高压喷灌技术在水利工程中的应用

汪运愉

摘要：高压灌注浆在水利工程中的应用非常广泛，不仅可以用于地基的加固，还可以用于水工建筑物的防渗工程中。因此，本文对高压喷灌注浆技术在水利工程当中的应用，以及其技术要点、施工工艺等进行了详细的研究和分析。

关键词：高压喷灌；技术运用；水利工程；技术工艺

0 引言

现在，高压喷射注浆技术已被广泛地应用于基础工程与地下工程防渗加固工程中。由于高压喷射注浆技术可以强化地基强度，并可抑治或是减少建筑物的沉降以及不均匀沉降，因此在地下工程建设、防水帷幕、隧道顶部加固、挡土围堰、边坡加固以及坝体加固施工中，该技术得到广泛应用。

1 高压喷射灌浆的施工工艺

1.1 工艺原理

1.1.1 冲切掺搅作用

高喷技术是利用高压射流，在冲击切割和强烈扰动的作用下，浆液在射流作用范围内扩散、充填到附近的土层，并与土石粒混合在一起，硬化后形成凝结体，以使原地层结构和组成发生改变，以提高土层的承载力和防渗能力。高喷凝结体是多种因素综合作用的结果，比能值E的大小决定了高压射流对地层结构的影响范围，其表达式如下：

E=（PQ）/（100v）

式中：E——每米旋喷柱耗用的能量（MJ/m）

P——喷射灌浆压力（MPa）

Q——射流浆量（L/min）

v——提升速度（cm/min）

E值大，旋喷柱的直径大，一般选用50～70cm直径较好，但最终应通过现场高喷试验确定。

1.1.2 升扬、转换作用

高喷施工时，水、气、浆由喷嘴中喷出，压缩空气，除能对水或浆液构成外包气层，使水或浆液射流能透入地层较远距离并维持较大压力破碎地层结构外，还可产生升扬作用，将经射流冲击切削后的土石碎屑和地层中细粒，由孔壁和喷射杆的环状间隙中升扬带出孔外，空余部位由浆液替代，同时也起到了转换作用。

1.1.3 挤压、渗透作用

高喷射流强度随射流距离的增加而较快地衰减至射流束末端，虽不能再冲切地层，但对地层仍产生挤压作用。同时，喷射结束后，静压灌浆持续进行，对周围土体产生渗透作用，不仅可以促使凝结体与周围土体结合更加密实，还在凝结体外侧产生明显的渗透凝结层，具有较强的防渗性能。

1.2 施工工艺

1.2.1 确定墙体位置

将场地内地下碍物清理干净，并保持平整，以达到设计要求，为避免发生整机翻倒事故，需采取有效措施，防范地基软、不平整的地段，同时，在平整场地上，测量定位对墙体中心线。

1.2.2 喷墙管理

严格把制好灌浆压力和掘进速度、提高速度，浆液成沸腾状态时，送气量大小为最佳。在灌浆过程中，墙体要均匀，确保没有夹心层，以防止出现离析和断浆现象。如果出现管道被堵，或是机器故障停机时，及时进行抢修。

2 高压喷射灌浆（注浆）的施工技术要点

2.1 钻孔

采取泥浆固壁回转（或冲击）钻进。在造孔过程中，保持孔内泥浆循环畅通，返出孔外，直至到鉆孔结束，以确保充填堵漏。跟管钻进，已边钻进，一边进行套管，直到钻孔结束。在钻进时，钻机必须始终保持垂直，其偏斜率控制在1%之内。

2.2 下入喷射杆

泥浆固壁的钻孔能够将喷射杆直接下入孔内底部。跟管钻进的钻孔分为两种情况，其一，将管壁 均匀的PVC塑管直接下入套管底部，以保护管壁，然后拔出所有套管，下入喷射杆，直至管底；其二，在拔管之前，将密度大的塑性泥浆注入套管内，直至饱和，让后将套管起拔，一边起拔，一边注入，在未完全拔出套管前，保持浆面与孔口处于水平状态，最后在孔内下入喷射杆，直至孔底。

2.3 高喷施工

由于采用的高喷的方法不同，因此施工中的各技术参数也不尽相同。而灌浆压力不同，其提升速度也不同。如果对各类地层采用一样的施工方法，其浆压 、水压、气压基本上不会有多大变化，因此，影响高喷质量主要因素即是提升速度的变化。通常情况下，在提升速度时，应注意以下几个问题：①在高喷施工过程中，如果孔内返浆量变少，则应降低提升速度；②针对不同的地层，合理提升速度，对于砂卵（砾）石层，以及块石比较集中或是含有大粒径（40cm以上）块石的地层，速度应放慢；对于砂层中，速度可快些；③分序不同，提升速度也不同，先序孔速度较慢，后序孔速度较快。

根据施工平面图要求安装、调试好进场设备，开挖施工槽、排水沟、泥浆沉淀池，复核高喷墙轴线的桩粒和标高。

很关键的一点，正式施工前必须高喷试验，确定正式的技术参数（编写高喷灌浆试验报告）。

3 水利工程高压喷射灌浆施工的质量控制

3.1 施工前的质量控制

3.1.1 组建素质较高的质量控制队伍。

3.1.2 编制详细的专项控制细则。

3.1.3 审查施工单位的资质及技术水平，协助建设单位认真选好施工队伍。

3.2 施工中的质量控制

3.2.1 位置。根据设计要求，布设防渗刺墙，墙高技设计标准，墙厚与设计要求一致。子距L一般为2.0m，有效半径达1.8m，摆角一般为15°（与钢盘堤接触处喷射摆角增大为26°左右）。提升速度一般为10cm/min.喷嘴型号为2mm，气嘴7mm，水压为29.4～34.3MPa，空气压735kPa。

3.2.2 测压管的要求：管口为2英寸的PVC管，管底1.1m高为透水部分，外用400g/m2土工布包裹，管子四周用黄沙做漏层。

3.2.3 材料。对工程中使用的材料质量进行控制，主要控制水泥质量。

3.2.4 钻孔的冲洗。钻孔经检验合格后，进行孔内和缝面冲洗。

3 2.5 灌浆。为防止在灌浆压力作用下，裂缝两侧混凝土产生有害的应力和变形，在灌浆施工中应布置仪器对裂缝进行观测。灌浆应按由深到浅、由下至上、由一侧向另一侧的顺序依次进行。

3.3 施工后的质量控制

工程全部施工完成后，质量控制工程师应根据设计图纸对照施工记录进一步复核现场施工桩位是否有遗漏；审查检测单位的资质等级和技术装备，协助建设单位确定检测单位。

4 高压喷射灌注浆在水利工程中的应用

（1）三管法定向喷射成墙施工的方法是大型水电站枢纽基础防渗施工中常用的方法。该工程地层主要是砂砾土，成墙深30米，防冲隔墙长68米，孔距是2米，墙平均厚度是80厘米，在喷射中心的圆柱体直径是20-30厘米，其布置形式是柱摆式凝结体结构。先将浆管、气管、水管、及轴按设成喷射杆，将喷嘴设置在杆底部，在上方安气、水喷嘴，下方安浆液喷嘴，在高喷过程中，在喷射杆高度的上升及旋转的同时，利用气与高压水的射流，对地层土体进行扰动冲击，并形成翻滚松散状态。然后，用低压将浓浆注入，并进行混合搅拌，等硬化后行成凝结体。该方法高喷质量达到了设计要求，且机械化程度高、施工效率高、成本低，能够全面利用原地土体。施工结束后，使用电子填土密实度检测仪对现场质量进行测试。经检测得出，与原土体相比，土体的承载力和密实度都得到了大幅提高。

（2）应用于某河库副坝下渗漏通道封堵措施

一层长7米的砂砾卵石层存在于该河水库副坝下，筑坝过程中，未采取防渗处理，因此，副坝下游经常发生渗水现象，另外，在距下游坝坡脚 18米的地方，还出现了严重的管涌、塌陷问题。所以，在2006年，决定使用高喷中的摆喷法，在副坝之下进行防滲墙建设，其防渗墙面积高达14000平方米、下端伸进基岩1米、上端插进坝体控制在1.5米之内、长高13.18-15.78米，长954米。在施工过程中，处理了45条涌水通道，其中最大通道用了14.8吨水泥，水泥总用量达到76吨。通过现场检查开挖围井得出，墙体土层厚度是0.21-0.25米、砂卵石层厚度是0.5-0.6米，与设计要求相比分别多0.17米、0.3米，且墙体密实度高，连接效果良好。经围井注水检测得出：与设计要求相比，墙体渗透系数小0.01m/d，从2014年7月开始进行整个加固工程，完成时间是2014年12月30日，整个过程共16个月。

实践证明，在针对软弱地基与病险水库实施防渗与加固处理的众多方法之中，高压喷射注浆法是最有效的一个方法。然而，在实际设计与施工过程中也有部分问题显现，例：喷嘴直径太小、压力太大、技术参数设计不符合常理等等，这些都会造成喷射流经喷嘴出口处流动速度太大有雾状产生，无法形成强大有力的射流束，降低破坏力；提升速度太慢，加大了水泥浆液用量，然而此类问题通过持续的探索与实践以后一定能得到合理解决的。

5 结束语

经过前文的分析研究，我们不难发现在水利工程中高压喷射灌注浆技术的防渗功能或多或少能减少一些工程造价，其具备施工便捷、开挖量小、对周遭的建筑物的影响小等优势。这项技术极大地减轻了防洪压力、提升了防渗能力，进而有效地保证了社会经济的发展及人民生命财产的安全性。