深搅和高喷技术相结合的方法在倒虹吸开挖中的作用和意义

　　摘要：本文笔者根据自己多年的施工工作经验，以南水北调中线工程勒马河河道倒虹吸管身段土方开挖工程施工为例，从深层水泥搅拌桩和高压喷射灌浆技术两方面进行论述，阐述了深搅和高喷技术相结合的方法在倒虹吸开挖中的作用和意义。
　　关键词：深搅高喷，南水北调，勒马河，截渗墙施工
　　一、水泥搅拌桩和高压喷射灌浆的概念及技术优势
　　1.1水泥搅拌桩的概念及技术优势
　　水泥搅拌桩是指利用水泥材料做为固化剂,通过特制的深层搅拌机械,在地基深部强制将上述固化剂浆液与土体均匀拌和成桩,从而改善地基土的物理力学性能,降低地基变形,提高地基土的承载能力。
　　水泥搅拌桩具有其独特的优点,归纳如下:①由于是将固化剂和原地基软土就地拌和,因而最大限度的利用了原土。②搅拌时较少使地基侧向挤出,对周围原有建筑物的影响较小。③按照不同地基土的性质及工程设计要求,合理选择固化剂及其配方,设计较灵活。④施工时无振动、无噪音、无污染,可在市区内和密集建筑群中进行施工。⑤土体加固后重度基本不变,对软弱下卧层不致产生附加沉降。⑥根据上部结构的需要,可灵活的采用柱状、壁状、格栅状和块状等加固形式。
　　1.2高压喷射灌浆的概念及技术优势
　　高压喷射灌浆是指在砂砾石、砂土等地层钻孔内，用高压水、气、水泥浆射流冲击，扰动孔壁周围介质，使浆液充填并与地层土石颗粒掺混，凝固后成整体，使地基防渗或提高承载力。
　　高压喷射灌浆的技术优势体现在下面几个方面：①充填作用浆液凝成的结石将地层空隙充填起来，可以阻止水流通过，提高地层的密实性；②压密作用。在浆液被压入的过程中，将对地层产生挤压，从而使那些无法进入浆液的细小裂隙和孔隙受到压缩或挤密，使地层密实性和力学性能都得到提高；③粘合作用。某些浆液的胶凝性质可以使己经脱松的岩块、建筑物裂缝等充填并粘合在一起，使其联合承载能力得到改善；④固化作用。某些浆材（例如水泥和某些化灌材料）可与地层中的粘土等松软物质发生化学反应，将其凝固成坚固的“类岩体”。
　　二、深搅和高喷在南水北调中线工程勒马河倒虹吸土方开挖施工中的应用
　　2.1工程概况
　　勒马河河道倒虹吸工程位于河南省博爱县西金城乡东北约1.5km三河口处。工程交叉处总干渠桩号Ⅳ18+229.1。勒马河河道倒虹吸总长255.4m，其中管身水平投影132.9m，管身断面为2孔矩形，单孔过水断面4.0m×4.0m（宽×高）。勒马河河道倒虹吸与总干渠正交，由进口连接段、管身段及出口消能防冲段组成。
　　2.2水泥土搅拌桩施工
　　2.2.1施工工艺参数
　　水泥土搅拌桩截渗墙施工工艺参数见表1
　　表1水泥土搅拌桩截渗墙施工工艺参数表
　　项目 深层搅拌桩
　　浆液流量 以孔口溢出水泥浆为准
　　搅拌轴外径 500mm
　　提升速度 Ⅲ～Ⅳ档
　　水泥掺入比（重量比） 15%
　　浆液水灰比（重量比） 0.5∶1
　　2.2.2水泥土搅拌桩施工方法
　　①采用“二搅一喷法”进行施工。桩机安装检测合格后，将深层搅拌机的搅拌头对准孔位中心，启动搅拌机，喷浆搅拌下沉，下沉至设计孔深进行注浆搅拌。②深层搅拌桩前后两组桩相互切割或套接，分两次成墙，完成一个单元墙段。③由于搅拌桩顶部复土压力减小，直接影响搅拌桩质量，因此应特别注意桩头的施工质量，搅拌机自地面以下1.0m喷浆搅拌提升出地面时，宜用慢速，当喷浆口即将出地面时，宜停止提升、搅拌数秒，以保证桩头均匀密实。④当搅拌桩端部接近桩顶预定位置时，持续搅拌3min后，才能拔出搅拌桩头。为了达到较好的止水效果桩与桩之间需搭接搅拌成墙时，要求相邻桩的施工间隔时间不超过24h。⑤前、后台配合。前台操机与后台供浆应密切配合，联络信号必须明确，前台搅拌机喷浆提升的次数和速度必须符合已定的施工工艺，后台供浆必须连续，一旦因故停浆，必须立即通知前台，为防止断桩和缺浆，宜将搅拌机下沉至停浆点以下0.5m，待恢复供浆时再喷浆提升。⑥清洗。喷浆施工完毕后，向集浆池中注入少量清水，开启灰浆泵，清洗注浆管路。⑦移位。重复上述1.5.4～1.5.9的步骤，进行下一根桩的施工。⑧桩头处理为保证防渗墙墙顶水泥土的质量满足设计要求的指标，待墙体材料凝固后，将墙顶面以下50cm的水泥土予以挖除，然后采用粘土进行回填压实。
　　2.3高喷灌浆施工技术
　　（1）施工参数
　　本工程按设计要求采用三重管法，施工拟采用参数如表2.
　　表2高压旋喷工艺参数表
　　旋喷注浆方法 三重管法
　　水 压力（MPa） 25～35
　　 流量（L/min） 87～95
　　 喷嘴孔径（mm）及个数 1.7～1.9（2个）
　　空气 压力（MPa） 0.7～0.8（H≥30m时，0.8～1.0）
　　 风量（m3/min） 0.8～1.0
　　 喷射间隔（mm）及个数 1～2（2个）
　　浆液 压力（MPa） 1.0～1.2
　　 流量（L/min） 60～100
　　孔口回浆密度（g/cm2） 不小于1.2
　　提升速度（m/min） 0.10～0.15
　　旋转速度（r/min） 0.8～1.0倍提升速度
　　
　　（2）高喷钻孔
　　①测量放样：在高喷灌浆施工平台形成后，由测量人员准确放出控制线和旋喷孔的孔位，埋设孔口管或做上标记以确保孔位准确，并在适当位置布置控制点，进行施工期的检测和校核。②高喷孔造孔：喷浆孔孔径φ130mm，膨润土泥浆固壁，边固边钻，以便成孔和保证孔壁稳定。③固壁泥浆：以膨润土，烧碱等材料组成的高固相护壁泥浆，满足可水平送出；泥浆在孔内不硬化固结，7～10天内高喷杆能顺利插入孔底，为其稳定性标准；泥浆在孔隙内基本不流动，不凝聚；pH值为8～10，比重1.1左右。固壁泥浆通过试验确定，选用的泥浆性能标准报送监理人批准。
　　（3）下喷射管
　　喷灌孔钻孔结束验收后，拔出芯样管(钻具)移开钻机，喷机就位进行地面孔口试喷、并检查高压系统的完好性及设备的可靠性和检查压力、转速、提速等满足要求后，换上旋喷喷管，开始下设，并将其插入预定深度。
　　（4）喷浆浆液
　　高压喷浆用的浆液主要材料为水泥。采用强度等级为42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，喷入浆液的水灰比为0.8:1～1.0:1.0。
　　（5）喷射成桩
　　当喷射管下放到设计深度后，送入合乎要求的气、浆、喷射1～3min，待注入的浆液冒出地面后，按设计配合比制备好水泥浆液，并按以下步骤进行操作：①按设计转速，原地旋转旋喷管。②按设计旋喷方法，输入水泥浆液、水和压缩空气，待泵压和风压升至设计规定值并孔口返浆且返浆比重必须大于1.3。③按设计速度提升旋喷管，进行由下而上的旋喷注浆作业。在高喷作业过程中，拆卸注浆管节后，重新进行旋喷作业的搭接长度不小于0.5m。当旋喷管提升接近桩顶时，从桩顶以下1.0m开始，慢速提升旋喷至桩顶，旋喷数秒。
　　（6）静压回灌
　　为解决旋喷凝结体顶部因灌液折水而出现凹陷现象，高喷作业结束后，随即在喷射孔内进行静压充填灌浆，不间断地将冒出地面的浆液回灌到喷浆孔内，直到孔内的浆液面不再下沉为止。
　　（7）封孔
　　当每孔灌后，将孔内浆液取出，扫孔到底，用直径2～3cm、含水量适中的粘土球分层回填捣实。
　　（8）清洗
　　当喷射到设计高程后，喷射完毕，及时将各管路冲洗干净，不得留有残渣，以防堵塞，尤其是喷浆系统。即用清水连续冲洗，直到管路出水澄清为止，然后架起高喷管设备、离地存放。
　　2.4、水泥搅拌桩和高压喷射灌浆截渗墙的施工效果
　　截渗墙施工是倒虹吸深基坑土方开挖施工过程中的关键工序，截渗墙施工质量的好坏直接影响土方开挖的施工进度和施工成本。在勒马河倒虹吸截渗墙施工的过程中派专人负责工程的进度和施工质量，严格按照施工规范和相关技术要求进行施工。保证搅拌、喷射时间和水泥用量，取得了良好的防渗效果，为后续土方开挖施工创造了良好的施工条件。为整个勒马河倒虹吸施工做出了较大的贡献。
　　三、经济技术分析
　　水泥搅拌桩的优点是：施工速度快，成本低；缺点是：强度低，处理深度较浅（最大处理深度仅为20m）。高压喷射灌浆的优点是：强度高、处理深度较深（最大处理深度可达40m）；缺点是：施工速度慢，成本高。在勒马河倒虹吸土方开挖截渗墙施工中采用水泥搅拌桩和高压喷射灌浆技术相结合的施工方法，在加快施工进度和降低施工成本方面取得了较为理想的效果。较全部采用高压喷射灌浆技术节约了约一个月的工期和约85万元的费用。
　　四、结束语
　　在南水北调中线工程勒马河倒虹吸土方开挖截渗墙施工中采用了水泥搅拌桩和高压喷射灌浆技术相结合的方法进行深基坑截渗处理，取得了良好的技术和经济效果。随着施工工艺的改进和相关施工技术的推广，我相信水泥搅拌桩和高压喷射灌浆技术相结合的施工方法，在深基坑土方开挖截渗墙施工中将会得到越来越多的运用和推广。