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
八、安全及环境保护
㈠安全措施
1.做到定机定人，持证上岗。

2.施工前对各项设备进行检查，尤其检查机电设备及高压系统，发现问题及时处理。

3.作业面上各种机具间保持有5米以上间距，避免互相影响。

4.人工搬运机具设备应轻拿轻放避免碰伤手脚。

5、地面浆液管路要有防护罩，操作人员要佩戴防护面具，避免高压浆液喷溅伤人。

㈡环境保护措施
1.施工营地、材料堆放场、机械存放场、施工临时用地等不放置在植被良好的地段。

2.施工中产生的废浆严禁排入河道，经沉淀池沉淀后送处理厂处理。

3.对营地生活垃圾、施工遗弃物、废油、废水、废气、废渣等集中进行预处理后，采用专用车辆运输至指定的处理厂处理。

4.工程竣工后，进行场地平整，便道进行修整，恢复地表天然状态。

九、质量要求
1.必须使用质量合格的注浆原材料，并对材料严加保管，防止变质，浆液随用随拌。

2.专人负责孔位的放线定位工作，钻孔前需复核孔位，偏差不得大于5厘米。

3.必须有原始的钻孔深度和注浆深度及提升速度记录，现场技术人员要核对注
浆、钻孔深度和提升速度。

4.机具应定期检查维护，清理污物，确保孔道畅通。

5.桩孔机具安装就位后应检查垂直度，避免桩身倾斜。

6.当注浆压力和流量出现异常现象时，必须立即停机检查，处理完毕后方可继续施工。

7.成桩后对桩身取样作强度的试验。

8.对帷幕内外的水位进行测量，以确定帷幕止水的效果。

十、效益分析
在青藏高原特殊的地理环境下，与其它施工方法相比投入较小，施工迅速。

根据钻取观测孔对帷幕内外的水位进行观测得出帷幕外水位高于帷幕内水位，在承台施工中内外水位差可达8米，确保了深水承台基础施工顺利进行。

旋喷帷幕法施工很好的解决了钢便桥及钻孔平台的搭建耗时较长，且围堰、吊箱等制作加工技术复杂，成本高，沉放时间长的缺点。

具有成本低、投入机械材料少、施工安全、能够迅速打开施工局面缩短工期的优点。

使用本工法节省时间近30%，减少人员20～30%，节约机械台班约20%，经济效益达到230万元以上。

十一、工程实例
青藏铁路二标段DK875＋550干沟雪水河大桥，全长403.6米。

该桥横跨雪水河水库并与水库垂直相交，桥位处河岸直立陡峭，与水面高差20.3米，水深（10.5～11.78）米。

2＃～10＃墩均为水中墩，承台为7.2×10.3米和5.32×5.32米双层承台。

高原气候恶劣，有效工期仅七个月。

3＃～8＃墩采用旋喷桩帷幕封水止水开挖基坑，进行基础施工。

2002年3月21日至2002年4月29日完成全部承台施工、2002年5月28日桥梁主体完工、2002年7月8日全桥竣工，全桥合格率100％，优良率96.6％，单位工程质量检验评定为优良。

执笔：马晓贵郭杰黄新。