水工建筑高噴灌漿技術分析

摘要：本文分析了高壓噴射灌漿的技術性能與工藝特征，并結合工程案例探討了高噴灌漿施工技術在水工建筑防滲加固中的應用。

關鍵詞：水工建筑；高壓噴射灌漿；施工技術

高壓噴射灌漿技術（jet grouting）簡稱高噴灌漿，是利用高壓水或高壓漿液形成的高壓噴射流，對地層土體進行強烈的沖擊、切割和破壞，并以噴出的水泥漿與土體破壞分離的土粒摻攪、混合，混合物經過凝結硬化，便形成樁柱或板墻的凝結體，以達到加固地基和防滲的目的。該技術有多種類型，按照噴射型式分為旋噴（rotating jet grouting）、擺噴（pendulum jet grouting）和定噴（directional jet grouting）；按照施工工法分為單管法（single system）、雙管法（double system）和三管法（triple system）[1]。高噴灌漿適用于黏性土、砂類土、淤泥質土、黃土、人工填土等第四系地層，用途廣泛，可灌性好，連接可靠，機動靈活，因而在水工建筑防滲加固方面效果顯著。

1 高壓噴射灌漿技術性能與工藝特征

1.1 高噴灌漿技術特性與影響因素

高噴灌漿成墻的最小厚度只需12～15cm，滲透系數可以達到10-5～10-7cm/s，抗壓強度在3～20MPa，而且經過試驗墻體的滲透穩定性也是可以保證的[2]。但是影響高噴灌漿體的因素較多，只有工藝參數在適宜的范圍內，才能達到理想的效果，因此了解這些因素還是很有必要的。主要因素如下：（1）水。高噴灌漿離不開水，水的壓力和流量對凝結體的有效長度影響顯著。一般增加水量和壓力可提高凝結體的有效長度，但水量太大會稀釋漿液，使返漿增加，所以要將水的參數控制在合適范圍內。（2）氣（壓縮空氣）。風壓、風量同樣影響凝結體的有效長度和材料組成。當地層顆粒組成復雜、孔深較大時，選用較大的風量，可以增加置換效果，不過通常采用的參數為風壓0.7～0.8 MPa、風量0.4～0.8m3/s。（3）液（漿液）。漿液要保證足夠的稠度和數量，才能在水、氣共同作用下不致太稀薄，一般漿液壓力要保持在0.3 MPa左右，同時選擇適宜的密度和輸漿量。（4）提升速度/旋轉速度/擺動速度。提升速度是影響凝結體的充填均勻性與密實性的重要因素，它同時影響凝結體的有效長度，一般提升速度在4～20cm/s較為合適，最適宜的速度應通過試驗確定。同樣，旋轉速度和擺動速度也有一個適宜范圍，一般旋轉速度在5～20r/min，擺動速度在10°/s～30°/s。（5）地層顆粒度。高噴灌漿技術用于細顆粒地層一般是沒有問題的，對含較多大顆粒礫石的地層要通過試驗確定是否適用，不過只要工藝參數合適，一些含大顆粒地層仍能形成良好的凝結體，采用下傾斜噴射比水平噴射更有利于礫石地層。

1.2 高噴灌漿工藝特征

高噴灌漿由造孔、供水、供氣、供漿和噴灌等組成。造孔一般采用立軸液壓回轉鉆機，供水系統由高壓水泵及管道組成，供氣系統由空氣壓縮機及管路組成，供漿由攪拌機、灌漿泵、上料機等組成，噴灌系統由噴灌裝置、機架、卷揚機、旋擺機構組成，此外還有回漿泵、監測裝置等。施工程序如圖1所示，施工流程如圖2所示。

由圖1可見，高噴灌漿施工包括鉆孔、下注漿管、噴射、提升、成樁/成墻等程序。鉆機安置妥當，校準孔位，墊平機身，即可造孔，一般要求孔位偏差不超過1～2cm，并鉆至基巖下0.5～1m。成孔后放下噴射管，但振動鉆是下管是與鉆孔同時進行的。為避免下管時堵塞噴嘴，要求同時低壓輸送水、氣、漿。噴射管放至設計深度，即可按設計要求噴射水、氣、漿，并進行提升、旋轉、擺動等動作。提升至設計高度后，停送水、氣、漿。應及時清洗管路，防止堵塞。當凝結體因析水產生凹陷時，采用靜壓灌漿方法進行充填。

圖2顯示了高噴灌漿的施工流程。定孔是重要的步驟，要求根據現場試驗結果選擇最合理的孔距和布置形式，通常一般性工程采用單排孔即可，但重要工程往往采用2～3排孔。按照地層顆粒組成，孔距在1.0～2.5m。制漿也是重要的工序，大多情況下采用水泥漿液，也可根據需要采用水玻璃、環氧樹脂、氯凝等化學漿材。水泥漿液的水灰比一般不大于1：1；如果只要求防滲而對強度沒有很高要求，可摻配一定比例的黏土，以降低成本。

施工完要進行質量檢查，一般通過室內試驗、開挖檢查、鉆芯取樣、圍井檢查、汛期高水位檢查等方法進行質量評價。質量檢查項目包括力學指標、滲透系數、整體性、均勻性、形狀、尺寸等。

2高壓噴射灌漿技術應用

2.1 工程概況

某水電站圍堰采用混凝土防滲墻進行防滲，由于地層復雜，施工過程中出現了質量缺陷。按照過往的工程經驗，主要有兩種處理缺陷的方法[3]：一是在需要處理的防滲墻段上游一側再做一段新墻；二是在需要處理的防滲墻段上游進行灌漿補救。灌漿方法中高壓噴灌效果較好，常用來處理類似質量缺陷。根據地質勘探資料，防滲墻覆蓋層為砂卵石層，內含較大塊石，最大尺寸達3～5m，由于施工中出現卡鉆、漏漿、塌孔等問題，防滲墻出現寬12m、高13m的“缺口”。由于工期緊，無法補做新墻，而且即使做了也難以保證質量。經過多方研究，決定在缺陷墻段清孔至卡鉆頂部后直接澆筑混凝土，而在上游側以高噴防滲墻進行處理。

2.2 高噴灌漿處理方法

高噴防滲墻采用雙排孔梅花型方案，通過套接成墻，每排孔經3序完成。設計孔距為0.8m，排距0.7m，墻厚超過1.5m，下游排距混凝土防滲墻0.5m，正好避開導向槽及槽孔內的鉆頭，但同時又可保證與混凝土防滲墻有效搭接。在上、下游分別鉆孔20個和21個。施工主要設備包括全液壓履帶式鉆機、旋噴機、高壓注漿泵、空壓機、制漿機、液壓拔管機等。噴射方法采用兩管法。造孔深入基巖0.5m，控制孔斜不超過1.0%。風壓0.6～1.0MPa，風量0.8～1.2 m3/min；漿壓25～30 MPa，漿量70～100L/ min，進漿密度1.5g/cm3，回漿密度1.3 g/cm3。事故段提升速度5～8cm/min，事故段以上6～10 cm/min。共完成灌漿1412m，消耗水泥607t，用時30d。圍堰閉氣后，汛期高水位時滲漏量750m3/h，達到了設計標準。

3 結語

高噴灌漿技術于上世紀70～80年代開始在我國得到應用，經過幾十年的探索研究，該技術在水工建筑防滲加固方面取得非常成功的業績。在數量眾多的防滲加固技術里面，高噴灌漿技術特點鮮明，適用范圍廣而工效較高，但是作為隱蔽性工程，需要通過完善的質量控制手段確保施工質量滿足設計要求。

參考文獻：

[1] 中國電力企業聯合會.DL/T 5200-2004 水電水利工程高壓噴射灌漿技術規范[J].北京：中國電力出版社，2005.

[2] 毛昶煦，段祥寶，李思慎，等.提防工程手冊[M].北京：中國水利水電出版社，2009.

[3] 曹琳，趙正平，陳道春.高噴灌漿在阿海水電站圍堰混凝土防滲墻缺陷處理中的應用[J].水利水電技術，2012，43（2）：62-65.