高壓噴射灌漿技術在水庫施工中的運用

上海愉凱建設工程有限公司 200072

摘要：本文通過對高壓噴射灌漿的原理進行研究，從其特性、灌漿材料、適用范圍和作用機理著手，為施工設計提供了一套完整的設計思路和設計程序。論文還就高壓噴射灌漿的各類工法進行介紹，對施工機具、施工工藝、操作規程、常見問題的處理以及質量檢驗等進行了詳細的闡述，研究成果可以用來指導高壓噴射灌漿地層防滲加固現場施工。

關鍵詞：高壓噴射灌漿；壩基防滲加固；設計；應用

1引言

高壓噴射灌漿（簡稱高噴灌漿或高噴），是一種采用高壓水或高壓漿液形成高速噴射流束，沖擊、切割、破碎地層土體，并以水泥基質漿液充填、摻混其中，形成樁柱或板墻狀的凝結體，用以提高地基防滲或承載能力的施工技術。

2高壓噴射灌漿設計

2.1 地質勘察

高壓噴射灌漿防滲加固方案設計前，需要深入地進行調查準備工作。高壓噴射灌漿的處理效果與地質條件和施工環境等因素有密切關系，故對建筑場地的工程地質勘察內容要求較其他地基處理方法更為詳盡。可能某些工程雖已有一些地質勘察資料，必要時仍需作工程勘察。

2.2 高噴灌漿材料

灌漿材料是高壓噴射灌漿法的重要組成部分，漿材的品種和性能的優劣以及漿液的配方，直接關系到凝結體的質量、物理力學指標和化學穩定性以及工程造價。壩體高噴防滲墻使用最多的是水泥系列漿液，根據具體工程要求可以摻加粘土、膨潤土等摻合料及水玻璃、氯化鈣等速凝劑。

2.3固結體尺寸設計

固結體尺寸的設計一般包括旋噴的直徑和定、擺噴的長度設計。一般應根據設計直徑來選用噴射灌漿的種類和噴射方式。噴射直徑設計的正確與否，不僅影響工程的經濟效益，而且還可能關系到整個工程的成敗。對于地基加固和堵水防滲工程，如果設計直徑偏小，就會增加旋噴孔數；如果設計偏大，就會出現地基強度不足，導致工程失敗。固結體尺寸主要與以下因素有關：①土的類別及其密實程度；②噴射灌漿方法（灌漿管類型）；③噴射技術參數（包括噴射壓力與流量，壓縮空氣的壓力、流量，灌漿管的提升、旋轉和擺動的速度及噴嘴直徑與個數，噴嘴間距等）；④噴嘴出口處的地層靜水壓力。對于大型或重要工程，樁體直徑應根據現場試驗確定。

2.4孔距及布置形式的選擇

孔距選擇的原則是保證在設計深度內，防滲墻實現可靠的連接。在工程設計當中應根據高噴工程的具體要求、地層條件、所采用的結構型式及現場試驗或工程類比選擇確定。孔距不能過大，不然會使墻體相互之間連接不上；同時孔距不能太小，過小將會造成材料的浪費。孔深和有效噴射長度是影響孔距確定的兩個因素。影響有效噴射長度的因素很多，地層土質、密實度、射流壓力、顆粒直徑都會對噴射長度產生直接的影響。對同一類土層來說，射流壓力和密實度是影響有效噴射長度的主要因素。

2.4高壓噴射灌漿參數選擇

高噴防滲墻質量、工效及造價，不僅受工程類型、地形及地質條件的影響，更重要的取決于選用的施工工藝參數是否合理。

水、氣、漿壓力和流量：噴射壓力越高，固結體的尺寸也越大。當噴射壓力不變時，噴射泵量增大，固結體尺寸相應增大。在高噴防滲墻施工中，以最常用的三管法為例，三管噴射裝置噴射出的水、氣、漿三種介質，分別用高壓水泵、空氣壓縮機、灌漿泵輸送到噴射裝置。對用于切割破壞的高壓噴射主射流和二次切割的射流的壓力主要是根據地層結構的強度并結合機械常用的工作壓力來確定，對其它的壓力和流量則主要根據機械的常用工作壓力和流量來確定。

單管和兩管噴射裝置主要用水泥漿作為主射流，對噴嘴及輸漿機具磨損嚴重。老三管法噴射裝置采用高壓水泵產生的高壓水作為主射流，水對輸水機具磨損較小，可使高壓水泵獲得更高的噴射壓力。當前國內高壓水泵實用工作壓力為30～60MPa，考慮到配套件、易損件的安全，最常用的工作壓力為 35～40MPa。老三管法所采用灌漿泵的額定壓力一般為 1～5MPa，常用工作壓力為0.1～1.0MPa，流量為 50～80L/min。新三管法在用高壓水作為主射流的同時，采用高壓漿進行二次切割充填，國內高壓灌漿泵實用工作壓力為 20～50MPa，最常用的工作壓力為25～35MPa。水量一般采用國內高壓水泵的額定流量 50～80L/min。空壓機的額定壓力為0.8～3.0MPa，常用工作壓力為0.7～0.8MPa。

提升速度和旋轉速度：提升速度和旋轉速度是噴射流相對性移動的速度，是

決定噴射流沖擊切割土層時間長短的兩個主要因素。土體受到高壓射流沖切后，很快被切割穿透，其切割穿透的程度是射流持續噴射時間的增加而增大。一定的噴射時間，產生一定的噴射切割能量，將土體沖切出一定深（長）度。提升速度和旋轉（擺動） 速度的相互配合至關重要。一般來說，旋轉與提升速度減慢，固結體尺寸會增加，但減慢到某一范圍時，固結體尺寸增加甚微。當提升速度一定時，旋轉速度有一最佳值，當低于此最佳值時，固結體的尺寸反而減小。旋轉速度和提升速度要合理配合，才能取得較好的破壞土體的效果。一般每轉一圈提升0.5～1.25cm為宜。

3高壓噴射灌漿施工工藝

（1）根據設計測出高噴灌漿施工軸線，在軸線上一次性將所要施工孔位打木樁作上記號，并測定孔口地面高程。通常采用經緯儀定孔，孔位偏差不大于5cm。

（2）鉆孔

鉆孔方法根據地層地質情況、加固深度、機具設備等條件而定。首先把鉆機對準孔位，用水平尺控制機身水平，墊穩、墊平、墊牢機架。應嚴格控制孔斜率，鉆孔孔徑應大于噴射管外徑 20mm 以上，鉆孔要深入基巖 1.0m。鉆進記錄要完整，孔深應達到設計要求、并取芯，終孔時須經現場值班技術員和現場監理員簽字認可。

（3）下噴射管

鉆孔完成后，要及時將噴射管下放至設計深度。為防止下管時噴嘴堵塞，可一邊低壓送水、氣、漿一邊下管，壓力一般不超過 1MPa，壓力過高容易將孔壁射塌；也可將噴嘴用膠帶等物包封密實。

（4）噴射灌漿

噴頭下至設計深度，應先按規定參數進行原位噴射，待漿液返出孔口、情況正常后方開開始提升噴射。當灌漿管不能一次提升完成而需分數次卸管時，卸管后噴射的搭接長度不得小于l00mm，以保證固結體的整體性。

（5）清洗管路

噴射灌漿施工結束后，應及時清洗灌漿設備和管道，以防水泥漿液凝固堵塞。

（6）回灌填補

高噴灌漿完畢后，由于孔內的漿液發生析水、沉淀和凝固收縮，高噴凝結體的頂部會產生凹穴，應利用回漿或水泥漿及時回灌填補，直至孔口漿面不下降為止，以保證防滲墻的連續密實。

4結論

高壓噴射灌漿技術應用前景廣闊，本文主要研究結論如下：

（l）高壓噴射灌漿法具有施工簡便、安全可靠、施工速度快、適用范圍廣、處理效果好、工程成本低等優點，應大力的推廣應用。

（2）通過試驗方法取得具體工程的施工技術參數，目前仍是保證高壓噴射灌漿施工質量的一個重要程序，應給予高度重視。

（3）高壓噴射灌漿施工的過程和效果隱蔽性比較強，應加強工程質量的檢驗。

（4）高壓噴射灌漿技術在病險壩壩基防滲處理中有廣闊的應用前景，應加強試驗研究和實踐經驗的積累。

參考文獻

[1]許厚材.水利水電工程基礎灌漿中特殊地層的灌漿方法[J].水利發電設計與施工，2005.

[2]劉偉，金濤，楊曉娟.淺談大壩基礎灌漿設計思想[J].水利科技與經濟，2005.

[3]石濤，杜念文，鄭煌.江河水電站基礎灌漿試驗[J].水電與新能源，2010.

[4]吳景華，裴向軍，董顏明.某電站大壩基礎灌漿試驗[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2005.

[5]王麗.基礎灌漿技術在壩基處理中的應用[J]科技傳播，2010.