高壓噴灌技術在水利工程中的應用

汪運愉

摘要：高壓灌注漿在水利工程中的應用非常廣泛，不僅可以用于地基的加固，還可以用于水工建筑物的防滲工程中。因此，本文對高壓噴灌注漿技術在水利工程當中的應用，以及其技術要點、施工工藝等進行了詳細的研究和分析。

關鍵詞：高壓噴灌；技術運用；水利工程；技術工藝

0 引言

現在，高壓噴射注漿技術已被廣泛地應用于基礎工程與地下工程防滲加固工程中。由于高壓噴射注漿技術可以強化地基強度，并可抑治或是減少建筑物的沉降以及不均勻沉降，因此在地下工程建設、防水帷幕、隧道頂部加固、擋土圍堰、邊坡加固以及壩體加固施工中，該技術得到廣泛應用。

1 高壓噴射灌漿的施工工藝

1.1 工藝原理

1.1.1 沖切摻攪作用

高噴技術是利用高壓射流，在沖擊切割和強烈擾動的作用下，漿液在射流作用范圍內擴散、充填到附近的土層，并與土石粒混合在一起，硬化后形成凝結體，以使原地層結構和組成發生改變，以提高土層的承載力和防滲能力。高噴凝結體是多種因素綜合作用的結果，比能值E的大小決定了高壓射流對地層結構的影響范圍，其表達式如下：

E=（PQ）/（100v）

式中：E——每米旋噴柱耗用的能量（MJ/m）

P——噴射灌漿壓力（MPa）

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，但最終應通過現場高噴試驗確定。

1.1.2 升揚、轉換作用

高噴施工時，水、氣、漿由噴嘴中噴出，壓縮空氣，除能對水或漿液構成外包氣層，使水或漿液射流能透入地層較遠距離并維持較大壓力破碎地層結構外，還可產生升揚作用，將經射流沖擊切削后的土石碎屑和地層中細粒，由孔壁和噴射桿的環狀間隙中升揚帶出孔外，空余部位由漿液替代，同時也起到了轉換作用。

1.1.3 擠壓、滲透作用

高噴射流強度隨射流距離的增加而較快地衰減至射流束末端，雖不能再沖切地層，但對地層仍產生擠壓作用。同時，噴射結束后，靜壓灌漿持續進行，對周圍土體產生滲透作用，不僅可以促使凝結體與周圍土體結合更加密實，還在凝結體外側產生明顯的滲透凝結層，具有較強的防滲性能。

1.2 施工工藝

1.2.1 確定墻體位置

將場地內地下礙物清理干凈，并保持平整，以達到設計要求，為避免發生整機翻倒事故，需采取有效措施，防范地基軟、不平整的地段，同時，在平整場地上，測量定位對墻體中心線。

1.2.2 噴墻管理

嚴格把制好灌漿壓力和掘進速度、提高速度，漿液成沸騰狀態時，送氣量大小為最佳。在灌漿過程中，墻體要均勻，確保沒有夾心層，以防止出現離析和斷漿現象。如果出現管道被堵，或是機器故障停機時，及時進行搶修。

2 高壓噴射灌漿（注漿）的施工技術要點

2.1 鉆孔

采取泥漿固壁回轉（或沖擊）鉆進。在造孔過程中，保持孔內泥漿循環暢通，返出孔外，直至到鉆孔結束，以確保充填堵漏。跟管鉆進，已邊鉆進，一邊進行套管，直到鉆孔結束。在鉆進時，鉆機必須始終保持垂直，其偏斜率控制在1%之內。

2.2 下入噴射桿

泥漿固壁的鉆孔能夠將噴射桿直接下入孔內底部。跟管鉆進的鉆孔分為兩種情況，其一，將管壁 均勻的PVC塑管直接下入套管底部，以保護管壁，然后拔出所有套管，下入噴射桿，直至管底；其二，在拔管之前，將密度大的塑性泥漿注入套管內，直至飽和，讓后將套管起拔，一邊起拔，一邊注入，在未完全拔出套管前，保持漿面與孔口處于水平狀態，最后在孔內下入噴射桿，直至孔底。

2.3 高噴施工

由于采用的高噴的方法不同，因此施工中的各技術參數也不盡相同。而灌漿壓力不同，其提升速度也不同。如果對各類地層采用一樣的施工方法，其漿壓 、水壓、氣壓基本上不會有多大變化，因此，影響高噴質量主要因素即是提升速度的變化。通常情況下，在提升速度時，應注意以下幾個問題：①在高噴施工過程中，如果孔內返漿量變少，則應降低提升速度；②針對不同的地層，合理提升速度，對于砂卵（礫）石層，以及塊石比較集中或是含有大粒徑（40cm以上）塊石的地層，速度應放慢；對于砂層中，速度可快些；③分序不同，提升速度也不同，先序孔速度較慢，后序孔速度較快。

根據施工平面圖要求安裝、調試好進場設備，開挖施工槽、排水溝、泥漿沉淀池，復核高噴墻軸線的樁粒和標高。

很關鍵的一點，正式施工前必須高噴試驗，確定正式的技術參數（編寫高噴灌漿試驗報告）。

3 水利工程高壓噴射灌漿施工的質量控制

3.1 施工前的質量控制

3.1.1 組建素質較高的質量控制隊伍。

3.1.2 編制詳細的專項控制細則。

3.1.3 審查施工單位的資質及技術水平，協助建設單位認真選好施工隊伍。

3.2 施工中的質量控制

3.2.1 位置。根據設計要求，布設防滲刺墻，墻高技設計標準，墻厚與設計要求一致。子距L一般為2.0m，有效半徑達1.8m，擺角一般為15°（與鋼盤堤接觸處噴射擺角增大為26°左右）。提升速度一般為10cm/min.噴嘴型號為2mm，氣嘴7mm，水壓為29.4～34.3MPa，空氣壓735kPa。

3.2.2 測壓管的要求：管口為2英寸的PVC管，管底1.1m高為透水部分，外用400g/m2土工布包裹，管子四周用黃沙做漏層。

3.2.3 材料。對工程中使用的材料質量進行控制，主要控制水泥質量。

3.2.4 鉆孔的沖洗。鉆孔經檢驗合格后，進行孔內和縫面沖洗。

3 2.5 灌漿。為防止在灌漿壓力作用下，裂縫兩側混凝土產生有害的應力和變形，在灌漿施工中應布置儀器對裂縫進行觀測。灌漿應按由深到淺、由下至上、由一側向另一側的順序依次進行。

3.3 施工后的質量控制

工程全部施工完成后，質量控制工程師應根據設計圖紙對照施工記錄進一步復核現場施工樁位是否有遺漏；審查檢測單位的資質等級和技術裝備，協助建設單位確定檢測單位。

4 高壓噴射灌注漿在水利工程中的應用

（1）三管法定向噴射成墻施工的方法是大型水電站樞紐基礎防滲施工中常用的方法。該工程地層主要是砂礫土，成墻深30米，防沖隔墻長68米，孔距是2米，墻平均厚度是80厘米，在噴射中心的圓柱體直徑是20-30厘米，其布置形式是柱擺式凝結體結構。先將漿管、氣管、水管、及軸按設成噴射桿，將噴嘴設置在桿底部，在上方安氣、水噴嘴，下方安漿液噴嘴，在高噴過程中，在噴射桿高度的上升及旋轉的同時，利用氣與高壓水的射流，對地層土體進行擾動沖擊，并形成翻滾松散狀態。然后，用低壓將濃漿注入，并進行混合攪拌，等硬化后行成凝結體。該方法高噴質量達到了設計要求，且機械化程度高、施工效率高、成本低，能夠全面利用原地土體。施工結束后，使用電子填土密實度檢測儀對現場質量進行測試。經檢測得出，與原土體相比，土體的承載力和密實度都得到了大幅提高。

（2）應用于某河庫副壩下滲漏通道封堵措施

一層長7米的砂礫卵石層存在于該河水庫副壩下，筑壩過程中，未采取防滲處理，因此，副壩下游經常發生滲水現象，另外，在距下游壩坡腳 18米的地方，還出現了嚴重的管涌、塌陷問題。所以，在2006年，決定使用高噴中的擺噴法，在副壩之下進行防滲墻建設，其防滲墻面積高達14000平方米、下端伸進基巖1米、上端插進壩體控制在1.5米之內、長高13.18-15.78米，長954米。在施工過程中，處理了45條涌水通道，其中最大通道用了14.8噸水泥，水泥總用量達到76噸。通過現場檢查開挖圍井得出，墻體土層厚度是0.21-0.25米、砂卵石層厚度是0.5-0.6米，與設計要求相比分別多0.17米、0.3米，且墻體密實度高，連接效果良好。經圍井注水檢測得出：與設計要求相比，墻體滲透系數小0.01m/d，從2014年7月開始進行整個加固工程，完成時間是2014年12月30日，整個過程共16個月。

實踐證明，在針對軟弱地基與病險水庫實施防滲與加固處理的眾多方法之中，高壓噴射注漿法是最有效的一個方法。然而，在實際設計與施工過程中也有部分問題顯現，例：噴嘴直徑太小、壓力太大、技術參數設計不符合常理等等，這些都會造成噴射流經噴嘴出口處流動速度太大有霧狀產生，無法形成強大有力的射流束，降低破壞力；提升速度太慢，加大了水泥漿液用量，然而此類問題通過持續的探索與實踐以后一定能得到合理解決的。

5 結束語

經過前文的分析研究，我們不難發現在水利工程中高壓噴射灌注漿技術的防滲功能或多或少能減少一些工程造價，其具備施工便捷、開挖量小、對周遭的建筑物的影響小等優勢。這項技術極大地減輕了防洪壓力、提升了防滲能力，進而有效地保證了社會經濟的發展及人民生命財產的安全性。