水利水電工程高壓旋噴灌漿施工質(zhì)量控制技術(shù)研究

袁月麗 劉愛華

摘要：中國大部分水庫興建于20世紀(jì)60-70年代末，多為當(dāng)?shù)夭牧咸钪耐潦瘔?，設(shè)計(jì)和施工標(biāo)準(zhǔn)不一，存在較多質(zhì)量缺陷，經(jīng)過長期運(yùn)行，壩基和壩體出現(xiàn)不同程度的滲漏現(xiàn)象，直接影響水庫運(yùn)行和安全，亟需進(jìn)行除險(xiǎn)加固施工，確保水庫安全可靠運(yùn)行，發(fā)揮工程效益。高壓旋噴灌漿技術(shù)被廣泛運(yùn)用于土壩結(jié)構(gòu)類的水庫除險(xiǎn)加固工程，其最早于20世紀(jì)60年代末期由日本提出，從最開始的單管法先后開發(fā)出兩管法、三管法和多管法等，20世紀(jì)70年代末期在中國得到迅速發(fā)展。單管高壓旋噴灌漿技術(shù)是指通過旋轉(zhuǎn)噴嘴，利用一定的噴射壓力（一般≥20MPa），將水泥漿液噴射而出沖擊破碎土層，并與土體結(jié)合，形成凝結(jié)體，一般樁徑為50-90cm。

關(guān)鍵詞：水利水電工程;高壓旋噴灌漿;質(zhì)量控制技術(shù)

引言

為促進(jìn)各區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展，調(diào)控水資源優(yōu)化配置和時(shí)空分布，上世紀(jì)50-70年代我國各地區(qū)興建了許多小型水庫。集供水、防洪、灌溉、發(fā)電等功能于一體的水庫大壩，在保障河道下游生命財(cái)產(chǎn)安全和緩解各種水旱洪災(zāi)等方面發(fā)揮著重要作用，同時(shí)有利于緩解不同地區(qū)由于時(shí)空分布不均造成的水資源用水壓力。然而，由于受當(dāng)時(shí)條件限制，一些工程的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低且施工質(zhì)量差，加之運(yùn)行過程中管理不當(dāng)和維護(hù)經(jīng)費(fèi)的缺乏，水庫帶病運(yùn)營的情況較為普遍。

1高壓旋噴灌漿技術(shù)原理

高壓旋噴灌漿技術(shù)主要是利用高壓射流作用攪動(dòng)地層，噴射漿液與土體摻和凝結(jié)，達(dá)到防滲加固的目的。

（1）沖切摻攪：噴射嘴射出高壓漿液，基于動(dòng)水壓力沖擊下實(shí)現(xiàn)對(duì)土體的沖切攪拌。

（2）升揚(yáng)置換：高壓漿液沖切土體，水、漿、氣、土顆粒摻攪混合，獲得夾氣混合液，其具有升揚(yáng)挾帶能力，將土地細(xì)粒帶出地面，留下混合液，增強(qiáng)土體強(qiáng)度。

（3）充填擠壓：水泥漿液充填高壓水射流置換形成的空腔，噴射技術(shù)后持續(xù)注入水泥漿，實(shí)現(xiàn)對(duì)土體擠壓滲透，保證板墻與土體緊密結(jié)合。

（4）滲透凝結(jié)：水泥漿液可滲透土體孔隙形成凝結(jié)層。

2水利水電工程高壓旋噴灌漿施工質(zhì)量控制技術(shù)

2.1估算噴射直徑

影響噴射直徑的主要因素有擺動(dòng)角度、土粒組成、提升速度、轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，所以在構(gòu)建估算公式時(shí)，噴射直徑D就是上述因素的綜合函數(shù)，函數(shù)式為：

D=f（N，Pi，V，θ）（1）

其中：D為噴射柱的直徑;N為土層的標(biāo)貫擊數(shù);Pi為噴射管的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率;V為提速;θ為擺動(dòng)的角度。

隨機(jī)選用水利水電工程中的各項(xiàng)實(shí)踐數(shù)據(jù)，采用三管法將施工過程中的漿流量、氣流量、水流量設(shè)置為定值，忽略噴射過程中的噴灌漿壓與氣壓，保證轉(zhuǎn)動(dòng)頻率在6～12r/min，綜合考量旋噴樁加固的點(diǎn)，最終使用式（1）計(jì)算得到D～N坐標(biāo)曲線，見圖1。

由圖1可知，使用Pmax/P變換圖1中縱坐標(biāo)，設(shè)此時(shí)的提升速度最大值Vmax為15cm/min，對(duì)上述的曲線回歸處理，計(jì)算得到：

其中：pmax為最大壓力;b，d為回歸系數(shù)。將噴射直徑長度和擺角繪制上曲線圖中，此時(shí)的式（2）就可變換為：

其中：a1，b1，m為回歸系數(shù)。

式（3）表示水利水電工程在同一地層條件下噴擺、定噴與高壓旋噴射柱體直徑的關(guān)系，所以在估算噴射直徑時(shí)，規(guī)定高壓旋噴灌漿的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率與噴射壓力，直接利用（3）式，即可估算出噴射直徑。

2.2設(shè)計(jì)施工防滲形式

水利水電工程底部土層較軟，抗剪強(qiáng)度較低，為了防止施工過程中護(hù)坡樁產(chǎn)生“踢腳”，在設(shè)定施工防滲形式時(shí)，沿護(hù)坡樁對(duì)工程內(nèi)部土體進(jìn)行加固，縮短支護(hù)樁樁長來控制施工質(zhì)量，可以增加工程內(nèi)土的抗剪強(qiáng)度和被動(dòng)土壓力。此時(shí)，工程側(cè)壁止水帳幕的平面結(jié)構(gòu)和高壓旋噴灌漿樁共同組成止水支護(hù)墻體結(jié)構(gòu)，豎向結(jié)構(gòu)下部相對(duì)不透水層的懸掛式帷幕上方放置支護(hù)樁。利用水平止水帷幕以旋噴體套接的形式形成水平止水板，與豎向帷幕形成一個(gè)封閉的“箱形”，形成一個(gè)五面止水結(jié)構(gòu)形式，防止施工過程中的意外滲水，保證施工質(zhì)量。

2.3鉆孔

1）孔向。鉆孔位置應(yīng)嚴(yán)格放樣，鉆機(jī)水平位置反復(fù)調(diào)整且安裝牢固平穩(wěn)，鉆機(jī)立軸和孔口管的方向與設(shè)計(jì)孔向一致。持續(xù)從互相垂直的兩個(gè)方向觀測(cè)垂直度，及時(shí)調(diào)整偏差，輕壓慢鉆，確保鉆桿鉆進(jìn)方向始終垂直于平面，本工程要求孔斜控制在0.8%以內(nèi)。

2）孔序及孔徑。嚴(yán)格按照分序加密原則鉆進(jìn)，鉆孔開位位置與設(shè)計(jì)要求位置的偏差應(yīng)控制在10cm以內(nèi)。

3）孔深。鉆到壩體基巖交界面時(shí)應(yīng)測(cè)量鉆孔深度是否與設(shè)計(jì)相符，若沒達(dá)到設(shè)計(jì)值，可能是遇到小塊石，應(yīng)繼續(xù)鉆，若達(dá)到設(shè)計(jì)值，是已到基巖的頂層板，繼續(xù)鉆≥10min，確保下步對(duì)壩體與基巖的交界面的孔隙灌漿防滲效果?？咨畹脑试S偏差在25cm以內(nèi)。

4）孔壁。選用親水性好、分散性高、穩(wěn)定性、黏著性及可塑性強(qiáng)的當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)黏土和膨潤土制作護(hù)壁泥漿，有效防止鉆孔坍塌。

2.3灌漿

1）旋噴樁施工時(shí)，水庫應(yīng)控制水位不得高于死水位242.0m高程。

2）施工噴射時(shí)，先應(yīng)達(dá)到預(yù)定的噴射壓力，正?；貪{后再逐漸提升注漿管。

3）不返漿出現(xiàn)的原因有很多種，如孔洞、裂隙、碎石或地層松散吃漿量過大等，應(yīng)觀察大壩上下游面情況，及時(shí)采取處理措施。若是地層地質(zhì)原因，可停止提升噴桿，進(jìn)行多次原位復(fù)灌，以保持繼續(xù)灌漿;若是少量返漿，應(yīng)適當(dāng)降低提升速度、噴射壓力和流量，必要時(shí)還可增加漿液密度或在漿液中摻入速凝劑或灌灌停停，直到正?；貪{方可提升，保證足夠的不透水性和較高的滲透穩(wěn)定性，能夠抵抗?jié)B透水作用的破壞。

4）串漿處理：灌漿過程中發(fā)現(xiàn)串漿時(shí)，宜采用下述方法處理：①如被串孔正在鉆進(jìn)，應(yīng)立即停鉆;②串漿量≤1L/min時(shí)，可在被串孔內(nèi)通入水流;③串漿量較大，盡可能與被串孔同時(shí)灌注，但應(yīng)注意控制灌漿壓力，防止巖體抬動(dòng)，當(dāng)無條件同時(shí)灌注時(shí)，應(yīng)封堵被串孔，對(duì)灌漿孔繼續(xù)灌注，直至灌漿結(jié)束，或直接跳過被串孔，待凝固期后再進(jìn)行灌注。

5）灌漿至壩基交界面時(shí)應(yīng)確保有正?；貪{，否則不能提升高度，且應(yīng)保證高度回到1m后返回交界面再重復(fù)提升，更換鉆桿時(shí)也應(yīng)下降0.5m重復(fù)灌漿，提高固結(jié)體整體性。

2.3質(zhì)量控制

采用上述的防滲形式，在實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量控制時(shí)，還需設(shè)置孔距和布置形式。根據(jù)水利水電工程的特性，采用交叉折線形連接旋噴與擺噴，將連接方向與軸向夾角控制在20°～40°之間，按照由疏到密的原則分序施工，先噴一序孔，再噴二序孔。當(dāng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折孔時(shí)，適當(dāng)調(diào)整孔距和噴射角，保證轉(zhuǎn)折孔與鄰孔墻體之間的緊密連接，最終在旋噴套接防滲墻的樁徑的布置形式，形成表1所示的參數(shù)。

不斷變換表1中的布置參數(shù)，保證施工質(zhì)量的強(qiáng)度和剛度。用混凝土將接頭管內(nèi)澆注滿，待與其相接的地下墻施工完畢后，在其坑（槽）外用旋噴將該接頭管與混凝土地下墻接頭外填滿水泥加固土，用以擋土截水，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)水利水電工程高壓旋噴灌漿施工質(zhì)量的控制。

結(jié)語

隨著我國城市化建設(shè)的不斷發(fā)展，水利水電工程已經(jīng)成為現(xiàn)代化建設(shè)的重要工程，不同的施工場(chǎng)所有著不同的地質(zhì)條件，研究工程中高壓旋噴灌漿施工質(zhì)量控制技術(shù)，能夠針對(duì)不同基礎(chǔ)施工的特點(diǎn)，改善傳統(tǒng)質(zhì)量控制技術(shù)中的不足，將水利水電工程控制在安全、高效的層面上，增強(qiáng)質(zhì)量控制技術(shù)的科學(xué)性，減少施工過程中的各項(xiàng)損耗，節(jié)省水利水電工程的損耗成本，減少資源浪費(fèi)。

參考文獻(xiàn)

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