堤壩高壓噴射注漿防滲加固技術(shù)

摘 要:高壓噴射灌漿法被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，本文結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用，對(duì)高壓噴射注漿的原理、設(shè)計(jì)參數(shù)、工藝及應(yīng)用進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞:高壓噴射 注漿 防滲加固

中圖分類號(hào):TV5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)07(b)-0131-01

1 引言

注漿技術(shù)是一項(xiàng)應(yīng)用性廣、實(shí)用性強(qiáng)的工程技術(shù)，被大量應(yīng)用于大壩、隧道、地下建筑、地鐵、橋梁等各個(gè)領(lǐng)域，該技術(shù)能增強(qiáng)巖土的強(qiáng)度，降低滲透性和地基土的壓縮性。高壓噴射注漿具有可控性、連接性及靈活性等眾多優(yōu)點(diǎn)，自我國(guó)20世紀(jì)70年代在烏江渡大壩防滲采用該法取得成功以來(lái)，高壓噴射注漿技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于水利工程的防滲加固，解決了一些其它方法難以應(yīng)付的工程難題。

2 高壓噴射注漿技術(shù)概況

高壓噴射注漿法的原理，在土層的預(yù)定位置處通過(guò)帶有噴嘴的注漿管用高壓設(shè)備將漿液高壓噴射出來(lái)，沖擊破壞巖土，當(dāng)速度快、能量大的噴射流的動(dòng)壓超過(guò)巖土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)，巖土粒出現(xiàn)剝離，一部分細(xì)小的顆粒隨漿液冒出地面，其余巖土粒在噴射流的沖擊力、重力和離心力的作用下，與漿液混合并按某個(gè)比例重新組合凝固形成固結(jié)體。

高壓噴射注漿法適用于殘積層、第四紀(jì)沖積層及人工填土層等，對(duì)軟土、砂類土、粘性土、黃土和淤泥等都能進(jìn)行加固，但對(duì)含大量纖維質(zhì)的腐植土層、大塊礫石、地下水流速較大的工程效果稍差，所以應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果確定其是否適用[2]。高壓噴射注漿法除可以強(qiáng)化地基外，還可用于工程中土層的加固防水。根據(jù)土質(zhì)條件、工程經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合工程實(shí)際需要，確定具體的施工設(shè)備和工藝，我國(guó)目前高壓噴射注漿法的設(shè)計(jì)主要依據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》。

高壓噴射注漿設(shè)備簡(jiǎn)單，設(shè)備體積較小、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡(jiǎn)單，可在較小空間內(nèi)安全施工。施工進(jìn)行注漿作業(yè)時(shí)僅需在土層鉆直徑為50～300mm的小孔，就能形成比孔徑直徑大8～10倍的固結(jié)體，還能結(jié)合工程實(shí)際需要，控制加固范圍和強(qiáng)度。施工可以通過(guò)調(diào)整漿液噴射速度、增減噴射壓力、改變噴射角度和噴嘴孔徑，使工程形成的固結(jié)體滿足設(shè)計(jì)所需。不同的噴射參數(shù)，得到的固結(jié)體形狀不同，有均勻圓柱體、非均勻圓柱體、板墻體、圓盤(pán)體等。高壓噴射注漿的主材料是無(wú)環(huán)境危害且耐久性好的水泥，普通的硅酸鹽水泥就能滿足要求，并可以根據(jù)環(huán)境和工程需要在漿液中加入外加劑(膨脹劑、抗凍劑、速凝劑等)和添加劑(粉煤灰等)，以提高注漿體性能、擴(kuò)展其應(yīng)用范圍、改善材料缺陷及降低成本等。高壓噴射注漿形成的固結(jié)體，孔隙小且不貫通，加上致密的硬外殼，防滲性能強(qiáng)。

高壓噴射注漿有單管法、二重管法、三重管法及多重管法等，按噴射方式分為旋噴、擺噴和定噴，按持續(xù)時(shí)間又可分為駐噴和復(fù)噴。單管法利用高壓泵以20MPa壓力噴射出漿液，沖擊破壞土體，通過(guò)提升和旋轉(zhuǎn)注漿管使?jié){液與土充分混合，固化后形成固結(jié)體。單管法固結(jié)體直徑小，單樁垂直極限荷載也較小。二重管法固結(jié)體直徑較單管法有明顯的增加，其單樁垂直極限荷載也大大增大，其原理是利用兩個(gè)輸送管同時(shí)高壓噴射漿液和空氣來(lái)沖擊破壞土體。三重管法輸送水、氣、漿三種介質(zhì)，在高壓或超高壓下以水氣沖擊土體，同時(shí)以高壓注入泥漿液填充，其單樁垂直極限荷載可到達(dá)2000kN。

注漿參數(shù)設(shè)計(jì)前應(yīng)準(zhǔn)備的資料:(1)施工區(qū)具體的地質(zhì)條件，如巖層形態(tài)、深度和各項(xiàng)力學(xué)性質(zhì);土層種類及組成等;(2)水文條件，土層的滲透系數(shù)，地下水質(zhì)成分、附近暗河的分布及連通等;(3)周圍環(huán)境，包括施工區(qū)域的地形、地貌及周圍地下管道的分布及存埋，材料和設(shè)備的交通運(yùn)輸條件等;(4)室內(nèi)模擬噴射試驗(yàn)，在現(xiàn)場(chǎng)取土樣在室內(nèi)按不同的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行試驗(yàn)，擇優(yōu)選擇合適的漿液配方。對(duì)重大工程，還必須先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試噴，測(cè)試固結(jié)體的直徑和強(qiáng)度來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可靠性。

固結(jié)體尺寸主要影響因素有:(1)土的種類及各種性質(zhì);(2)施工過(guò)程中注漿方法;(3)具體施工參數(shù)，例如壓力、流速、噴嘴角度等。在沒(méi)有試驗(yàn)資料或相應(yīng)工程經(jīng)驗(yàn)可以借鑒的情況下，對(duì)大型工程應(yīng)該進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)噴射試驗(yàn)后，確定固結(jié)體的尺寸。

固結(jié)體強(qiáng)度主要影響因素:(1)土的性質(zhì);(2)注漿材料配比;(3)施工中注漿管的類型及具體參數(shù);(4)注漿量的大小。一般情況下，固結(jié)體強(qiáng)度按28天來(lái)計(jì)算，有試驗(yàn)證明，土層中粘土礦物與水泥化合物發(fā)生相互作用，固結(jié)體強(qiáng)度在28天后還會(huì)增長(zhǎng)。施工質(zhì)量檢驗(yàn)包括:(1)打孔的質(zhì)量，檢查孔位和孔斜符合規(guī)范，孔深滿足設(shè)計(jì)要求后，才能進(jìn)行下道工序;(2)控制水壓、漿液密度及提升速度，當(dāng)參數(shù)隨機(jī)抽查不合格時(shí)立即停止施工進(jìn)行調(diào)整;(3)鉆孔取芯檢查、壓水試驗(yàn)、旋噴心樣室內(nèi)抗壓抗折試驗(yàn)、開(kāi)挖檢查、彈性波CT檢測(cè)等。

3 堤壩高壓噴射注漿技術(shù)的應(yīng)用研究

在堤壩防滲加固工程中高壓噴射注漿法應(yīng)用非常廣泛，在我國(guó)長(zhǎng)江、黃河等流域的堤壩均有應(yīng)用成功的實(shí)例。

新設(shè)備和工藝的開(kāi)發(fā)應(yīng)用極大地提高了高噴注漿的技術(shù)水平，增強(qiáng)了高噴板墻的整體性、連續(xù)性和防滲性能，特別是高噴注漿技術(shù)在長(zhǎng)江三峽一期工程中的應(yīng)用，推動(dòng)了該技術(shù)更好的發(fā)展。三峽二期圍堰修建防滲墻工程中，采用了新三重管法和二重管兩種工藝，因?yàn)閲哐呋杏猩暗[石、淤砂和殘積塊等覆蓋層，基礎(chǔ)地質(zhì)條件比較復(fù)雜，采用的新三管法以水氣漿為介質(zhì)進(jìn)行噴射能更好的滿足工程設(shè)計(jì)需求，達(dá)到更好的施工效果。此工程中，專家們認(rèn)為高壓旋噴注漿施工設(shè)備及工藝先進(jìn)，在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先水平，且項(xiàng)目成果多，并為我國(guó)在復(fù)雜地層中的防滲技術(shù)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

塢羅水庫(kù)大壩發(fā)現(xiàn)漏水嚴(yán)重后，設(shè)計(jì)方案確定采用高壓噴射注漿和帷幕注漿相結(jié)合的方法進(jìn)行防滲加固。高壓噴射注漿從2004年7月開(kāi)始施工，到10月結(jié)束，帷幕線長(zhǎng)150m，最小孔深40mm，最大52.3m;主要技術(shù)參數(shù)為:4500L/h的水流量，40MPa的水壓力;氣壓力約0.7MPa左右;漿液壓力約0.4MPa左右;提升速度8m/h;擺噴擺角35°，擺速5°/s。施工過(guò)程中采用三重管法輸送介質(zhì)和雙噴嘴擺動(dòng)的新工藝，全自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀記錄數(shù)據(jù)。為了提高堤壩復(fù)雜地層的防滲能力，用32.5級(jí)硅酸水泥制備的水泥豁土漿液為主漿材，其中水泥∶粘土∶水=l∶0.15∶0.8，進(jìn)漿密度約在1.63左右。在高噴區(qū)施工結(jié)束14d后，根據(jù)注漿孔段耗漿情況對(duì)施工區(qū)進(jìn)行了靜水頭壓水試驗(yàn)，結(jié)果完全滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

隨科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，高壓噴射注漿技術(shù)在理論研究、施工設(shè)備和工藝上不斷的完善和發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域和效能必將不斷擴(kuò)展和提高，應(yīng)用前景十分廣闊。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄺健政等.巖土注漿理論與工程實(shí)例[M].北京:科學(xué)出版社，2001.

[2] 楊震.高壓噴射注漿法防滲加固機(jī)理與施工技術(shù)應(yīng)用研究[M].中南大學(xué)，2008.

[3] 楊米加，陳明雄，賀永年.注漿理論的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2001，20(6):839-841.

[4] 王雷，高印軍.高噴注漿施工設(shè)備性能特點(diǎn)綜述[J].水利水電技術(shù)，1997(8):32-34.