砂砾石地层高压旋喷灌浆防渗施工工法
砂砾石地层中高压旋喷灌浆防渗施工工法 李晓光 一、前言
高压喷射注浆法（High Pressure Jet Grouting）在1968年创始于日本。70年代初我国铁路、煤炭、水电等系统相继引进并开始研究这项技术。80年代以来，其他国家也开始大规模采用这项技术。我国水利系统于1980年首先将此技术应用于山东白浪河土坝工程。根据喷嘴的喷射范围，高压喷射注浆分为旋喷、摆喷和定喷。
近年来，高压喷射注浆技术作为一个日趋成熟的地基基础处理方法，已被广泛的应用于砂、土质地层的河道、堤坝、工业民用建筑基础防渗和地基加固中。但在砂砾石地层的应用因其成孔困难、成墙效果不理想等原因，并未被广泛采用。由水电十一局承建的九甸峡水电站厂房工程砂砾石围堰截渗应用了高压旋喷灌浆，取得了成功，现对之进行总结，形成本施工工法。
二、工法特点
砂砾石层主要由细砂及砂卵石等粗颗粒组成，其透水性较强，透水率较大，对于该类型地层防渗，一般采用帷幕灌浆处理，但帷幕灌浆施工速度慢，投资大，防渗效果并不十分明显。采用高压旋喷灌浆进行防渗处理可达到帷幕灌浆处理所达不到的效果。但高压喷射灌浆存在其不可回避的弊端，一是砂砾石地层成孔过程中的塌孔问题，二是地层中的孤石能否有
效被水泥浆包裹问题。
本工法从九甸峡水电站厂房基础防渗中总结出来。为了解决高压旋喷防渗墙处理方案在砂砾石层中的可施工性，在常规施工方法的基础上采取了有效改进措施。针对砂砾石地层成孔难、易塌孔、钻进速度慢等技术难题，采取了大扭矩风动回转式液压钻机跟管钻进，PVC套管护壁成孔方法。这种钻孔方法与传统泥浆、水泥浆护壁钻孔方法相比，具有成孔快、不塌孔、工艺简单等优点。针对注浆过程中的孤石能否有效被水泥浆包裹及水泥浆与砂砾石充分搅拌问题，在注浆施工方法上选用高压水孔内切割，风动搅拌，水泥固结的三管法。在参数选择上尽量选择大水压，加大高压水对地层冲击、切割力度；在遇有孤石时，采取在孤石上、下50cm加大喷嘴旋转速度、慢速提升的办法，充分将孤石用水泥浆包住，从而使固结后的柱体达到连续完整的目的。工程所取得的成功经验值得类似工程借鉴和使用。
三、适用范围
高压喷射注浆法防渗和加固技术主要适用于砂类土、黏性土、黄土、和淤泥等软弱
土层，本工法主要介绍其在砂砾石中的应用。 四、工艺原理
高压喷射注浆是利用钻机成孔后，由高压喷射注浆台车（简称高喷台车）把前端带有喷嘴的注浆管置入砂砾石层预定深度后，以30～40Mpa压力把浆液或水从喷嘴中喷射出来，形成喷射流切割破坏砂砾石层，使原砂砾石层被破坏并与高压喷射进来的水泥浆按一定的比例和质量大小，有
规律地重新排列组合，浆液凝固后，便在砂砾石层中形成一个柱状固结体，无数个柱状固结体的连接便形成一道屏蔽幕墙。
因从喷嘴中喷射出来的浆液或水能量很大，能够置换部分碎石土颗粒，使浆液进入碎石土中，从而起到加固地基和防渗的作用。 五、施工工艺及特殊情况处理 5.1高压旋喷施工参数确定
高压旋喷渗墙施工前期，首先进行试验孔施工，试验孔施工主要确定孔深、孔距、水气浆压力、浆液密度、注浆率、旋转及提升速度，试验孔施工结束后，进行钻孔取芯、注水试验和开挖检查。计算出透水率并通过试验得出芯体的抗压强度，从开挖检查看，旋喷墙厚度及成墙连续性。 在九甸峡水电站厂房下游沿河围堰高压旋喷渗墙施工前，在防渗墙体一端选取了两个孔位进行了高压旋喷试验。根据试喷试验资料，得出的砂砾石层旋喷防渗墙施工参数为： 孔 距：1.0m 水 压：≥40Mpa 气 压：≥0.6Mpa 浆 压：≥0.4～0.7Mpa 注 浆 率：≥70L/min 提升速度：6～8cm/min 旋转速度：8～10r/min 3浆液密度：≥1.65g/cm 浆液灰水比: 0.8:1
试验段成墙14d后，采用地质钻机分别在旋喷桩中心和连接部位进行了钻孔取芯和压水试验。取芯试验表明，桩体及连接部位水泥浆与砂砾石胶结效果较好，取得芯样最大长度1.1m，芯体28d平均抗压强度4.6Mpa。桩体中心和连接部位压水试验计算所得透水率分别为6.3Lu和4.4Lu。 5.2高压旋喷防渗墙施工工法
高压旋喷防渗墙钻孔注浆分两序施工，先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔，相邻孔施工间隔时间不少于24小时。注浆采用同轴三管法高压旋喷灌浆。同轴三管法即以浆、气、水三种介质同时作用于地层，使浆液与地层颗粒成份混合、搅拌、置换、充填渗透形成 固结体。
施工程序为：场地平整压实→造孔（跟管钻进）→下PVC管护壁→跟管拔出→高喷台车就位→试喷→下喷具→喷灌→封孔→高喷台车移位。 (1)造孔：针对砂砾石地层成孔难、易塌孔、钻进速度慢等技术难题，采取了大扭矩液压工程钻机跟管钻进。一是采用YGJ-80风动液压钻机配偏心式冲击器冲击跟管钻进；二是采用QLCN-120履带式多功能岩土钻机跟管钻进。钻孔直径均为φ140mm，造孔效率可达6.0m/h。钻机就位后，用水平尺校正机身，使钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置，孔位偏差不大于5cm。钻孔达到设计深度后，将钻杆提出，在跟管内下设小于跟管口径的PVC套管取代跟管。PVC护壁套管下至孔底后，再用液压拔管器分节拔出钢质护壁跟管。PVC护壁套管滞留在孔中，待喷射灌浆时通过高压水切割破碎，通过水泥浆与砂砾石固结在一起。 钻机造孔示意图