强度的凝结体。对于有些堤坝主要由粘土碾压而成，且地下水位埋深较大，因此，堤身、坝身主要由半干硬粘性土构成。在施工时，切割下来的粘土块主要是由高压水泵提供的水进行稀释，形成泥浆，才能被水泥浆置换到地面。高压水泵的流量只有75L/min，经试验和计算，孔底形成的泥浆密度达2.0g/cm3，远大于水泥浆密度1.6g/cm3。因此，水泥浆不可能对粘土浆进行置换，在压力的作用下，大部分水泥浆只能沿高喷管周围随冒浆返到地面，只有一少部分挤入地层。这样就造成了冒浆水泥含量很大，而桩体水泥含量很少。两管旋喷是利用高压泥浆泵的较高压力（可达40Mpa），直接将水泥浆注入地层，对土体进行切割，水泥浆与被切割土体的一部分进行掺搅而形成凝结体。故与三管旋喷法相比，两管法旋喷水泥损失少，形成的桩体强度高。

以汉江遥堤加固工程为例，笔者就两管旋喷与三管旋喷在具体施工中的效果进行了比较：汉江遥堤加固工程设计采用薄壁混凝土地下连续墙。位于钟祥市大王庙村桩号294+500～294+700的堤段，历史上曾三次决口。在施工前进行的先导孔勘探中，发现堤身埋有木桩、块石等，采用薄壁墙无法施工。经分析研究，决定采用高压旋喷桩进行加固。高压旋喷桩原设计采用三管旋喷，孔距1.0m，墙深18.3～20.8m，墙厚不小于40cm，墙体强度大于1MPa。为保证施工质量，施工单位于2004年4月11日进行了试验性施工。在试验中发现冒浆水泥含量较高，经开挖检查发现桩体水泥含量很少，强度较低，达不到设计要求。针对这种情况，施工单位结合在钟祥市温峡口水库大坝粘土心墙中的施工经验，提出改用两管旋喷进行施工，得到了有关单位的支持。

4月18日，施工单位进行了两管旋喷试验，20日开挖检查，发现桩体水泥含量大大提高，桩体直径达1.2～1.5m，满足设计要求。征得业主和设计单位同意后，施工单位按两管旋喷工艺进行施工，于5月10日全部完工，共完成旋喷桩210棵，桩长总计4143m。同年10月20日通过分部工程验收，质量达到优良要求。

3两管旋喷施工技术经验总结

3.1使用的材料的技术参数

高压喷射灌浆的主要材料是水泥，设计一般采用普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，水泥强度等级不低于32.5，灌浆所用的水泥应保持新鲜无受潮结块，其细度为0.08mm方孔筛余量不大于5%，水泥出库使用前应对其质量作鉴定，合格后方可使用。搅拌水泥浆用水，应符合《混凝土拌合用水标准》JGJ63-89的规定。水泥浆由制浆机搅拌而成，水灰比1.0～1.5，搅拌时间不小于2min,超过4h的水泥浆作为废料处理，不得用于高喷灌浆。

3.2主要施工技术参数

高压喷射灌浆施工参数的确定是防渗墙成墙质量的重要环节。严格按照规范操作和高喷灌浆施工技术参数进行施工，是确保施工的关键，施工主要技术参数由室内配方和现场试验决定。根据笔者多年施工经验，结合在干硬和半干硬粘性土地层工程中灌浆实施情况，经过试验确定了本工程主要施工技术参数如下：（1）防渗墙钻孔为垂直孔，其偏斜应小于0.3%；高喷灌浆孔位与设计孔位偏差应小于5cm；高喷灌浆的形式为摆喷，摆角15°。（2）注浆水泥浆：压力36～40Mpa，流量80-90L/min，密度1.4～1.5g/cm3；回浆比重控制在1.2g/cm3。（3）高喷灌浆的水压为25～35MPa,流量为80L/min;空气压力为 0.5～0.7MPa，风量为1.1～2.0m3/min。（4）提升速度：提升速度的快慢直接影响浆液用量，提升速度过快，则墙后不稳定、易产生空洞，且切割半径不符合要求，会造成防渗墙 搭接处产生薄弱环节。提升速度太慢，则冒浆量过大，造成水泥浪费，因此需根据灌浆试验确定不同土层的提升速度。本工程使用的提升速度为10～12cm/min。（5）旋转速度：8～10r/min。

3.3成孔

成孔采用100型油压地质钻机进行，成孔孔径130mm。旋喷施工时，发现喷至距地面8m左右不返浆，同时喷管转动困难，在喷孔周围有许多冒气点。经分析认为干硬和半干硬粘性土地层中不会有孔洞、裂隙，因此不会漏浆，这一点在钻孔时可以得到证明,从喷管转动困难和喷孔周围地面冒气情况来看，证明冒浆在孔内堵塞不能上返，致使喷管转动阻力增大。由于不冒浆，在高压浆、气的作用下，堤身或坝身发生劈裂，压缩空气沿劈裂面冒出地面形成冒气点。如果不采取措施，不但因置换效果不好保证不了桩体强度，还会因堤身、坝身劈裂而达不到加固目的，造成对堤坝的永久性破坏，给堤坝留下隐患。

针对上述情况，经分析认为，原因主要是土体干硬，致使冒浆稠度大，而高喷孔径只有130mm，孔壁与喷管间隙仅为10mm，因此，返浆阻力很大。经过试验，如果将地面以下8m的孔径扩大至150mm，则可大大减小了返浆阻力，能较好解决返浆不畅的问题。

3.4复喷

在采取了扩大高喷孔径的措施后，仍有少部分高喷孔返浆不畅，对此，可以进一步采取复喷的办法解决。具体做法如下：（1）从不返浆的位置开始，停止注浆，用高压泥浆泵送水，先用高压水、气将土体切割、稀释一次，提升速度按20cm/min，至地面以下0.5m止;（2）将喷管重新下至原停喷点以下0.5m，按正常施工程序旋喷注浆，直至喷完。通过采取扩大孔径和复喷两项措施，可以彻底解决返浆不畅的问题，从而保证施工质量，消除影响堤坝安全的隐患。

4结语

笔者在利用两管旋喷技术完成的几项工程中，采取开挖和取芯两种方法对工程质量进行了检查。开挖检查发现，桩体直径1.2～1.5m，桩身完整，连接紧密，连接处厚度最小0.6m。通过取芯，表明桩身上下连续，水泥含量较高。对所取芯样进行强度试验，抗压强度可达2Mpa，最高达6Mpa。说明工程质量满足设计要求，采用两管法施工是成功的。经验表明：在干硬和半干硬粘性地层中，采用两管旋喷比其他工艺更能提高桩体强度，满足加固要求。