高压射置换灌浆在桐子林水电站工程的应用【摘要】桐子林水电站导流明渠工程左导墙基础部分覆盖层中粉砂质粘土层处理施工中，采用高压射水基础置换灌浆施工新工艺，良好的解决了地基承载力弱、砂层容易液化等难题，满足了设计要求。【关键词】导流明渠；基础处理；高压射水；置换灌浆一、工程概述 桐子林水电站导流明渠工程左导墙（左导 0200m0215m 段）基础开挖至高程 EL974m 时，由于地连墙上游侧基础开挖后在侧向土压力作用下，有可能引起地连墙 1、2桩基础失稳。为保证地连墙 1、2桩的自身稳定，在该部位未挖 （岩石基础）至设计高程 EL968m 的情况下采用混凝土回填进行了紧急抢险处理。由于该部位基岩上覆盖有桐子林组粉砂质粘土层，地基承载力低，为满足该部位地基承载力及避免不均匀沉降的要求，同时为避免基础面的二次开挖，规避施工安全及进度风险，决定对该部位采用高压射水置换灌浆处理措施进行基础加固处理。二、高压置换灌浆 1、高压射水基础置换灌浆施工工艺流程 高压射水基础置换灌浆施工工艺流程图见图 1。 造孔（放线定位，控制孔深、孔斜） 高压射水切割置换（控制水压、风压，及出渣比重） 高喷灌浆（控制灌浆压力、风压、喷具提升速度及旋转速度） 回填封堵 质量检查（钻孔取芯，压水、注水试验及芯样力学试验） 图 1 高压射水基础置换灌浆施工工艺流程图 2、高压射水基础置换灌浆施工技术要求 ⑴ 钻孔 钻孔分三序施工，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔，最后施工 III 序孔。孔排距为 0.75m0.75m，梅花型布置。钻孔机械为地质钻机 SGZ-IIIA 及潜孔钻机 XZ-30。钻孔孔位偏差不大于 5cm，孔深深入基岩 1.0m，孔深偏差不大于 20cm，开钻前用水平尺和重锤对钻具的垂直度进行校核。钻孔结束后，对钻孔孔深、孔斜进行验收，并绘制出简易钻孔柱状图及说明，以供置换及高压灌浆使用。 ⑵射水置换施工 射水置换施工原理是利用高压水切割破坏扰动地层，将覆盖层充分液化，在风水联动的作用下将液化后的泥浆及细小颗粒返出地面，并上下往返反复切割扰动破坏地层，形成具有一定直径和形状的桩孔。 该部位射水置换施工采用 XL-50 型高喷灌浆机具，将喷射管下放至预埋管内，同时开动风、水并分别升至 0.51.0Mpa、2832Mpa，自上而下射水成孔，终孔后风水联动上下提升反复切割搅动地层 3 次，在高压水的作用下将覆盖层基础充分搅动液化并加大置换面积及范围，风水联动将液化后的淤泥浆及细小颗粒返出地面。 在射水置换过程中，经过风水联动置换冲洗，在相邻孔串通后作为覆盖层置换施工液化后的出渣孔，根据出渣孔的返渣量大小及返出浆液的浓度，决定是否继续切割置换或结束置换，出渣比重不得大于（或≤）1.2g/cm3。在该置换孔施工完毕，进行下一次序孔施工时，继续以该孔作为出渣孔，其施工步骤及切割置换结束标准与上述施工步骤一致。 为避免置换施工后出现不均匀沉降，保证基础的整体稳定安全，相邻孔的置换施工必须待上一置换孔的水泥浆液结石强度达到 70％以后方可进行，故施工过程中采用排与排之间，相邻孔交错间隔施工的程序进行，以避免对已施工完毕置换孔水泥浆液的扰动破坏。 ⑶ 高压置换灌浆充填 ①制浆 考虑地层经高压水充分切割搅动液化置换后，仍可能残留部分覆盖层颗粒在孔内，故高压充填灌浆需加大喷射压力对置换孔进行充分搅动，以确保浆液的有效充填，最大程度的保证桩体之间的搭接效果。根据高喷设备的施工性能，综合考虑施工地层等因素，选用不低于 0.8:1 的水泥浆液，根据设备性能尽量选用较浓的浆液。 水泥浆液随配随用，并在喷灌作业过程中连续不断的搅拌，水泥等固相材料采用重量称重法，称重误差小于 5，浆液拌制必须搅拌均匀。采用高速搅拌槽搅制浆液时，搅拌时间均不少于 30s，普通搅拌机浆液搅拌时间均不少于 3min。供浆过程中随时用比重秤测量浆液密度。 ②灌浆 钻孔工序经验收合格后，方可进行灌浆施工，灌浆按照分序加密的原则，先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔，再施工Ⅲ序孔的施工顺序进行施工。 灌浆采用 XL-50 型高喷灌浆喷具（喷具直径Φ65mm，采用专用密封圈丝扣连接），当喷具下入到孔内设计深度后，开始送入符合要求的风、浆（风压为0.30.7Mpa，灌浆压力为 1020Mpa），根据钻孔揭露出地层情况，边旋转边提升（旋转速度为 0.81V， ， 提升速度为 1525cm/min）自下而上进行高喷灌浆作业，直至设计终喷高程停止灌浆。 在喷灌过程中，质检人员时刻注意检查风、浆的流量及提升速度等参数是否符合要求，遇到特殊情况，应立即查明原因采取相应措施进行处理。另外，施 卸、工作业人员接、 换管要快，并作好喷具接头保护，防止喷具堵塞和铸管。接、卸、换管后的下管，要比原停喷高度下落 0.2m，确保上下连接。喷灌应连续进行，因故中断后应停止提升，记录中断深度，并尽快恢复，若短时间不能恢复的，应提出喷具，用水冲洗干净，待故障处理后，将喷具下入原中断位置以下 1.0m左右继续进行喷射灌浆。喷灌过程中随时检查进浆及回浆密度，确保进浆密度不低于 1.60g/cm，回浆密度不低于 1.45g/cm，当回浆浓度不足时，应当立即停止提升，待返浆浓度达到要求后再行正常提升。 在喷灌过程中，在孔口连续向孔内添加粗砂或豆石，以确保桩体的强度，增加桩体的承载力。 ⑷回填及封堵 置换法施工孔口经长时间切割扰动及冲刷，孔口直径相应加大，在置换灌浆充填后孔口段将出现较大范围内的析水沉降，为解决凝结体顶部因浆液析水和渗漏出现空腔，导致地基承载力的不足。在喷灌结束后，由专人负责用灌浆浆液进行孔口静压注浆充填，直到浆液不再析水下降为止。三、置换灌浆效果分析 施工结束后，在顺水流方向左导墙两侧护脚相邻置换孔中间分别布置了 4个检查孔，进行钻孔取芯、注水试验、压水试验、芯样力学性能等检测，孔深为入岩 1m，孔径为Φ90mm，共计 8 孔，芯样采取率为 90.496.5。共计进行压水 -6 -6试验 4 段，渗透系数为 1.95×10 7.8×10 cm/s，吕荣值（Lu）为 0.150.60； 渗透系数为 1.33×10-64.34×10-6cm/s，注水试验 4 段， 吕荣值 为 （Lu） 0.100.33；取芯 8 孔，进行抗压强度试验 12 组，软化系数 4 组，检测率 9.6，其中岩样在标准状态下的抗压强度为 5.312.7Mpa，岩样软化系数 0.721.09，故置换后的基础承载力大于 1.0Mpa（折减系数按 0.2 计）。本工程粉砂质粘土的抗剪强度为0.320.40，通过置换灌浆，该部位的抗剪强度得到了较大提高。该部位的高压射水置换灌浆施工满足质量要求，质量检查成果达到了设计要求的各项指标，因此，对该部位的地基处理达到了预期的效果。四、结语 以往的基础处理，为提高基础持力层的承载力，常采用固结灌浆、振冲和高压旋喷灌浆等施工方法，而对于桐子林水电站导流明渠工程左导墙（左导02000215m 段）基础覆盖层处理，通过生产性试验及调整孔排距后的施工效果来看，利用高压射水将地层切割破坏扰动，将覆盖层充分液化，在风水联动作用下将搅动液化后的泥浆及细小颗粒返出地面后，用高压旋喷机加大压力向孔内喷射水泥浆液，对地层进行充分充填，并加大成桩直径，确保桩与桩之间的有效搭接。经施工结束后的质量检查，该部位置换后的地基承载力及透水性都得到了一定的提高，满足设计要求，完成了对基础覆盖层粉砂质粘土的有效置换，为在类似工程的基础处理提供了借鉴经验。