高壓噴射灌漿技術在水利工程中的應用

傅果成

摘要：首先介紹了高壓噴射灌漿技術作用的機理，由于地基土質較差，承載力較低，滲透性較強，對水工建筑物來說，影響建筑物的穩定性。本文討論了高壓噴射灌漿的機理及在運用中的工藝參數的確定及防滲效果。

關鍵詞：高壓噴射機理；防滲；效果

1 前言

多年來為解決江、河、湖、堤、壩等水工建筑物防滲問題，尋求一種經濟且技術先進可靠的防滲方法。在水利工程施工當中，基礎防滲處理是水利工程施工中尤為重要的環節，當基礎土質較差，滲透性較強時，在水流的作用下對基礎的危害很大。 本文重點介紹高壓噴射灌漿機理及其施工工藝。

2 工藝原理

2.1 沖切摻攪作用

高噴技術主要是借助于高壓射流，通過沖擊切割和強烈擾動，使漿液在射流作用范圍內擴散、充填周圍土層，并與土石粒摻混攪合，硬化后形成凝結體，從而改變原地層結構和組成，借以達到防滲或提高承載力的目的。

高噴凝結體是多種因素綜合作用的結果，高壓射流對地層結構的影響范圍，取決于比能值E的大小，其表達式為：

E=（PQ）/（100V）

E——每米旋噴柱耗用的能量MJ/m；

P——噴射灌漿壓力Map；

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，但最終應通過現場高噴試驗確定。

2.2 升揚、轉換作用

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成外包氣層，使水或漿液射流能透入地層較遠距離并維持較大壓力破碎地層結構外，還可產生升揚作用，漿經射流沖擊切削后的土石碎屑和地層中細粒，由孔壁和噴射桿的環狀間隙中升揚帶出孔外，空余部位由漿液替代，同時也起到了轉換作用。

2.3 擠壓、滲透作用

高噴射流強度隨射流距離的增加而較快地衰減至射流束末端，雖能再沖切地層，但對地層仍產生擠壓作用。同時，噴射結束后，靜壓灌漿持續進行，這對周圍土體產生滲透作用，這樣不僅可以促使凝結體與周圍土體結合更加密實，還在凝結體外側產生明顯的滲透凝結層，具有較強的防滲性能。

2.4 位移握裹作用

地層中較小的塊石，由于噴射能量大，輔以升揚、轉換作用，最終漿液可填滿塊石四周的空隙并將其握裹，遇到大的塊石或在塊石集中區，應降低提升速度，提高比能值。在強大的沖擊震動力作用下，塊石將會產生位移、松動，漿液沿塊石四周空隙或塊石間孔隙滲入。在高壓噴射擠壓余壓滲透等綜合作用下，產生握裹凝結作用，形成連續密實的凝結體。

3 凝結體的性能

水工建筑物地基防滲采用高噴施工時，則要求凝結體具有良好的防滲性和穩定性，而對于其抗壓強度要求不高。凝結體的防滲性能主要取決于地層組成成分和顆粒級配、施工方法、施工工藝以及漿液材料等。高噴形成的凝結體并不很規則，但與地層結合緊密，由于高噴凝結體周圍除了漿皮層外，一般還存在滲透凝結層，有著良好的復合防滲作用，從而進一步提高了凝體的防滲性能。

4 高噴凝結體的結構布置形式

為保證高噴防滲墻的連續性，則必須要使各孔的凝結體在有效范圍內牢固可靠連接上，為此如何選用結構布置形式和孔與孔的距離則很重要。

高噴形成的凝結體的形狀與噴射的形式有關，噴射形式一般有旋噴、擺噴和定噴三種。噴射時若邊提升邊旋轉，則凝結體的形狀為圓柱體（又稱旋噴柱）若邊提升邊擺動，則形成的凝結體的形狀為啞鈴狀，若只提升和定向噴射則可形成板狀（又稱定噴板）。

我國常用的旋噴施工布置形式有幾種，近多年來，常用的結構布置形式有：

a、 定噴折線式：

b、 擺噴對接式：

c、 柱擺式：

在防滲工程中，孔距的選擇至關重要，它不僅關系到凝結體能否可靠地連接，而且也影響工程的進度、造價。孔距應根據地層的地質條件，對防滲性能的要求、高噴灌漿的施工方法和工藝、結構形式、孔深及其它因素綜合考慮而定。

5 高噴材料

高噴材料多采用水泥漿，水泥為42.5或52.5普通硅酸鹽水泥。三管法施工時，多用純水泥漿，由于三管法施工，先是高壓氣、水噴射，而后是壓力灌漿，灌漿易被先噴入的水稀釋，所以使用的水灰比不應大于1：1的濃漿。

6 機械設備的組成

6.1 三管法所用主要設備：

7 三管法旋噴所用勞力組織

8 工藝和施工要點

8.1 鉆孔

8.1.1 泥漿固壁回轉（或沖擊）鉆進。造孔過程中做好充填堵漏，使孔內泥漿保持正常循環，返出孔外，直至終孔。

8.1.2 跟管鉆進。邊鉆進邊跟入套管，直至終孔。

鉆進時應注意保證鉆機垂直，偏斜率宜≤1%。

8.2 下入噴射桿

8.2.1 泥漿固壁的鉆孔可以將噴射桿直接下入孔內，直至孔底。

8.2.2 跟管鉆進的鉆孔，有兩種情況：

a、拔管前在套管內注入密度大的塑性泥漿，注滿后，起拔套管，邊起拔邊注入，使漿面長期保持與孔口齊平，直至套管全部拔出，而后再將噴射桿下入孔內直至孔底。

b、也可先在套管內下入管壁勻均的PVC塑管，直到套管底部，起護壁作用，而后將套管全部拔出，再將噴射桿下入到管底部。

8.2.3 高噴施工

施工中所用技術參數因使用高噴的方法不同而不同。所用的灌漿壓力不同，提升速度也有差異。對各類地層而言，若使用同一種施工方法則水壓、氣壓、漿壓的變化不大，唯有提升速度變化較大，是影響高噴質量的主要因素。一般情況下，確定提升速度應注意下列幾個問題：

a、因地層而異，在砂層中提升速度可稍快，砂卵（礫）石層中應放慢些，含有大粒徑（40cm以上）塊石或塊石比較集中的地層應更慢。

b、因分序而異。先序孔提升速度可稍慢，后序孔相對來講可稍快。

c、高噴施工中發現孔內返漿量減少時宜放慢提升速度。

9 施工工藝

9.1 墻體位置的確定

根據設計要求平整好場地，要求場地內地下無障礙物，對某些作業地基軟，不平整，有可能引起整機翻倒引起的事故的地段，一定要采取防范措施，在平整場地上對墻體中心線進行測量定位。

9.2 噴墻管理

應控制好掘進速度和灌漿壓力、提升速度，送氣量的大小應使漿液成沸騰狀為宜。灌漿階段漿液不能發生離析和不允許發生斷漿現象，保證墻體均勻，無夾心層，若發生管道堵塞或因故短暫停機，應迅速搶修。

10 經濟和社會效益

在堤壩防滲工程中，與常規砼防滲墻相比，可不同程度地降低工程造價，具有開挖量小，施工方便，占地少，對臨近建筑物影響小等特點。

此項技術很大程度地提高了江、河、湖、庫、渠的堤壩防滲抗災能力，減輕防洪壓力，對保障人民生命財產安全以及社會經濟發展將起到積極的作用，其社會效益是十分明顯的。