高壓噴射注漿技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用探究

鄭貴亮

（中石化勝利建設(shè)工程有限公司，山東 東營(yíng)257000）

1 引言

在可持續(xù)發(fā)展理念不斷深化的背景下，水利工程項(xiàng)目數(shù)量持續(xù)增長(zhǎng)，在推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)綠色發(fā)展方面發(fā)揮了重要作用。而水利工程建設(shè)往往需要面臨相對(duì)軟弱的基礎(chǔ)條件，切實(shí)做好基礎(chǔ)加固和防滲處理才能保證工程安全穩(wěn)定運(yùn)行。將高壓噴射注漿技術(shù)應(yīng)用到水利工程基礎(chǔ)處理中，可以改變地層結(jié)構(gòu)，提高基礎(chǔ)的承載能力和防滲能力。

2 高壓噴射注漿概述

高壓噴射注漿技術(shù)是借助專業(yè)的鉆機(jī)設(shè)備在地基上鉆孔，將附帶噴嘴的注漿管插入土層預(yù)定位置，通過(guò)加壓的方式，使預(yù)先配置好的漿液可以在20MPa 以上的壓力下由噴嘴射出，對(duì)土體形成剪切破壞，漿液與土料能夠在離心力、重力和沖擊力的作用下充分混合，并依照一定的比例重新排列，待其凝結(jié)后，會(huì)在原本的地層中形成強(qiáng)度更好的固結(jié)體，從而提高基礎(chǔ)承載能力，有效減少地基變形問(wèn)題。高壓噴射注漿技術(shù)對(duì)于基礎(chǔ)土體的加固作用非常明顯，其可以應(yīng)用于工程主體施工前，也可以應(yīng)用于工程建設(shè)完成后，不會(huì)對(duì)工程上部主體結(jié)構(gòu)造成任何負(fù)面影響[1]。

高壓噴射注漿技術(shù)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在幾個(gè)方面：（1）成本低。在高壓噴射注漿技術(shù)中，采用水泥漿液搭配部分化學(xué)材料，除去部分工程要求漿液速凝超早強(qiáng)時(shí)需要用到化學(xué)材料，一般工程只使用水泥漿液，因此，材料來(lái)源廣泛，成本相對(duì)低，有良好的適用性。（2）漿液集中。在噴漿作業(yè)過(guò)程中，除因噴射參數(shù)設(shè)置不當(dāng)導(dǎo)致部分漿液冒出，其余多數(shù)漿液會(huì)聚集在噴射流沖切通道內(nèi)，漿液集中程度高，流失較少。（3）管理簡(jiǎn)單。高壓噴射注漿技術(shù)使用的設(shè)備體積小，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，能夠適應(yīng)狹窄和低矮場(chǎng)所施工，而且施工管理相對(duì)簡(jiǎn)單，無(wú)論是單管噴射還是二重管乃至三重管噴射，都可以通過(guò)測(cè)量吸漿量、噴射壓力以及觀察冒漿情況，了解噴射效果及存在的問(wèn)題，及時(shí)對(duì)噴射參數(shù)做出相應(yīng)的調(diào)整。（4）生產(chǎn)安全。在高壓設(shè)備上設(shè)置有安全閥門和自動(dòng)停機(jī)裝置，一旦檢測(cè)到壓力超過(guò)規(guī)定值，閥門會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟泄壓，可以避免堵孔升壓引發(fā)的爆破事故[2]。

3 高壓噴射注漿技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

某水庫(kù)建成于2003 年，一直運(yùn)行良好。在2008 年7 月，巡檢人員發(fā)現(xiàn)在水庫(kù)左壩肩位置存在滲水問(wèn)題，分析原因，主要是基礎(chǔ)中的卵石混合土和低液限黏土受地下水影響，出現(xiàn)了失穩(wěn)問(wèn)題，因此，需要運(yùn)用高壓噴射注漿技術(shù)對(duì)相應(yīng)位置的壩基進(jìn)行防滲加固處理，要求注漿軸線與壩軸線重合，采用單排布孔的方式，灌漿頂線和底線分別深入壩體和基巖1m。

3.1 施工形式選擇

高壓噴射注漿技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，有3 種不同施工形式：（1）旋噴，在噴射水泥漿液時(shí)，一邊提升噴嘴一邊旋轉(zhuǎn)，能夠在土體中形成圓柱狀凝結(jié)體；（2）定噴，一邊提升一邊噴射，噴射的方向固定，可以在土體中形成板狀凝結(jié)體；（3）擺噴，擺噴指一邊提升，一邊將噴嘴依照一定的角度擺動(dòng)，可以在土體中形成啞鈴狀凝結(jié)體?？紤]該工程的地基防滲需求，在對(duì)比3 種形式優(yōu)點(diǎn)的情況下，最終選擇定噴[3]。

3.2 施工參數(shù)確定

施工參數(shù)主要包括以下內(nèi)容：（1）應(yīng)明確噴射范圍。在高壓噴射注漿過(guò)程中，噴射范圍會(huì)對(duì)施工質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，施工技術(shù)人員應(yīng)結(jié)合工程的實(shí)際情況對(duì)噴射范圍進(jìn)行確定；（2）評(píng)估單樁承載力。在地基防滲加固中，需要對(duì)單樁承載力進(jìn)行評(píng)估，結(jié)合評(píng)估結(jié)果確定材料性質(zhì)和成樁數(shù)量。通?？梢赃x擇使用高標(biāo)號(hào)硅酸鹽水泥，通過(guò)試驗(yàn)確定外加劑的種類和添加量，并對(duì)漿液水灰比進(jìn)行明確，從降低現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因素影響的角度，需要借助相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)對(duì)單樁承載力進(jìn)行明確；（3）確定孔位參數(shù)。在水利工程中，高壓噴射注漿需要結(jié)合地層的實(shí)際情況確定孔位參數(shù)，如果處理深度在20cm 以上，需要采用雙排甚至3 排布孔，孔距約為旋噴固結(jié)體半徑的1.73 倍，排距則為1.5 倍；（4）漿液用量計(jì)算。在對(duì)高壓噴射注漿技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用過(guò)程中，需要做好漿液用量的合理計(jì)算，具體的計(jì)算公式為：

式中，Q 為漿液用量，m3；H 為旋噴樁長(zhǎng)度，m；q 為單位時(shí)間噴漿量，m3/min；β 為漿液損失系數(shù)，這里取0.2；v 為注漿管提升速度，m/min。

3.3 施工技術(shù)要點(diǎn)

3.3.1 施工準(zhǔn)備

正式施工前，需要做好圖紙核對(duì)工作，確保設(shè)計(jì)孔位處不存在妨礙施工的障礙物，對(duì)施工設(shè)備、施工材料等進(jìn)行準(zhǔn)備，確保施工的順利進(jìn)行。

3.3.2 鉆孔

采用泥漿固壁回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)或沖擊鉆進(jìn)的方式鉆孔，在這個(gè)環(huán)節(jié)需要重視充填堵漏工作，確?？變?nèi)泥漿可以保持正常循環(huán)，一邊鉆進(jìn)一邊跟進(jìn)套管。鉆孔過(guò)程中，需要做好鉆機(jī)垂直度的控制，確保其偏斜率不超過(guò)1%。

3.3.3 噴射桿設(shè)置

對(duì)于采用泥漿固壁的鉆孔，可以將噴射桿直接下到孔底。對(duì)于跟管鉆進(jìn)的鉆孔，可以在拔管前，于套管內(nèi)注入密度較大的塑性泥漿，然后起拔套管，一邊起拔一邊注入，確保漿面能夠與孔口保持齊平，直到套管全部拔出后，再使噴射桿下入孔內(nèi)；還可以在套管內(nèi)下入PVC 塑管，使其發(fā)揮出相應(yīng)的護(hù)壁作用，然后拔出套管，將噴射桿下入塑管底部。

3.3.4 噴射注漿

在高壓噴射注漿過(guò)程中，需要充分考慮地層的實(shí)際情況，在砂層中可以適當(dāng)加快提升速度；在礫石層中應(yīng)適當(dāng)放慢速度；如果是在粒徑超過(guò)40cm 以上的塊石層中，應(yīng)進(jìn)一步放緩注漿速度。施工完成后，需要立即將注漿管拔出清洗，避免漿液凝固后無(wú)法拔出注漿管的情況。每個(gè)孔噴射注漿完成后，可以進(jìn)行封孔操作。漿液沒(méi)有硬化前，地基可能會(huì)因?yàn)橥獠恳蛩氐臄_動(dòng)而產(chǎn)生附加變形，導(dǎo)致其整體強(qiáng)度下降，可以通過(guò)控制注漿速度或者加快漿液凝結(jié)速度的方式對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)[4]。

3.4 質(zhì)量控制

施工環(huán)節(jié)需要做好試驗(yàn)分析，檢查施工質(zhì)量，確定其是否能滿足要求，漿液凝結(jié)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，可以對(duì)凝結(jié)效果進(jìn)行檢查，通過(guò)抽水、壓水試驗(yàn)和靜荷載試驗(yàn)檢驗(yàn)鉆孔的防滲性能。安排專人做好施工質(zhì)量管理和驗(yàn)收工作，對(duì)于無(wú)法達(dá)到工程設(shè)計(jì)施工要求的情況，需要督促施工人員及時(shí)進(jìn)行處理。

4 結(jié)語(yǔ)

高壓噴射注漿技術(shù)有非常顯著的優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用到水利工程中，能夠促進(jìn)地基穩(wěn)定性和承載能力、防滲能力的提高。在對(duì)高壓噴射注漿技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的過(guò)程中，需要結(jié)合水利工程的實(shí)際情況做好現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定施工參數(shù)，加強(qiáng)對(duì)質(zhì)量控制點(diǎn)的管理，規(guī)避和解決質(zhì)量缺陷，以保障水利工程安全穩(wěn)定運(yùn)行。