高压喷射灌浆技术及其在水利工程中的应用

刘 健

（晋中市水利勘测设计院，山西 晋中市 030600）

高压喷射灌浆（简称“高喷灌浆”或“高喷”）是一种采用高压水或高压浆液形成高速喷射流束，冲击、切割、破碎地层土体，并以水泥基质浆液填充、掺混其中，形成桩柱或板墙状凝结体，用以提高地基防渗或承载能力的施工技术。具有适用范围较广，施工简便，固结体形状易于控制，有较好的耐久性，料源广阔、价格低廉，浆液集中、流失较少，设备简单，管理方便，无公害等优点。

1 高压喷射灌浆加固机理

高喷法（如三管高喷法）是用压缩空气包裹高压喷射水流冲击、破坏、搅动土体，同时用低压灌浆泵灌入浆液，浆液被高压水、气射流卷吸带入，与被搅动土体混合形成固结体。其加固地基，形成桩、板、墙的机理可用下述五种作用来说明：

第一，高压喷射流切割破坏土体作用。喷流动压以脉冲形式冲击土体，使土体结构破坏而出现空洞。

第二，混合搅拌作用。钻杆在旋转和提升过程中，在射流后面形成空隙，在喷射压力作用下，迫使土粒向与喷嘴移动相反的方向（即阻力小的方向）移动，与浆液搅拌混合后形成固结体。

第三，置换作用。三管高喷法又称置换法，高速水射流在切割土体的同时，由于通入压缩空气而把一部分切割下的土粒排出灌浆孔，土粒排出后所空下的体积由灌入的浆液补入。

第四，充填、渗透固结作用。高压浆液充填冲开的及原有的土体空隙析水固结，还可渗入一定厚度的砂层而形成固结体。

第五，压密作用。高压喷射流在切割破碎土体过程中，在破碎带边缘还有剩余压力，这种压力对土层可产生一定的压密作用，使高喷桩体边缘部分的抗压强度高于中心部分。

2 施工工艺及要求

墙体位置的确定：根据设计要求平整好场地，要求场地内地下无障碍物，对某些作业地基软、不平整，有可能引起整机翻倒的地段一定要采取防范措施，在平整后的场地上对墙体中心线进行测量定位。

喷墙管理：应控制好掘进速度、灌浆压力、提升速度，送气量的应以浆液成沸腾状为宜。灌浆阶段浆液不能发生离析和断浆现象，保证墙体均匀，无夹心层。若发生管道堵塞或因故短暂停机，应迅速抢修。

钻孔：泥浆固壁回转（或冲击）钻进、造孔过程中做好充填堵漏，使孔内泥浆保持正常循环，返出孔外，直至终孔跟管钻进。边钻进边跟入套管，直至孔底。钻进时应保证钻机垂直，偏斜率应小于1%，下入喷射管。泥浆固壁的钻孔可以将喷射杆直接下入孔内，直至孔底。跟管钻进的钻孔有两种情况：一是拔管前在套管内注满高密度的塑性泥浆后，起拔套管，边起拔边注入，使浆面始终保持与孔口齐平，直至套管全部拔出，而后再将喷射杆下入孔内，直至孔底；二是可先在套管内下入管壁均匀的PVC管，直到套管底部，起护壁作用，而后将套管全部拔出，再将喷射杆下入至管底部。

高喷施工：施工中所用技术参数因使用的高喷方法不同而不同，提升速度也有差异。不同地层类型使用同一种施工方法时水压、气压的变化不大，唯有提升速度变化较大，是影响高喷质量的主要因素。一般情况下，确定提升速度应注意以下问题：一是因地层而异，在砂层中提升速度可稍快，砂卵（砾）石层中应适当放慢，含有大料径（40cm以上）、块石或块石比较集中的地层应更慢；二是因分序而异，先序孔提升速

度可稍慢，后序孔相对可稍快；三是高喷施工中发现孔内返浆量减少时宜放慢提升速度。

3 高喷固结体质量检测

开挖检验：待浆液凝结具有一定强度后，即可开挖检查固结体垂直度、形状和质量。

钻孔检查：从固结体中钻取岩芯进行室内物理力学性能试验。在钻孔中做压水或抽水试验，测定其抗渗能力。

标准贯入试验：在旋喷固结体的中部可进行标准贯入试验。

载荷试验：静载荷试验分垂直和水平静载荷试验两种。试验时，需在受力部位浇筑0.2～0.3m厚的混凝土层。

围井试验：在板墙一侧增加喷孔，与板墙形成封闭围井，在井中进行压水和抽水试验，或观测井内外水位，多用于防渗效果的检测。

4 应用

4.1 昔阳县郭庄水库除险加固工程

左坝肩渗漏原因是存在低液限黏土夹砂、卵石混合土，因此对0+302～0+437（相应地质剖面桩号为0+360～0+480）段坝基采用高喷灌浆进行防渗处理。灌浆轴线与坝轴线重合，单排布孔，灌浆顶线伸入坝体1m，灌浆底线深入基岩1m。

施工质量采用围井方式进行检验，渗透系数不大于10~7，设1处围井。经检测符合设计要求，运行情况良好。

4.2 太谷县郭堡水库除险加固工程

该水库坝基松散覆盖层和部分基岩采用高喷灌浆进行防渗处理。灌浆范围为0+360～0+650，灌浆轴线位于坝轴线上游1m处。灌浆底线深入基岩1m，灌浆顶线伸入坝体2m，但不高于校核洪水位。高喷采用单排布孔，分二序：一序旋喷，二序摆喷。

施工质量采用围井方式进行检验，渗透系数不大于10~7，设2处围井。经检测符合设计要求，现运行情况良好，下游坝基渗水现象有所改善。