高壓擺噴灌漿技術在水利工程施工中的應用方法研究

唐新宇，李 達

（赤峰市金川市政建設工程有限公司，內蒙古 赤峰 024000）

1 高壓擺噴灌漿技術概述

1.1 高壓擺噴灌漿技術的原理

高壓擺噴灌漿技術是利用由特殊堅硬金屬特制的合金噴嘴的注漿管下探到有專業人員預先選定的位置，然后用具有高壓（20MPa～40MPa）的水泵或者泥泵通過特殊合金噴嘴將其中具有高壓的水或者泥漿擺動噴射出來，巨大的壓力混合水或者泥漿沖擊在土體上，擊碎原本土體讓土壤碎屑和噴射出的水或者泥漿充分混合攪拌在一起，混合漿液在高壓的作用下以一定的比例和大小按照特有的規律重新的排列組合到一起[1]。高壓下的漿液和水會破壞、沖擊和切割土地，以達到目的，在這個過程中，擺動噴射流束會形成沖擊力、離心力和重力，在它們的共同作用下，碎石、泥漿、得到充分混合，碎石土塊之間的間隙得到充分填充，在高壓擺噴的作用下逐漸形成扇狀固結體，運用此項技術，其作用在于鞏固加強地基的承載能力和防滲能力，最終的目的是加固防滲圍壩[2]。

經過幾十年的實踐積累，工人發現土質較軟，含沙土，小石粒、泥土等同系列土壤的地層都可以使用噴射處理的方式，可以達到加固、防滲的目的，長時間的實踐證明建筑效果卓著[3]。如果是直徑過大的石粒或者較大較硬卵粒石含量過高的土層將由專業人員現場制定相對應的施工試驗對策。如果是含有大量漂石或塊石的地層并不建議使用此類方法。

高壓噴射灌漿有3種常見的方法，分別是單管法、二管法、三管法[4]。以下就是3種方法的簡單介紹。

單管法是水泥漿在高壓（20MPa～25MPa）作用下，通過特殊合金噴嘴噴射而出，形成具有巨大破壞力的流動水泥漿柱，其形成的強大沖擊力可以破壞土體，與此同時，將噴射管進行旋轉和提升，把噴射出的水泥漿液和噴射過程中擊碎的沙石土壤混合物充分的進行了融合，通過一段時間后，混合物自然凝固，在地下形成凝結體。使用此類方式，所形成的凝結體往往出現直徑和凝結體面積比較小的狀況，普遍情況下，樁徑在0.5～0.9m，而形成的板狀凝結體會比樁狀的大，其長度可延伸至1～2m。總體來說，單管法施工周期短，速度快，如果工期較急且條件符合，還是比較建議使用的。

二管法具有兩個噴射管道，將高壓泥漿泵等高壓發生裝置形成的高壓（20MPa～25MPa）與壓縮空氣機形成的0.7～0.8MPa壓縮空氣同時釋放共同作用，使經過高壓處理的水漿液和壓縮空氣通過不同的通道噴出，在射管底部和側面的同軸雙重噴嘴出形成噴射流，強大的沖擊力破壞了土體，它的直徑可以達0.8～1.5m。

三管法相比前兩種噴射方法，其操作和工作原理較為復雜。如三管法名字所示，他的完成需要三個輸送管道，首先經過空氣壓縮機，具有壓力0.7MPa～0.8MPa的壓縮空氣從外噴嘴中噴出，與從內噴嘴噴出的具有超高壓30MPa～50MPa的高壓水流形成巨大的沖擊力，將需要破壞土體擊碎，接著用泥漿泵灌注混合拌好的水泥漿，使得達到標準的水泥漿液充分置換充填。三管法澆筑通常都能達到1～2m的大直徑，與二管法比較略大，與單管法比較要大出1～2倍。

1.2 高壓擺噴灌漿技術的特點

高噴法有很多優點，如材料和人工成本低、施工速度快、過程相對簡單、固結體強度大、可靠性高等，遠遠優于普通灌漿法。高噴法是利用具有高壓的水流或者是水泥漿通過噴嘴射出高壓射流，具有巨大破壞力的射流沖擊土體，被擊碎的土體與泥漿形成凝結體，在這個過程中覆蓋層的可灌性不納入考慮范圍之內。與此同時，在施工過程中，破碎的土體大大限制了高速射流的范圍，使得漿液不易發生流失的情況，極大地增加了擺噴過程中預期固結體形狀形成的概率。高噴法的施工難度較低，可以在鉆孔形成的孔體底部或者中部完成噴射，沒有很高的技術要求，除此之外，在噴射過程中不對噴射方向做出要求，可以水平也可以傾斜施工。高噴法使用的原料一般為水泥漿，不會有別的有害物質的摻假，這大幅度減少了對環境和地下水的污染，并且提高了工程的耐久性。施工也不會形成噪聲污染，而且單管和二管法的施工過程都比較簡便[5]。

2 工程的概況

以下是對某項工程建設實例的施工技術的分析。水庫的使用年限長達50余年，壩體的長達到了320m左右，頂部寬4.2m，最高壩體達到了13.6m。因為水庫在最初建造時是利用土壤（含粗砂和細石）進行填筑的，所以壩體并不能長時間承受水的浸泡侵蝕，現如今，該水庫在防滲性能方面存在著很大的安全隱患，已經在多個部位出現了滲漏的現象，因此需要針對水庫出現的問題采取相應的措施。本文針對以上壩體出現的問題選用高壓擺噴灌漿技術修復。

3 高壓擺噴灌漿技術施工方案

首先，專業技術人員針對水庫的壩體做了全方面的評估，根據不同方位的破損程度，制定了具有針對性的較為完善的施工計劃，然后根據具體需要施工的內容，決定用三管法擺噴的灌漿技術進行修復，為此次修復工程設計了兩個工序，施工期間還會使用到交叉間隔式的施工方式，第一道工序與第二道工序之間需要間隔幾天。

其次，要準備好三管法擺噴的灌漿所需要的機械設備，施工前做好充足準備，檢查好機械設備是否符合施工標準，最主要的就是三管高壓噴射的裝置。施工前期，要先檢查設備內部的主要裝置，如導漿液的攪拌機、鉆孔機、高噴臺車、泥漿泵等設備。要想保證在施工過程中設備裝置可以順利使用，相關設備要有一定的整合度，以此在最大程度上避開可能出現意外的可以預想到的情況。除此之外還需要明確掌握工程中所需要的一些重要參數，避免拖慢施工進程。三管法擺噴灌漿技術施工步驟非常一定，步驟如下：定孔位→鉆孔→制漿→下噴射管→噴射→定向、擺動、提升→成墻→回灌→拔管沖洗→返漿回灌→結束清理現場。

高壓擺噴灌漿施工技術參數如表1所示。

表1 高壓擺噴灌漿施工技術參數

從表1可以看出，應該在以上參數范圍之內選取適合本工程的參數，每個工程情況都不相同，應該以實際工程情況作為判斷標準。本項工程利用高壓擺噴的灌漿技術對水庫年久、滲透的問題制訂有針對性的計劃，需要注意的是以上孔距、鉆進深度、水泥漿液比重、軸線和擺噴方向夾角、擺噴角度、提升速度、擺動速度、水泥漿泵壓、氣壓這九個參數的選取，需按照表1標準數據合理選擇。

4 高壓擺噴的灌漿技術

4.1 確定孔位

在進行壩體灌溉之前，要多次確定孔位，以確保施工達到預期效果，放線定位這一工序需使用專業的測量人員完成這一項步驟，每個控制樁之間應間隔20個孔位，這樣就有效的保證了在施工過程中，施工人員可以準確地找到需要的孔位，并迅速下泥漿完成施工動作。這一工程對鉆孔的技術要求較高，要求依據防滲墻軸線的走向來確定壩體的鉆孔的位置。再使用鉆機，將其放在選定的孔位進行打孔，矯正鉆機，還要確保鉆頭與預設的孔位相對應，最后將其固定。鉆機固定好后再進行鉆孔工作。在這一步驟實施過程中，在孔位對正的前提下，還要核對主軸的垂直度，保持立軸垂直于地面的水平線。除此之外，在施工的過程中，將所有的鉆機進行有序的排序，以避免產生不必要的誤差，編號應按照一定的順序，秉承連續性的原則，注重防滲墻所處的位置，嚴格按照設計圖紙和事先計劃的施工次序，按順序進行鉆孔。然后，根據軸線的方向進行軸線校對鉆孔，每兩個鉆孔之間間隔30m，在具體實施的過程中，要嚴格遵守規定，精確測量，誤差不大于30mm，以減小誤差。因此，在進行鉆孔工作之前，要實現對地下的結構進行探測，并做出地質剖面圖，這在實際施工中鉆機操作人員就有一定依據，這為工程建設節省了很多時間，并且在施工過程中，要隨時監測地下的情況，出現變化是及時做出調整。鉆孔過程中，要確保鉆孔的鉛直，孔斜的誤差保持在1%之內。為將誤差降到最低，制定了一下幾個方案。首先，在開孔時，要多次測試鉆機支墊的平穩性，以此確保主機鉆孔的鉛直；其次，在開孔時，要降低鉆孔的速度，慢慢下鉆，確保孔位的垂直性，當鉆孔的深度有一定深度后用超過5cm的鉆具，繼續接下來的工程。另外鉆進中，要隨時監測孔斜，即每隔10m檢測一次，若發現孔斜，立刻采取相應措施來糾正。

4.2 鉆孔施工

在下鉆之前，施工人員需要檢查鉆桿是否垂直，鉆桿是否垂直直接對施工的質量造成很大影響。鉆孔位置確定之后，對鉆孔機的位置做出相應的調整，對鉆桿的垂直度進行雙重的保障。開始鉆孔時，應控制鉆孔機的速度，防止在鉆孔過程中出現泥漿的回漿或者滲漏的現象，假如出現了，就是施工過程未達到標準。需要對泥漿和鉆孔進度的配合比重新進行調整，確保施工質量達到標準水平。除此之外，要想施工更加準確，可以采用護臂，有兩種方式分別是孔內沉降和泥漿護臂。如若采用護臂，應該在施工前對施工壩體的地質情況進行調查，對壩體土壤的情況十分了解，如果一切準備工作都符合施工要求就可以進行此次工程。還要時刻關注鉆井內情況，嚴格記錄施工中的信息，如若出現意外立刻中止，如果需要較長的停止施工時間，必須遮蓋防護鉆孔，避免意外事件的發生。最后，在鉆孔施工完工之后，及時清理鉆孔，一般情況下采用新配制好的泥漿噴射到孔壁上，對孔內部含有的雜物起到了清理作用，確保充分發揮導管的作用，以保障工程的質量。

4.3 水泥漿拌制

制造水泥漿需要在泥漿制備池中攪拌而成，在施工的整個過程中，施工人員會利用制備池中的攪拌葉，采用2級拌制水泥的方式拌制，為保證水泥漿達到施工所需要求，對水泥漿的拌制時間也有嚴格的限制，拌制時間必須控制在2min以上，在進行材料拌制時，需要確保攪拌葉的質量可以承受滿足施工要求的工作強度，在選擇攪拌葉時，要選擇適當合理的直徑的攪拌葉。在水泥漿進行一級攪拌之后，需要使用篩網進行過濾，再引入二級制備池中，開始進行二級拌制，過濾掉的雜物要集中處理，嚴禁將雜物二次使用。

4.4 高壓擺噴灌漿

在高壓擺噴灌漿施工的過程中，必須遵守施工順序。鉆孔達到一定的深度后要及時把鉆桿取出，然后放置實現備好的噴射導管，將其放置到指定的位置，在此之前，要在地面上進行低壓射水的工作，以檢測噴嘴的暢通程度，確保工作的順利完成。將噴管下放以后，需要立刻啟動攪拌機，制作漿液，再將拌制好的漿液通過管道運送到噴嘴中去，然后依據原定計劃進行原位噴射，若灌漿施工正常，但孔口有返漿現象的出現時，才可以進行提升噴射的操作，另外，必須精確檢測風量、漿液壓力、擺動、風壓和提升的速度，確保相關數據在設計要求范圍內。其次，在灌溉施工的過程中，要嚴格按照孔口的編號順序依次進行，在一序孔和二序孔之間的時間間隔必須大于等于4d，然后當待噴管升高至原定高度時，結束高噴作業。

5 結語

在水利工程建設的實際操作中，灌漿技術是不可或缺的一部分，在實際施工過程中得到廣泛的應用，高壓擺噴的灌漿技術和傳統的灌漿技術相比，其具有操作方法簡便，施工成本低的優勢，更適合解決水利工程中的問題，高壓擺噴的灌漿技術能夠一直沿用至今，也說明了其在施工建設中的優越性。本文主要對管噴技術中的三管法的擺噴灌漿技術進行了闡述分析，并深度討論了這種方法的施工工藝以及注意事項。在實際的灌漿操作中，需將施工過程中的每一個步驟把控在可控范圍內，這在很大程度上確保了施工的質量和水平達到更高的質量，也最大化的發揮出了水利工程的使用功能。高壓擺噴灌漿技術就是水利工程中的極其重要的步驟，所以必須提高對其的重視度。