高壓噴灌技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

汪運(yùn)愉

摘要：高壓灌注漿在水利工程中的應(yīng)用非常廣泛，不僅可以用于地基的加固，還可以用于水工建筑物的防滲工程中。因此，本文對高壓噴灌注漿技術(shù)在水利工程當(dāng)中的應(yīng)用，以及其技術(shù)要點(diǎn)、施工工藝等進(jìn)行了詳細(xì)的研究和分析。

關(guān)鍵詞：高壓噴灌；技術(shù)運(yùn)用；水利工程；技術(shù)工藝

0 引言

現(xiàn)在，高壓噴射注漿技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用于基礎(chǔ)工程與地下工程防滲加固工程中。由于高壓噴射注漿技術(shù)可以強(qiáng)化地基強(qiáng)度，并可抑治或是減少建筑物的沉降以及不均勻沉降，因此在地下工程建設(shè)、防水帷幕、隧道頂部加固、擋土圍堰、邊坡加固以及壩體加固施工中，該技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。

1 高壓噴射灌漿的施工工藝

1.1 工藝原理

1.1.1 沖切摻攪作用

高噴技術(shù)是利用高壓射流，在沖擊切割和強(qiáng)烈擾動的作用下，漿液在射流作用范圍內(nèi)擴(kuò)散、充填到附近的土層，并與土石?；旌显谝黄?，硬化后形成凝結(jié)體，以使原地層結(jié)構(gòu)和組成發(fā)生改變，以提高土層的承載力和防滲能力。高噴凝結(jié)體是多種因素綜合作用的結(jié)果，比能值E的大小決定了高壓射流對地層結(jié)構(gòu)的影響范圍，其表達(dá)式如下：

E=（PQ）/（100v）

式中：E——每米旋噴柱耗用的能量（MJ/m）

P——噴射灌漿壓力（MPa）

Q——射流漿量（L/min）

v——提升速度（cm/min）

E值大，旋噴柱的直徑大，一般選用50～70cm直徑較好，但最終應(yīng)通過現(xiàn)場高噴試驗確定。

1.1.2 升揚(yáng)、轉(zhuǎn)換作用

高噴施工時，水、氣、漿由噴嘴中噴出，壓縮空氣，除能對水或漿液構(gòu)成外包氣層，使水或漿液射流能透入地層較遠(yuǎn)距離并維持較大壓力破碎地層結(jié)構(gòu)外，還可產(chǎn)生升揚(yáng)作用，將經(jīng)射流沖擊切削后的土石碎屑和地層中細(xì)粒，由孔壁和噴射桿的環(huán)狀間隙中升揚(yáng)帶出孔外，空余部位由漿液替代，同時也起到了轉(zhuǎn)換作用。

1.1.3 擠壓、滲透作用

高噴射流強(qiáng)度隨射流距離的增加而較快地衰減至射流束末端，雖不能再沖切地層，但對地層仍產(chǎn)生擠壓作用。同時，噴射結(jié)束后，靜壓灌漿持續(xù)進(jìn)行，對周圍土體產(chǎn)生滲透作用，不僅可以促使凝結(jié)體與周圍土體結(jié)合更加密實，還在凝結(jié)體外側(cè)產(chǎn)生明顯的滲透凝結(jié)層，具有較強(qiáng)的防滲性能。

1.2 施工工藝

1.2.1 確定墻體位置

將場地內(nèi)地下礙物清理干凈，并保持平整，以達(dá)到設(shè)計要求，為避免發(fā)生整機(jī)翻倒事故，需采取有效措施，防范地基軟、不平整的地段，同時，在平整場地上，測量定位對墻體中心線。

1.2.2 噴墻管理

嚴(yán)格把制好灌漿壓力和掘進(jìn)速度、提高速度，漿液成沸騰狀態(tài)時，送氣量大小為最佳。在灌漿過程中，墻體要均勻，確保沒有夾心層，以防止出現(xiàn)離析和斷漿現(xiàn)象。如果出現(xiàn)管道被堵，或是機(jī)器故障停機(jī)時，及時進(jìn)行搶修。

2 高壓噴射灌漿（注漿）的施工技術(shù)要點(diǎn)

2.1 鉆孔

采取泥漿固壁回轉(zhuǎn)（或沖擊）鉆進(jìn)。在造孔過程中，保持孔內(nèi)泥漿循環(huán)暢通，返出孔外，直至到鉆孔結(jié)束，以確保充填堵漏。跟管鉆進(jìn)，已邊鉆進(jìn)，一邊進(jìn)行套管，直到鉆孔結(jié)束。在鉆進(jìn)時，鉆機(jī)必須始終保持垂直，其偏斜率控制在1%之內(nèi)。

2.2 下入噴射桿

泥漿固壁的鉆孔能夠?qū)娚錀U直接下入孔內(nèi)底部。跟管鉆進(jìn)的鉆孔分為兩種情況，其一，將管壁 均勻的PVC塑管直接下入套管底部，以保護(hù)管壁，然后拔出所有套管，下入噴射桿，直至管底；其二，在拔管之前，將密度大的塑性泥漿注入套管內(nèi)，直至飽和，讓后將套管起拔，一邊起拔，一邊注入，在未完全拔出套管前，保持漿面與孔口處于水平狀態(tài)，最后在孔內(nèi)下入噴射桿，直至孔底。

2.3 高噴施工

由于采用的高噴的方法不同，因此施工中的各技術(shù)參數(shù)也不盡相同。而灌漿壓力不同，其提升速度也不同。如果對各類地層采用一樣的施工方法，其漿壓 、水壓、氣壓基本上不會有多大變化，因此，影響高噴質(zhì)量主要因素即是提升速度的變化。通常情況下，在提升速度時，應(yīng)注意以下幾個問題：①在高噴施工過程中，如果孔內(nèi)返漿量變少，則應(yīng)降低提升速度；②針對不同的地層，合理提升速度，對于砂卵（礫）石層，以及塊石比較集中或是含有大粒徑（40cm以上）塊石的地層，速度應(yīng)放慢；對于砂層中，速度可快些；③分序不同，提升速度也不同，先序孔速度較慢，后序孔速度較快。

根據(jù)施工平面圖要求安裝、調(diào)試好進(jìn)場設(shè)備，開挖施工槽、排水溝、泥漿沉淀池，復(fù)核高噴墻軸線的樁粒和標(biāo)高。

很關(guān)鍵的一點(diǎn)，正式施工前必須高噴試驗，確定正式的技術(shù)參數(shù)（編寫高噴灌漿試驗報告）。

3 水利工程高壓噴射灌漿施工的質(zhì)量控制

3.1 施工前的質(zhì)量控制

3.1.1 組建素質(zhì)較高的質(zhì)量控制隊伍。

3.1.2 編制詳細(xì)的專項控制細(xì)則。

3.1.3 審查施工單位的資質(zhì)及技術(shù)水平，協(xié)助建設(shè)單位認(rèn)真選好施工隊伍。

3.2 施工中的質(zhì)量控制

3.2.1 位置。根據(jù)設(shè)計要求，布設(shè)防滲刺墻，墻高技設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，墻厚與設(shè)計要求一致。子距L一般為2.0m，有效半徑達(dá)1.8m，擺角一般為15°（與鋼盤堤接觸處噴射擺角增大為26°左右）。提升速度一般為10cm/min.噴嘴型號為2mm，氣嘴7mm，水壓為29.4～34.3MPa，空氣壓735kPa。

3.2.2 測壓管的要求：管口為2英寸的PVC管，管底1.1m高為透水部分，外用400g/m2土工布包裹，管子四周用黃沙做漏層。

3.2.3 材料。對工程中使用的材料質(zhì)量進(jìn)行控制，主要控制水泥質(zhì)量。

3.2.4 鉆孔的沖洗。鉆孔經(jīng)檢驗合格后，進(jìn)行孔內(nèi)和縫面沖洗。

3 2.5 灌漿。為防止在灌漿壓力作用下，裂縫兩側(cè)混凝土產(chǎn)生有害的應(yīng)力和變形，在灌漿施工中應(yīng)布置儀器對裂縫進(jìn)行觀測。灌漿應(yīng)按由深到淺、由下至上、由一側(cè)向另一側(cè)的順序依次進(jìn)行。

3.3 施工后的質(zhì)量控制

工程全部施工完成后，質(zhì)量控制工程師應(yīng)根據(jù)設(shè)計圖紙對照施工記錄進(jìn)一步復(fù)核現(xiàn)場施工樁位是否有遺漏；審查檢測單位的資質(zhì)等級和技術(shù)裝備，協(xié)助建設(shè)單位確定檢測單位。

4 高壓噴射灌注漿在水利工程中的應(yīng)用

（1）三管法定向噴射成墻施工的方法是大型水電站樞紐基礎(chǔ)防滲施工中常用的方法。該工程地層主要是砂礫土，成墻深30米，防沖隔墻長68米，孔距是2米，墻平均厚度是80厘米，在噴射中心的圓柱體直徑是20-30厘米，其布置形式是柱擺式凝結(jié)體結(jié)構(gòu)。先將漿管、氣管、水管、及軸按設(shè)成噴射桿，將噴嘴設(shè)置在桿底部，在上方安氣、水噴嘴，下方安漿液噴嘴，在高噴過程中，在噴射桿高度的上升及旋轉(zhuǎn)的同時，利用氣與高壓水的射流，對地層土體進(jìn)行擾動沖擊，并形成翻滾松散狀態(tài)。然后，用低壓將濃漿注入，并進(jìn)行混合攪拌，等硬化后行成凝結(jié)體。該方法高噴質(zhì)量達(dá)到了設(shè)計要求，且機(jī)械化程度高、施工效率高、成本低，能夠全面利用原地土體。施工結(jié)束后，使用電子填土密實度檢測儀對現(xiàn)場質(zhì)量進(jìn)行測試。經(jīng)檢測得出，與原土體相比，土體的承載力和密實度都得到了大幅提高。

（2）應(yīng)用于某河庫副壩下滲漏通道封堵措施

一層長7米的砂礫卵石層存在于該河水庫副壩下，筑壩過程中，未采取防滲處理，因此，副壩下游經(jīng)常發(fā)生滲水現(xiàn)象，另外，在距下游壩坡腳 18米的地方，還出現(xiàn)了嚴(yán)重的管涌、塌陷問題。所以，在2006年，決定使用高噴中的擺噴法，在副壩之下進(jìn)行防滲墻建設(shè)，其防滲墻面積高達(dá)14000平方米、下端伸進(jìn)基巖1米、上端插進(jìn)壩體控制在1.5米之內(nèi)、長高13.18-15.78米，長954米。在施工過程中，處理了45條涌水通道，其中最大通道用了14.8噸水泥，水泥總用量達(dá)到76噸。通過現(xiàn)場檢查開挖圍井得出，墻體土層厚度是0.21-0.25米、砂卵石層厚度是0.5-0.6米，與設(shè)計要求相比分別多0.17米、0.3米，且墻體密實度高，連接效果良好。經(jīng)圍井注水檢測得出：與設(shè)計要求相比，墻體滲透系數(shù)小0.01m/d，從2014年7月開始進(jìn)行整個加固工程，完成時間是2014年12月30日，整個過程共16個月。

實踐證明，在針對軟弱地基與病險水庫實施防滲與加固處理的眾多方法之中，高壓噴射注漿法是最有效的一個方法。然而，在實際設(shè)計與施工過程中也有部分問題顯現(xiàn)，例：噴嘴直徑太小、壓力太大、技術(shù)參數(shù)設(shè)計不符合常理等等，這些都會造成噴射流經(jīng)噴嘴出口處流動速度太大有霧狀產(chǎn)生，無法形成強(qiáng)大有力的射流束，降低破壞力；提升速度太慢，加大了水泥漿液用量，然而此類問題通過持續(xù)的探索與實踐以后一定能得到合理解決的。

5 結(jié)束語

經(jīng)過前文的分析研究，我們不難發(fā)現(xiàn)在水利工程中高壓噴射灌注漿技術(shù)的防滲功能或多或少能減少一些工程造價，其具備施工便捷、開挖量小、對周遭的建筑物的影響小等優(yōu)勢。這項技術(shù)極大地減輕了防洪壓力、提升了防滲能力，進(jìn)而有效地保證了社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及人民生命財產(chǎn)的安全性。