旋喷桩止水帷幕施工工法

旋喷桩止水帷幕施工工法

一、前言

该工法产生于青藏线雪水河大桥的基础施工工程，在工期紧迫而又不可能采用钢围堰施工的情形下，对于水深达12米的3＃～8＃墩，施工单位采用了水中筑岛的方法，成功地在短时间内完成了水中承台的修整。利用旋喷桩形成止水帷幕在铁路施工工法中属于首例，该帷幕施工成本低，施工快捷。该工法解决了喷浆材料的配比和施钻工艺，两层相互咬合的旋喷柱桩形成的帷幕，起到了很好的止水和支撑作用，达到了允许内外水位差8米的良好效果。

二、工法特点

1.技术方案简便易行，施工工艺简洁明了，能迅速打开施工局面，缩短工期；

2.材料来源广阔，为32.5R普通硅酸盐水泥。外加剂可用水玻璃、三乙醇胺等；

3.对整体工程来说，工作面大，人员、机械在陆地上作业，操作安全；

4.与双壁钢围堰相比投入小，经济效益显著。

三、适用范围

在淤泥、粘性土、黄土、砂土、人工填土，卵（砾）石粒径＜200mm、含量小于30％的砂砾土等地质条件下，可用作挡土挡水围堰、止水防渗帷幕，进行深水承台基坑开挖及基础施工，也可进行软基加固，以提高地基承载力。

四、工艺原理

粉喷桩相互交联咬合，达到防渗止水；通常粉喷桩只能承受一定的轴向力，但利用形成的圆形闭环拱顶原理，则可以承受侧向土压。

五、施工工艺

㈠施工工艺流程图(见图1):

图1 施工工艺流程图

㈡操作要点

1.注浆材料和配比

采用32.5R普通硅酸盐水泥浆，水灰比1∶1；为提高旋喷帷幕的早期强度，加快承台基坑施工进度，可掺入水玻璃、三乙醇胺。

2.旋喷帷幕的工艺参数确定

先施工试验桩并根据桩身材料的抗压强度、抗剪强度、桩身完整性、均匀性、抗渗性等确定施工相关参数。以旋喷帷幕直径15.50米，旋喷桩直径0.6米为例，各参数如下：

⑴喷射压力：（20～22）MPa

⑵旋喷提升速度：（18～22）厘米／分钟

⑶喷嘴直径：1×3mm、2×2.5mm

⑷水灰比： 1∶1

⑸水玻璃掺量：4.5％

⑹三乙醇胺掺量：0.05％（冬季施工用）

(7)筑岛填料：砂砾土,渗透系数10-2cm/s

(8)桩长14米左右，以深入原河床不小于1.5米为准

(9)总桩数200根

(10)同排桩间交联0.1m，内外排桩交联0.09m

3.旋喷帷幕力学强度与抗渗率设计指标（见表1）：

表1 旋喷帷幕力学强度与抗渗率设计指标表

4.孔位布置

旋喷帷幕是由多个旋喷桩单体相互交联而成，因此在桩位平面布置上必须保证帷幕的连续性，布孔按双排布孔形成帷幕(见图2)：

图2 旋喷桩桩位平面布置图置

5.旋喷帷幕施工控制

⑴准备工作的检查：喷射注浆前检查高压设备和管路系统，其压力和流量满足技术要求，注浆管及喷嘴内无杂物，如有则清除干净，注浆管接头密封良好。

⑵钻机就位和钻孔：钻机按布孔孔位就位，就位时机座支垫平稳，钻杆竖直，立轴、转盘与孔位对正，钻孔的倾斜度小于1.5％，保证旋喷帷幕的垂直度，确保帷幕连续，避免出现旋喷桩底部不能相互交联的现象。钻孔前复核孔位，避免漏钻，孔位偏差小于5厘米，钻孔中经常检查孔位及倾斜度。

在钻入过程中，为了防止喷嘴被泥砂堵塞，采取一边钻进一边喷水，喷水压力控制在1MPa之内。

⑶为了防止集中施工对土体的软化作用和对邻桩的破坏作用，施工过程中实施跳钻的方法。

⑷注浆管钻入土层预定深度后，由下而上进行喷浆作业。施工中，先喷浆后旋转、提升。钻杆的提升和旋转需连续不中断，由于钻孔较深，分成数次拆卸注浆管，拆卸管后再注浆的搭接长度不小于0.1米。喷浆达到设计深度后，即停止加压，继续用注浆泵注浆，水泥浆从孔口返出，即可停止注浆。

为了保证旋喷帷幕达到设计的防渗止水效果，在其旋喷桩底部喷浆作业时，适当放慢提升速度、加大注浆压力。

⑸施工过程中，遇到大块岩石、漂石，喷浆作业时，为保证施工质量，特别在大块岩石、漂石处进行静压注浆，以补充旋喷注浆的空缺部分，使浆体能包裹大块岩石或漂石形成整体，而不至于在该处形成薄弱环节。

⑹喷浆作业中，仔细观察冒浆情况，及时了解土层情况、喷浆的大致效果和喷射技术参数是否合理，并对冒浆妥善处理。在实际施工中喷浆作业会出现以下几种情况：

施工中冒浆量小于注浆量20％为正常现象；超过20％则为冒浆过大，说明注浆量与有效喷射范围不相适应。进行原因分析，如果是注浆量大大超过旋喷固结所需浆量则适当缩小喷嘴孔径，如果是有效喷射范围过小所致则提高喷射压力，直至冒浆量在20％内；如完全不冒浆时，则说明浆液随大坝土体饱和水流失，则在浆液中掺加速凝剂，缩短固结时间，使浆液在一定范围凝固，旋喷桩成型。

⑺所用水泥浆、水灰比按设计参数规定，不得随意更改。不使用受潮或过期的水泥。

喷射过程中不断的搅拌浆液使盛浆筒上下左右的浆液均匀，防止水泥浆沉淀。

⑻搅拌好的浆液应具有良好的可喷性，根据现场施工情况，总结得出浆液的可喷性与浆液的稠度、外加剂、水灰比及水泥粒径有关。浆液的可喷性可用粘度来评定，粘度用粘度计来测定。

浆液的水灰比越大，则可喷性越好。掺入适量的外加剂、使用粒径细的水泥，可提高浆液的可喷性。

⑼施工中做好深度、注浆深度、注浆压力、注浆流量、冒浆量的量测和检查工作，并做好原始记录。

⑽当最后一根旋喷桩强度达到设计强度的70％时，即开始进行承台基坑开挖。为减小帷幕外侧压力，先采取有水开挖，开挖过程中不断向基坑内注水，使内外压力平衡，避免旋喷桩未达设计强度而被损坏。

机械开挖过程中，抓斗远离旋喷帷幕壁（0.5～1.0）米，以免抓斗损坏帷幕墙壁。当旋喷桩帷幕强度达到设计强度时抽水，人工清除承台基坑设计尺寸以内土体。

基坑开挖完成后，检查旋喷帷幕的防渗止水效果，帷幕墙体应外形规则、整体连贯，基本上无漏水现象。对由于大块岩石的影响，渗水量较大的部位，进行静压灌浆，保证承台的施工。

六、机具设备（见表2）

表2 机具设备表

七、劳动组织

为加快施工进度，现场采用多机三班作业。单机单班配备劳动力情况见表3：表3 劳动力配备情况表