承压水高压旋喷桩封闭止水试验几点建议

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摘要：河南省焦作市供水配套工程28号输水线路为球墨铸铁管道，总长13.55公里，在桩号S8+040～S10+463.41段存在承压水，地面高程82.2～86.5m，地质结构大多属粘砂多层结构，岩性由上至下依次为重粉质壤土、粉质粘土、重粉质壤土、轻壤土、细砂。输水管线设计管径为DN1000球墨铸铁管材，施工管道开挖为2.2m宽的直槽。管道沟槽开挖后，管沟底距离承压水顶板较薄，极易产生顶托破坏，危及供水管线安全，甚至引起基坑事故。另根据实地放样测量，该段管线距离铁路极近，若采用强降（排）水措施会引起附近地面沉降等环境地质问题，影响附近既有建筑物特别是铁路的安全。

关键词：承压水;旋喷桩;封闭止水试验

Abstract: henan jiaozuo, 28 supporting engineering of water supply, water lines for ductile iron pipes, total length of 13.55 kilometers, the pile number S8 + 040 ~ S10 of confined water + 463.41 segment, the ground elevation 82.2 ~ 86.5 m, the geological structure is mostly belongs to the adhering sand multilayer structure, lithology from top to bottom in turn heavy silty loam, silty clay and silty loam, light loam, sand. Water-transmission line pipe diameter to DN1000 nodular cast iron pipe design, the construction of the pipeline excavation is 2.2 m wide straight flute. Confined water pipe groove excavation, pipe trench distance roof is thin, easy to produce jacking, endanger water supply pipeline safety, and even cause a foundation pit accident. The other field layout according to the measurement, this railway line distance very close, if the measures will cause a strong drop (row) water near the environmental geological problems such as land subsidence, affect the safety of adjacent buildings especially near the railway.

Key words: confined water; Jet grouting pile; Closed water test

中图分类号：TV文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

一、试验目的

确定施工工艺、成桩直径、机械配备、人员组织、注浆材料，并检查孔位、孔斜、孔深、浆液性能、喷浆压力、转速及提升速度、桩体强度等技术指标。

二、试验段范围

试验段在BG9+959.2～BG10+009.2范围，根据现场情况确定2个作业段，分别为BG9+959.2～BG9+984.2、BG9+984.2～BG10+009.2，每个试验段长度均为25m，试验段封底止水方法为高压旋喷止水桩方案。

试验段地质情况

该段地质结构大多属粘砂多层结构，岩性由上至下依次为重粉质壤土、粉质粘土、重粉质壤土、轻壤土、细砂。管道底板一般位于第④-1层重粉质壤土（alplQ14）中，局部位于第⑤层轻壤土（alplQ3）或第⑥层细砂（alplQ3）中，地下潜水位埋深一般0.6～3.2m，承压水头2.2～6.1m。

在试验段BG10+009.2附近挖探坑1处，地面高程85.48 m，探坑深度3.2m（槽底位置），地层结构依次为：0～2.0m，填土，主要为路基土，成分较杂；2.0 m ～2.3 m第①层重粉质壤土：褐黄色，可塑，可见针状孔隙；2.3 m ～2.7m，第②层粉质粘土，灰黑色，可塑～硬塑状，见有螺壳碎片；2.7 m ～3.2m，第④-1层重粉质壤土，灰黄色、灰白杂灰绿色，可塑状，含钙质结核，粒径一般1～3cm左右，含量20%左右，土质不均一。探坑揭示地下水情况：挖深2.6m处坑壁有明显渗流，水流直径小于0.1cm，3.5h左右观测承压水位距地面2.3m。

四、桩径的比选及试验段参数

根据现场地质情况，拟采用双管法施工工艺。目前，国内成桩直径最常用的、效果最佳为800mm以内的高压旋喷桩。定额中也仅有800mm以内高喷桩子目。大直径的旋喷桩国外技术较为成熟，国内由于受价格高、设备复杂、技术不成熟、止水效果差、成桩速度慢的制约，极少采用。经过比选拟选用0.8m桩径作为试验桩径。

1、第一试验段技术参数：根据黄河勘测规划设计院《河南省南水北调受水区焦作受水区配套工程28号线承压水段处理方案现场试验施工技术要求》的要求，拟在BG9+959.2～BG9+984.2段长度25m范围采用桩径800mm高压旋喷桩，旋喷桩密排，桩与桩之间纵横方向搭接长度均为20cm，沿管道轴线横向布置为8排，单根桩长2.0m。同时为了防止两侧侧水对输水管道土方开挖的影响，外侧第二排桩向上多喷1.0m，形成止水结构体为高压旋喷桩所围成的“U”型槽，槽底有效厚度为2.0m，宽度为5.0m。槽身两侧墙厚为0.8m，侧墙顶高出槽底高度为1.0m，该试验段高压旋喷桩总根数344根，共774m。

2、第二试验段技术参数：拟在BG9+984.2～BG10+009.2段长度25m范围采用桩径800mm高压旋喷桩，旋喷桩密排，桩与桩之间纵横方向搭接长度均为20cm，沿管道轴线横向布置为8排，单根桩长2.5m。同时为了防止两侧侧水对输水管道土方开挖的影响，外侧二排桩均向上多喷1.2m，形成止水结构体为高压旋喷桩所围成的“U”型槽，槽底有效厚度为2.5m，宽度为5.0m，槽身两侧墙厚为1.4m，侧墙顶高出槽底高度为1.2m。该试验段高压旋喷桩总根数344根，共1066.4m。

五、注浆材料

高喷注浆材料为水泥浆，水泥采用强度等级为42.5级的普通硅酸盐水泥，制浆用水应符合水工混凝土拌合用水的要求。浆液水灰比拟定为1:1，试验时可根据地质情况适当调整。如工程需要，可适量添加速凝剂及掺合料构成复合浆液。

六、 主要施工工艺

1、钻机定位。移动旋喷桩机到指定桩位，将钻头对准孔位中心，同时整平钻机，放置平稳、水平，钻杆的垂直度偏差不大于1%～1.5%。就位后，首先进行低压（0.5MPa）射水试验，用以检查喷嘴是否畅通，压力是否正常。

2、制备水泥浆。桩机移位时，即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆。首先将水加入桶中，再将水泥和外掺剂倒入，开动搅拌机搅拌10～20分钟，而后拧开搅拌桶底部阀门，放入第一道筛网（孔径为0.8mm），过滤后流入浆液池，然后通过泥浆泵抽进第二道过滤网（孔径为0.8mm），第二次过滤后流入浆液桶中，待压浆时备用。

3、钻孔。当采用地质钻机钻孔时，钻头在预定桩位钻孔至设计标高（预钻孔孔径为15cm）。

4、插管。当采用旋喷注浆管进行钻孔作业时，钻孔和插管二道工序可合而为一。当第一阶段贯入土中时，可借助喷射管本身的喷射或振动贯入。其过程为：启动钻机，同时开启高压泥浆泵低压输送水泥浆液，使钻杆沿导向架振动、射流成孔下沉；直到桩底设计标高，观察工作电流不应大于额定值。钻机钻孔后，拔出钻杆，再插入旋喷管。在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，可用较小压力（0.5～1.0MPa）边下管边射水。

5、提升喷浆管、搅拌。喷浆管下沉到达设计深度后，停止钻进，旋转不停，高压泥浆泵压力增到施工设计值（20～40MPa），坐底喷浆30s后，边喷浆，边旋转，同时严格按照设计和试桩确定的提升速度提升钻杆。在达到设计深度后，接通高压水管、空压管，开动高压清水泵、泥浆泵、空压机和钻机进行旋转，并用仪表控制压力、流量和风量，分别达到预定数值时开始提升，继续旋喷和提升，直至达到预期的加固高度后停止。

6、桩头部分处理。当旋喷管提升接近桩顶时，应从桩顶以下1.0m开始，慢速提升旋喷，旋喷数秒，再向上慢速提升0.5m，直至桩顶停浆面。

7、若遇砾石地层，为保证桩径，可重复喷浆、搅拌：按上述4～6步骤重复喷浆、搅拌，直至喷浆管提升至停浆面，关闭高压泥浆泵（清水泵、空压机），停止水泥浆（水、风）的输送，将旋喷浆管旋转提升出地面，关闭钻机。

8、清洗。向浆液罐中注入适量清水，开启高压泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，直至基本干净。并将粘附在喷浆管头上的土清洗干净。

9、移位。移动桩机进行下一根桩的施工。

10、补浆。喷射注浆作业完成后，由于浆液的析水作用，一般均有不同程度的收缩，使固结体顶部出现凹穴，要及时用水灰比为1.0的水泥浆补灌。

七、常见问题的处理

1、不冒浆或冒浆量少。通常原因是加固土层粒径过大，孔隙较多，可采取以下措施：1）加大浆液浓度，可以从1.1加大到1.3左右继续喷射；2）灌注粘土浆或加细砂、中砂，待孔隙填满后再继续正常喷射；3）在浆液中掺加骨料；

4）加泥球封闭后继续正常喷射；5）灌注水泥砂浆后，再将孔内水泥浆置换成粘土浆，待孔隙填满后继续正常喷射。

2、冒浆量过大。通常是有效喷射范围与喷浆量不适应有关，可采取以下措施：1）提高喷射压力；2）适当缩小喷嘴直径；3）适当加快提升速度。由于冒浆量中含有地层颗粒和浆液的混合体，目前对冒浆中的水泥的分离回收尚无适宜方法，在施工中多采用过滤、沉淀、回收调整浓度后再利用。

3、凹穴处理。1）在喷射灌浆完毕时，即连续或间断地向喷射孔内静压灌注浆液，直至孔内混合液凝固不在下沉；2）在喷射灌浆完成后，向凝固体与其上部结构之间的空隙进行第二次静压灌浆，浆液的配比应为不收缩且具有膨胀性的材料。

八、旋喷过程控制

1、旋喷过程中，冒浆量小于注浆量的20%为正常现象，若超过20%或完全不冒浆时，应查明原因，调整旋喷参数或改变喷嘴直径。

2、制作浆液时，水灰比要按设计严格控制，不得随意改变。在旋喷过程中，应防止泥浆沉淀，浓度降低。不得使用受潮或过期的水泥。浆液搅拌完毕后送至吸浆桶时，应有筛网进行过滤，过滤筛孔要小于喷嘴直径1/2为宜。

3、在旋喷过程中，若遇到孤石或大漂石，桩可适当移动位置（根据受力情况，必要时可加桩），避免畸形桩或断桩。

九、施工现场控制

1、本施工涉及到钻机钻孔、高压喷浆、焦枝柳铁路路基保护、地下管线的保护、基坑开挖。在确定重点部位的前提下，落实监控人员，确定监控的措施方案和方式，实施重点监控，必要时连续监控。

2、确保施工时放样定位、垂直度、水泥掺入量、成桩深度的正确无误。旋喷施工时还要保证浆液流量及压力、喷管提升及旋转速度。

3、严格控制高压旋喷桩钻机的施工参数，防止超、欠钻，施工参数以钻进速度和注浆量为主要管理目标。

4、严格控制钻机在钻进过程中的垂直度，以减小对土体的扰动。

5、施工过程中，应确保旋喷桩的有效搭接长度＞20cm，并随及时检查桩基垂直度；

6、强化施工管理和过程控制、确保施工质量。