小議水利工程中高壓噴射灌漿施工技術

王曉嶸

（山西省汾河灌溉管理局，山西 祁縣 030900）

20世紀70年代初，日本將高壓水射流技術應用于軟弱地層的灌漿處理，成為一種新的地基處理方法--高壓噴射灌漿法。它是利用鉆機造孔，然后將帶有特制合金噴嘴的灌漿管下到地層預定位置，以高壓把漿液或水、氣高速噴射到周圍地層，對地層介質產生沖切、攪拌和擠壓等作用，同時被漿渡置換、充填和混合，待漿液凝固后，就在地層中形成一定形狀的凝結體。

通過各孔凝結體的連接，形成板式或墻式的結構，不僅可以提高基礎的承載力，而且成為一種有效的防滲體。由于高壓噴射灌漿具有對地層條件適用性廣、漿液可控性好、施工簡單等優點，近年來在國內外都得到了廣泛應用。我國已運用該技術處理了近百項防滲工程，所構筑的防滲板墻約百萬平方米，在大顆粒地層、動水、淤泥地層和堆石堤(壩)等場合，應用高壓噴射灌漿技術具有顯著的技術經濟效益。

1 高壓噴射灌漿作用分析

高壓噴射灌漿的漿液以水泥漿為主，其壓力一般在10～30MPa，它對地層的作用和機理有如下幾個方面：

1.1 沖切摻攪作用。高壓噴射流通過對原地層介質的沖擊、切割和強烈擾動，使漿液擴散充填地層，并與土石顆粒摻混攪和，硬化后形成凝結體，從而改變原地層結構和組分，達到防滲加固的目的。

1.2 升揚置換作用。隨高壓噴射流噴出的壓縮空氣，不僅對射流的能量有維持作用，而且造成孔內空氣揚水的效果，使沖擊切割下來的地層細顆粒和碎屑升揚至孔口，空余部分由漿液代替，起到了置換作用。

1.3 擠壓滲透作用。高壓噴射流的強度隨射流距離的增加而衰減，至末端雖不能沖切地層，但對地層仍能產生擠壓作用；同時，噴射后的靜壓漿液對地層還產生滲透凝結層，有利于進一步提高抗滲性能。

1.4 位移握裹作用。對于地層中的小塊石，由于噴射能量大，及升揚置換作用，漿液可填滿塊石四周空隙，并將其握裹；對大塊石或塊石集中區，如降低提升速度，提高噴射能量，可以使塊石產生位移，漿液便深人到空(孔)隙中。總之，在高壓噴射、擠壓、余壓滲透以及漿氣升串的綜合作用下，產生握裹凝結作用，從而形成連續和密實的凝結體。

2 高壓噴射凝結體

2.1 凝結體的型式

凝結體的型式與高壓噴射方式有關。常見的有3種：①噴嘴噴射時，邊旋轉邊垂直提升，簡稱旋噴，可形成圓柱形凝結體；②噴嘴的噴射方向固定，則稱定噴，可形成板狀凝結體；③噴嘴噴射時，邊提升邊擺動，簡稱擺噴，形成啞鈴狀或扇形凝結體

2.2 結構布置型式

為了保證高壓噴射防滲板(墻)的連續性與完整性，必須使各單孔凝結體在其有效范圍內相互可靠連接，這與設計的結構布置型式及孔距有很大關系。

常用的結構布置型式中，柱擺結構和旋噴套接結構的防滲效果較好。

孔距的確定關系到凝結體間的可靠連接和工程進度與造價。孔距應根據地層條件、防滲要求、施工方法與工藝、結構布置型式及孔深等因素綜合考慮，重要的工程應通過現場試驗確定。

3 高壓噴射灌漿的施工方法

日前，高壓噴射灌漿的基本方法有：單管法、雙管法、二管法及多管法等幾種，它們各有特點，應根據工程要求和地層條件選用。

3.1 單管法。采用高壓灌漿泵以大于20MPa的高壓將漿液從噴嘴噴出，沖擊、切割周圍地層，并產生攪和、充填作用，硬化后形成凝結體。該方法施工簡易，但有效范圍小。

3.2 雙管法。有兩個管道，分別將漿液和壓縮空氣直接射人地層，漿壓達45～50MP，氣壓 1～1.5MPa。由于射漿具有足夠的射流強度和比能，易于將地層加壓密實。這種方法工效高、效果好，尤其適合處理地下水豐富、含大粒徑塊石及孔隙率大的地層。

3.3 三管法。用水管、氣管和漿管組成噴射桿，水、氣的噴嘴在上，漿液的噴嘴在下。隨著噴射桿的旋轉和提升，先由高壓水和氣的射流沖擊擾動地層，再以低壓注入濃漿進行摻混攪拌。常用參數為：水壓38～40MPa，氣壓0.6～0.8MPa，漿壓 0.3～0.5MPa。

如果將漿液也改為高壓 (漿壓選20～30MPa)噴射，漿液可對地層進行二次切割、充填，其作用范圍就更大，這種方法稱為新三管法。

3.4 多管法。其噴管包含輸送水、氣、漿管、泥漿排出管和探頭導向管。采用超高壓水射流(40MPa)切削地層，所形成的泥漿由管道排出，用探頭測出地層中形成的空間，最后由漿液、砂漿、礫石等置換充填。多管法可在地層中形成直徑較大的柱狀凝結體。

4 施工程序與工藝

高壓噴射灌漿的施工程序主要有；造孔、下噴射管、噴射提升(旋轉或擺動)、最后成樁或墻。

4.1 造孔。在軟弱透水的地層進行造孔，應采用泥漿固壁或跟管(套管法)的方法確保成孔。造孔機具有回轉式鉆機、沖擊式鉆機等。目前用得較多的是立軸式液壓四轉鉆機。為保證鉆孔質量，孔位偏差應不大于1～2cm，孔斜率小于1%。

4.2 下噴射管。用泥漿固壁的鉆孔，可以將噴射管直接下入孔內，直到孔底。用跟管鉆進的孔，可在拔管前向套管內注八密度大的塑性泥漿，邊拔邊注，并保持液面與孔口齊平，直至套管撥出，再將噴射管下到孔底。將噴嘴對準設計的噴射方向，不偏斜，是確保噴射灌漿成墻的關鍵。

4.3 噴射灌漿。根據設計的噴射方法與技術要求，將水、氣、漿送人噴射管，噴射1～3min；待注入的漿液冒出后，接預定的速度自上而下邊噴射，邊轉動、擺動，逐漸提升到設計高度。進行高壓噴射灌漿的設備由造孔、供水、供氣、供漿和噴灌等5大系統組成。如圖所示為高壓噴射灌漿系統示意圖。

高壓噴射灌漿系統示意圖

其中1為三角架，2為卷揚機，3流量計，4為高壓水泵，5為空壓機，6為孔口裝置，7為攪拌機，8為儲漿機，9為回漿機，10為篩，11為噴頭。

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