土石坝防渗工程高压喷射灌浆技术的应用

邹振中

摘要：高压喷射灌浆技术具有可灌性好、机动灵活；适应地层广、对施工场地要求不高等技术优势，近年已将该技术广泛用于承载地基改性处理和已建成的构筑物下面的地基加固和透水层的防渗处理。本文基于笔者工作的实际经验，结合案例对高压喷射灌浆技术的防渗进行了分析研究。

关键词：高压喷射灌浆；土石坝；防渗体

1.技术简介

高压喷射灌桨技术(High pressure Jet Grouting)是利用钻机把带有喷嘴的注浆钻进至土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水成为20MPa左右的高压流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体。同时钻杆以一定速度渐渐向上提升，将浆液与土粒强制搅拌混合。浆液凝固后，在土中形成一个固结体(固结体的形状和喷射流移动方向有关)，从而改变松散土层的力学性质和渗透系数，达到加固质量可靠。主要材料为水泥，成本较低。加固的形状和质量可根据工程需要控制，施工简便且进度较快，适宜在狭小场地施工等优点。还具有增加地基强度，提高地基承载力，止水防渗，减少支挡建筑土压力，防止砂土液化和降低土的含水量等多种功能。既可用于工程修建前的地基加固，也可用于工程竣工之后的托换及加固处理，因而近年来在国内外得到较快发展。

2、工程概况

某水库枢纽建筑物有拦河坝、顺河坝、泄洪闸、北干渠首闸和南干渠首闸。其中，顺河坝东起泄洪闸沿沙河右岸一级阶地大致呈东西走向全长16.2km，为均质土石坝。顺河坝坝基上部为重粉质壤土和粉质私土，厚度不等，一般为4m-10m；中部为砾质粗砂和砂卵石层，属强透水层，厚达17m-22m；下部为第三纪私土岩或石英砂岩。由于中部的强透水性，造成库水沿此强透水层向外渗漏，与坝基阶地天然地下水汇合，形成了坝基承压水。近年来由于人为活动影响和工程老化，原有降压井的效果已不理想，顺河坝个别坝段承压水位明显高于地面。为此，对问题比较严重的坝段，选用高压喷射灌桨技术在坝基下建防渗墙，截断渗流，以解决该坝段突出的渗漏和安全问题。

3、技术方案

为了取得合理的设计参数和施工方案，特在顺河坝坝段后选择工程地质条件有代表性的场地进行高压摆喷围井试验。在完成坝后河床内高喷现场试验的基础上，确定具体设计及工艺技术参数如下。

3.1工程特性

由于104m-90m高程为重中粉质壤土（坝体填筑和覆盖层土），防渗墙从重中粉质壤土顶板上1，5m开始灌桨至基岩以下1m，形成一个上接重中粉质壤土，底部插入基岩的封闭式防渗墙体。要求墙体厚度达到20cm以上造孔的孔斜率要求小于0.8%0

3.2施工工艺参数

灌浆材料选用水泥猫土浆即强度等级为32.5的普通硅酸盐水泥占70%，勃性土（膨润土）占30%，水、干料比为1：11.1。灌浆参数：水压力：38MPa- 42MPa冰量：70L/min；气压力：0.7MPa；气量：1 m3/min；浆压力：0.5MPa；浆量：80L/min；进浆密度：1.53g/cm3；回桨密度：1.20g/cm3；摆动速度：60°/s摆动角度：30°；喷射角度（摆喷凝结体轴线与防渗墙轴线夹角）30°；提升速度：土层8cm/min-10cm/min，砂层10cm/min-13cm/min，卵石层7cm/min-10cm/min。

4、施工技术

4.1造孔

采用地质钻机造孔泥浆固壁。孔深达到设计深度时，提取岩芯，经检验认可后方可终孔。终孔后要测斜验收，合格后搬迁孔位。病险坝高喷钻孔深度较大，必须控制好钻孔的垂直度才能保证防渗墙的有效连接。病险坝高喷钻孔一般要求孔斜率≤l%，对孔深大的重要工程钻孔孔斜率要求可进一步提高。

4.2制浆

制桨时，指派专人定时检查并登记水泥耗最每隔一定的天数清查核对水泥出入库和库存量。定时测量浆液比重，保证浆液浓度符合设计值。自制备至用完时间不应超过4h，否则作为废浆处理。

4.3灌浆

提升速度。土层中提升速度可稍快，砂卵（砾）石层中应放慢，含有较大块石或块石比较集中的地层应更慢。先序孔提升速度可稍慢，后序孔可相对快些。施工中，当发现返浆量减少时应放慢提升速度。

进桨量控制。除在制浆过程中严格控制水泥用量、保证浆液浓度外，对进水量同样要严格控制，方可保证进桨量。事故停喷。高喷灌桨应连续作业，不间断施工，一次成型。喷射过程中因发生事故停喷超过1h-2h，即作为事故要做特殊处理方可继续喷灌，恢复喷射时要求从停喷深度以下0.5m开始提升喷射。

终孔回灌。回灌不及时，孔口土体塌落将使已成桩体中出现浆体包裹的空洞。一般应在终孔1h后进行回灌河采用置换出的弃桨，以节约水泥用量。

5、质量检测

防渗墙的渗透性。灌浆施工结束待防渗墙体凝固30d后，将550m的灌浆坝段分为4个检查段，在这4处设置防渗检查试验围井，用注水试验测定封闭围井的渗透性来判断防渗墙质最。从试验结果看，防渗墙质最均达到优或良。防渗墙的连续性及厚度。施工结束30d后，采用地质雷达技术对防渗墙的连续性和厚度进行检测。设计要求防渗墙体平均厚度20cm，地质雷达检测表明高喷防渗体形态为东西双向齿形，平均厚度37cm最大厚度74cm，最小厚度16cm，防渗墙体东西方向上连续性好，垂向深度上较连续。防渗墙体结合体的强度。分别在检查段之间防渗墙交叉接触位置布置检查孔，在检查孔的中部取样品做物理力学试验。试验表明，防渗墙的抗压强度符合设计要求。

6、施工中注意问题

6.1原材料质量控制

原材料质量是工程质量的基础，一般高喷灌浆宜采用具有早强特性的普通硅酸盐水泥，病险坝加固新增坝基防渗墙重要性高应采用大厂免检水泥，在水泥进场后应取样检验合格后才能予以使用。

6.2中间质量检验

在进行一部分高喷防渗墙施工后，应及时对己完成的高喷孔的质量进行质量检查，发现存在的问题，及时在未施工的高喷防渗墙进行调整，解决存在的问题。该水库大坝防渗墙第一排旋喷桩在施工过程中未及时安排进行钻孔取芯、压水试验等中问质量检验，在第一排旋喷桩全部完成后再检查发现效果不好，高喷灌浆时发生水泥浆在凝结前己流失的现象，未能及时发现问题。

6.3设备检修

病险坝高喷防渗加固一般工程量较大，坝基大多为砂卵石层，对机械设备损耗磨损严重，在施工过程中对机械设备检修一定要高度重视，必须备足易损件，不能因设备检修造成高喷经常停工，影响工效和工期。

7、加固效果检查

高压喷射灌浆工程为隐蔽工程，其施工及成品均不可见，因此工程施工过程和结束后，应加强施工效果的质量检验和检测，以确保建筑物的安全。一般防渗工程的高喷注浆工程质量检查项目主要是墙体的渗透性，同时要求墙体体连续均匀，厚度符合要求。重要工程高喷板墙应检验其渗透稳定和结构安全。通常采取的检查方法有，开挖检查、取样试验、钻孔取芯和压水试验、围井检查、整体效果检察等。对于高喷防渗板墙，检查的重点宜为有代表性的加固区；通常应布置在下列部位：有代表性的桩位；施工过程中出现异常情况的部位或地层复杂的，可能存在质量缺陷的部位。

8、结束语

高压喷射灌桨防渗墙属于地下隐蔽工程，设计要求高，施工控制严，其施工质量优劣的关键在于施工参数的选择是否合理。因此施工前应针对不同的地层情况做好施工前的试验性施工，根据试验结果选择合理的施工参数。由于高喷灌浆工艺复杂，技术要求高，因此，选择一支施工经验丰富质量过硬、信誉度高的施工队伍是保证高压喷射灌浆防渗墙施工质量的前提。高压喷射灌浆凝结体系在地层中直接形成，不能直接观察到凝结体的质量，选用既科

学又切合实际的方法来检测其防渗质量效果，具有十分重要的工程意义。

参考文献：

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