高压旋喷在砂砾石层中的应用

周耿荣

摘要：高压旋喷灌浆技术是近年来才出现的一种新型地基加固防渗技术，这种技术在砂砾石层中的应用就目前而言还存在较多困难，需要在实践中不断积累经验并逐步完善。

关键词：高压旋喷灌浆；防渗加固技术；砂砾石层

一、高压旋喷灌浆技术简介

（一）技术术语

高压喷射灌浆技术（High Pressure Jet Grouting）于1968年在日本得到第一次应用，我国的水利系统在上世纪80年代将这项技术引入，并且在山东白浪河土坝工程中首次应用。高压喷射灌浆技术据其喷嘴的喷射范围可分为定喷、摆喷与旋喷三种，这三种灌浆技术形成的凝结体分别为薄板型、哑铃形和柱形。

（二）技术适用范围

通常而言，高压喷射灌浆防渗技术适用于黏性土、黄土、砂类土与淤泥等软弱土层。而砾卵石地层由于其颗粒含量较多且粒径过大，在对砾卵石地层进行防渗处理时，一般采用的是帷幕灌浆技术或者是混凝土防渗强技术，但是以上两种技术的造价较高且施工工期长。虽然高压喷射灌浆技术在砂砾石层中难以达到预期效果，但出于减少施工工期及节约成本的考虑，对该技术在砂砾石层中应用的研究与探索则很有必要。

（三）高压喷射灌浆的工作原理

高压喷射灌浆通常首先利用钻机造孔，由高喷台车，即高压喷射注浆台车将位于前端、带有喷嘴的灌浆管向下送入地基预定位置，把浆液或者水以30MPa至40MPa的压力从喷嘴中喷出以形成喷射切割流对土层进行切割破坏。当呈脉动状态的高速度、高能量的射流动压超过了土体的强度时，土粒就会从土体上剥落，浆液会带着部分较为细小的土颗粒冒出地面形成冒浆；其余剥离下来的土颗粒会与浆液混合，按照质量的大小与一定的比例重新排列，在地基中形成板墙或者柱桩等质地均匀的固结体，从而实现防渗以及加固地基的作用。

（四）高压喷射灌浆施工方法

就目前技术水平而言，高压喷射灌浆的施工方法有多管法、三管法、双管法和单管法四种，其中三管法依据喷管断面可分为并列三管法和轴三管法。

二、高压旋喷在砂砾石层中的应用

（一）高压旋喷的应用参数指标确定

在高压旋喷的应用过程中，首先需要对试验孔进行施工，为了保证技术参数指标的合理性与科学性，要通过试验孔进行在钻孔取芯、注水、开挖检查等多个方面的试验检测。以以往的实践经验以及收集的工程试验资料为根据，能够得出高压旋喷在一般情况下的应用参数指标：第一，孔距在1米左右；第二，高压射流的喷射压力为40MPa至50MPa；第三，浆液压力大于等于0.65MPa；第四，注浆量大于等于每分钟70升；第五，提升速度为每分钟6厘米至每分钟8厘米；第六，旋转速度为每分钟8周指每分钟10周；第七，浆液密度要大于等于每升1.5千克；第八，浆液的水灰比为0.8：1。高压喷射灌浆常用的技术参数见下表1。

（二）高压旋喷灌浆技术的施工工艺

高压旋喷灌浆技术应用过程中，灌浆施工一般分为两序施工，这种施工方法是先对1号序列孔施工，然后再进行2号序列孔的施工，其中两个相邻的序列孔在施工时间上应当间隔24小时以上进行施工。高压旋喷灌浆施工过程中，可使用轴三管法进行灌浆施工，其施工的工艺流程为：平整并压实场地，打孔机造孔并送入灌浆管，跟进作为护壁的PVC管，拔除管套，组装高喷台车及其他设备就位，进行旋喷实验，送入旋喷机具设备，进行旋喷灌浆，成孔并封闭，拆除并移走高喷台车。

1、打孔机造孔并送入灌浆管。使用高压旋喷灌浆技术进行施工时一般有两种造孔方法：其一是利用多功能履带式岩土钻机进行根管钻孔，其二是打孔作業利用风动回转钻机王城，然后使用偏心式冲击器进行冲击跟管。通常而言，钻孔的孔径在5厘米左右，造孔的效率可以达到一分钟6米左右。需要注意的是，在钻机就位之后，需要对机身的水平度利用水平尺进行校正，使钻杆的轴线与水平面垂直，并保证其轴线能够重合于钻孔中心位置，其钻孔在空位上的偏差应当不大于5厘米。

2、跟进作为护壁的PVC管。在造孔工作完成之后，即可把钻杆提出，将管壁厚为2厘米的PVC管下入孔内作为护壁，并且使用透水无纺布在PVC管底端进行封口绑扎，以此作为高压旋喷灌浆技术的护壁，同时在护壁的管套接头处也需要使用塑料带实施密封连接工作。在作为护壁的PVC管套跟入达到孔底后，能够使用液压拔管机把管套逐节拔出。

3、组装高喷台车及其他设备就位。采用高压旋喷灌浆技术进行防渗施工时，可以由水、气体与浆液三管排列组合，使用特制螺栓连接，并且依次由喷头、喷灌以及旋喷三叉管共同组成喷具，其连接处使用尼龙垫进行密封工作。喷具组装后需要试运行以观察水、气、浆三管的畅通与承压情况，当水压上升到设计压力1.5倍的时候，在管道无泄漏现象产生并继续试喷15分钟之后结束检查。

4、旋喷灌浆。在结束试喷检查之后，让喷嘴的喷射方向与高喷轴线保持一致，并且将旋喷转速设置好后把喷具送入到设计孔深。在下喷具的过程中可以送入低压的水、气体1至上进行喷射灌浆到设计高程位置。喷射的浆液采用纯水泥浆，其水灰比为0.8：1。

（三）高压旋喷灌浆技术应用中对于突发事件的处理

首先，对于漏浆现象的处理。当部分孔中出现了漏浆现象，就表明在地基中移动范围内存在集中渗流区，对于这种情况应当根据其严重程度来采取相应的措施，例如采用进一步缓慢或者终止提升的方法，使漏浆处的地层能够更加充分地灌注水泥浆，从而使该区域充分固结，以达到防渗的目标。

其次，对于孤石现象的处理。往往会有体积较为巨大的孤石存在于砂砾石地层中，在进行高压旋喷灌浆施工时，应当按照钻孔记录，在旋喷进行到孤石所在的位置时，在孤石所处的标高位置上下各0.5米处放慢提升速度、提升旋转速度，使水泥浆充分包裹住孤石，从而保证固结后的柱状体连续性与完整性，以更好地起到防渗加固作用。

结束语

综上所述，高压旋喷在砂砾石地层中的应用，需要确定参数指标的合理性，选择高效率的施工工艺，准备对事故的妥善处理方案，这种做法能够有效保证工程质量。相比传统的灌浆技术，高压旋喷的应用能够较大地缩短工期，有效降低成本，其具有巨大的应用前景。

参考文献：

[1]何文菊，金风清.高压旋喷灌浆防渗技术在砂砾石地层中的应用[J].湖北水力发电，2009（6）

[2]王兴俊. 高压旋喷灌浆防渗技术在砂砾石地层中的应用[J].企业技术开发，2011（11）