高壓噴射灌漿技術(shù)在水庫壩基防滲處理中的應(yīng)用分析

鄭鳴亞

【摘要】首先介紹了高壓噴射灌漿技術(shù)作用的機(jī)理，由于病險水庫壩基土質(zhì)較差，滲透系數(shù)大，易造成壩基滲透破壞，從而可能導(dǎo)致水庫失事。本文討論了高壓噴射灌漿的機(jī)理及在運(yùn)用中的工藝參數(shù)的確定及防滲效果。

【關(guān)鍵詞】高壓噴射機(jī)理；防滲；效果

【Abstract】First introduced the mechanism of high-pressure jet grouting technology role， due to the poor dangerous reservoir dam foundation soil， permeability coefficient， could easily lead to dam foundation seepage damage， which may lead to the reservoir crash. This article discusses the mechanism of jet grouting in the use of process parameters to determine and seepage effects.

【Key words】High-pressure injection mechanism；Impermeable；Effect

1. 前言

多年來為解決病險水庫壩基防滲問題，尋求一種經(jīng)濟(jì)且技術(shù)先進(jìn)可靠的防滲方法。在病險水庫除險加固工程施工當(dāng)中，基礎(chǔ)防滲處理是工程施工中尤為重要的環(huán)節(jié)，當(dāng)基礎(chǔ)土質(zhì)較差，滲透性較強(qiáng)時，在水流的作用下對基礎(chǔ)的危害很大。結(jié)合這項技術(shù)在水庫除險加固工程中的應(yīng)用，在應(yīng)用過程中，采用電子填土密實(shí)度檢測儀進(jìn)行現(xiàn)場檢測。明顯看出密實(shí)度和承載力均遠(yuǎn)大于原土體，從而提高和保證工程質(zhì)量。本文重點(diǎn)介紹高壓噴射灌漿機(jī)理及其施工工藝。

2. 工藝原理

（1）沖切摻攪作用。

高噴技術(shù)主要是借助于高壓射流，通過沖擊切割和強(qiáng)烈擾動，使?jié){液在射流作用范圍內(nèi)擴(kuò)散、充填周圍土層，并與土石粒摻混攪合，硬化后形成凝結(jié)體，從而改變原地層結(jié)構(gòu)和組成，借以達(dá)到防滲或提高承載力的目的。

高噴凝結(jié)體是多種因素綜合作用的結(jié)果，高壓射流對地層結(jié)構(gòu)的影響范圍，取決于比能值E的大小，其表達(dá)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(yīng)通過現(xiàn)場高噴試驗(yàn)確定。

（2）升揚(yáng)、轉(zhuǎn)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(gòu)成外包氣層，使水或漿液射流能透入地層較遠(yuǎn)距離并維持較大壓力破碎地層結(jié)構(gòu)外，還可產(chǎn)生升揚(yáng)作用，漿經(jīng)射流沖擊切削后的土石碎屑和地層中細(xì)粒，由孔壁和噴射桿的環(huán)狀間隙中升揚(yáng)帶出孔外，空余部位由漿液替代，同時也起到了轉(zhuǎn)換作用。

（3）擠壓、滲透作用。

高噴射流強(qiáng)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(chǎn)生擠壓作用。同時，噴射結(jié)束后，靜壓灌漿持續(xù)進(jìn)行，這對周圍土體產(chǎn)生滲透作用，這樣不僅可以促使凝結(jié)體與周圍土體結(jié)合更加密實(shí)，還在凝結(jié)體外側(cè)產(chǎn)生明顯的滲透凝結(jié)層，具有較強(qiáng)的防滲性能。

高噴灌泵技術(shù)有單管法、雙管法、三管法。常見水庫除險加固工程中都采用的是三管法施工。用水管、氣管、漿管同軸布設(shè)組成噴射桿，桿底部設(shè)置有噴嘴，氣、水噴嘴在上，漿液噴嘴在下，高噴時，隨著噴射桿的旋轉(zhuǎn)和提升，先是高壓水和氣的射流沖擊擾動地層土體，呈翻滾松散狀態(tài)，隨后以低壓注入濃漿摻混攪拌，硬化后形成凝結(jié)體。工藝參數(shù)主要有：水壓38～40MPa；氣壓0.6～0.8MPa；漿壓0.3～0.5MPa，施工設(shè)備價廉，易購，高噴質(zhì)量可滿足設(shè)計要求，工效高，造價低，能充分利用原地土體，就地取材，機(jī)械化程度高。

（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(yáng)、轉(zhuǎn)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(qū)，應(yīng)降低提升速度，提高比能值。在強(qiáng)大的沖擊震動力作用下，塊石將會產(chǎn)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(chǎn)生握裹凝結(jié)作用，形成連續(xù)密實(shí)的凝結(jié)體。

3. 凝結(jié)體的性能

病險水庫壩基防滲采用高噴施工時，則要求凝結(jié)體具有良好的防滲性和穩(wěn)定性，而對于其抗壓強(qiáng)度要求不高。凝結(jié)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(jié)體并不很規(guī)則，但與地層結(jié)合緊密，由于高噴凝結(jié)體周圍除了漿皮層外，一般還存在滲透凝結(jié)層，有著良好的復(fù)合防滲作用，從而進(jìn)一步提高了凝體的防滲性能。

4. 高噴凝結(jié)體的結(jié)構(gòu)布置形式

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

高噴形成的凝結(jié)體的形狀與噴射的形式有關(guān)，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(zhuǎn)，則凝結(jié)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(jié)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，在新疆的北疆地區(qū)常用的結(jié)構(gòu)布置形式有：

（1）定噴折線式。

（2）擺噴對接式。

（3）柱擺式；在防滲工程中，孔距的選擇至關(guān)重要，它不僅關(guān)系到凝結(jié)體能否可靠地連接，而且也影響工程的進(jìn)度、造價。孔距應(yīng)根據(jù)地層的地質(zhì)條件，對防滲性能的要求、高噴灌漿的施工方法和工藝、結(jié)構(gòu)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(yīng)大于1：1的濃漿。

6. 工藝和施工要點(diǎn)

6.1鉆孔。

首先泥漿固壁回轉(zhuǎn)（或沖擊）鉆進(jìn)。造孔過程中做好充填堵漏，使孔內(nèi)泥漿保持正常循環(huán)，返出孔外，直至終孔；其次跟管鉆進(jìn)。邊鉆進(jìn)邊跟入套管，直至終孔，鉆進(jìn)時應(yīng)注意保證鉆機(jī)垂直，偏斜率宜≤1%。

6.2下入噴射桿。

6.2.1泥漿固壁的鉆孔可以將噴射桿直接下入孔內(nèi)，直至孔底；跟管鉆進(jìn)的鉆孔，有兩種情況：

（1）拔管前在套管內(nèi)注入密度大的塑性泥漿，注滿后，起拔套管，邊起拔邊注入，使?jié){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(nèi)直至孔底。

（2）也可先在套管內(nèi)下入管壁勻均的PVC塑管，直到套管底部，起護(hù)壁作用，而后將套管全部拔出，再將噴射桿下入到管底部。高噴施工，施工中所用技術(shù)參數(shù)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(zhì)量的主要因素。

6.2.2一般情況下，確定提升速度應(yīng)注意下列幾個問題：

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

（2）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。

（3）高噴施工中發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)返漿量減少時宜放慢提升速度。

7. 施工工藝

7.1墻體位置的確定。

根據(jù)設(shè)計要求平整好場地，要求場地內(nèi)地下無障礙物，對某些作業(yè)地基軟，不平整，有可能引起整機(jī)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(jìn)行測量定位。

7.2噴墻管理。

應(yīng)控制好掘進(jìn)速度和灌漿壓力、提升速度，送氣量的大小應(yīng)使?jié){液成沸騰狀為宜。灌漿階段漿液不能發(fā)生離析和不允許發(fā)生斷漿現(xiàn)象，保證墻體均勻，無夾心層，若發(fā)生管道堵塞或因故短暫停機(jī)，應(yīng)迅速搶修。

質(zhì)量檢測方法：樞紐工程中采用挖深探坑數(shù)米，用電子填土密實(shí)度檢測儀對周圍土體進(jìn)行現(xiàn)場測試。檢測結(jié)果土體密實(shí)度和承載力均大于原土體，施工過程中要有專人負(fù)責(zé)記錄，記錄要求詳實(shí)準(zhǔn)確。

8. 經(jīng)濟(jì)和社會效益

在病險水庫壩基防滲工程中，與常規(guī)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(diǎn)。

此項技術(shù)很大程度地提高了病險水庫壩基防滲能力，保證水庫安全，對保障人民生命財產(chǎn)安全以及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展將起到積極的作用，其社會效益是十分明顯的。

[文章編號]1619-2737（2015）01-08-638