高压旋喷灌浆质量控制措施

2013-01-16高燕芳

山西水利科技 2013年1期

高燕芳

（山西省水利水电工程建设监理公司山西太原030002）

在水利水电工程建设中，高压喷射防渗墙多用于大坝基础防渗，但对于砾石含量较多且砾径较大的软基，采用混凝土灌注桩，工期长、投资多；采用振冲桩，由于砾径太大无法施工；采用水泥黏土固结灌浆，其承载力不能满足要求；如果软基层较厚，换基方法也不可取；因此，对于砾石含量较多且砾径较大的软基，高压旋喷桩是提高坝基承载力最有效的方法。由于坝基承载力直接关系到大坝的稳定，其关键工序的质量控制方法是工程技术人员需要探讨、研究的重要课题。

1 工法的选择

高喷灌浆工法包括单管法、双管法、三管法。大多数人认为，三管法是在单管法和双管法基础上发展起来的，水、气、浆三种介质分别使用三种管输送，高压旋喷桩使用三管法破坏土体的能量大，固结体直径大，旋喷桩的承载力效果最好。但是，对于有动水的河床地层，地下水渗流速度快，三管法容易造成浆液流失，形不成完整密实的旋喷桩凝结体。另外，在淤泥地层，其含水率高于液限，承载力很低，高速水流无法切出相对稳定的沟槽，低压水泥浆液不会被高速气水流卷吸到被切割的淤泥地层，用三管法的效果远不如双管法的效果好。高压旋喷桩工法的选择，不仅要考虑工程的设计要求，也应考虑工程地质、施工部位、地下水活动等情况。

2 高喷试验

由于工程所处位置不同，工程地质、地下水活动情况也不同，在不同情况下高喷形成的旋喷桩有效直径也不同，所以，高压喷射灌浆机的喷射压力、喷射流量、提升速度、高喷孔间距等施工参数都应根据高喷试验进行确定。如施工参数定得保守，则浪费工程投资，使工期滞后；反之，则会出现旋喷桩直径偏小，不能满足大坝承载力的要求。因此，选择有代表性的地层进行高喷灌浆现场试验是必要的。

高喷灌浆试验内容较多，试验项目需要有重点。对于砾石含量较多且砾径较大的软基，其目的主要是提高地基承载力，所以一定要做高压旋喷桩体的强度试验、单桩或群桩的复合地基载荷试验。

3 喷嘴直径

3.1 高压水喷嘴直径

三管法是用0.6～0.8 MPa的喷射气流，包裹着35～40 MPa的高压水喷射流，同轴喷射冲切土体，形成较大空隙，再由水泥浆液填充。当高压喷射灌浆参数一定时，高喷灌浆凝结体的尺寸与喷嘴的直径和质量有密切关系，相同质量的喷嘴直径越大，喷射出的流量越大，产生的能量越大，切割土体的范围大，所形成的凝结尺寸也越大。适当增加喷嘴直径，旋喷桩径会明显增加。《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》（DL/T 5200—2004）中要求，水的喷嘴直径应为1.7～1.9 mm。如喷嘴直径没有达到1.7 mm，高压气水喷射流切割土体的能量大大减弱，旋喷桩的直径减小，其承载力不能满足设计。现场工程技术人员应在地面试喷前，首先检查喷嘴的直径。

3.2 水泥浆喷嘴直径

双管法是注浆管插入预定深度后，用低压空气和高压浆液形成同轴喷射流，冲切破坏土体，喷射出的流量越大，产生的能量越大，切割土体的范围越大，所形成的凝结尺寸也越大。如前一次施工后没有及时清洗喷嘴，喷嘴内壁粘有凝结固化的水泥浆，使喷嘴的有效直径减小，导致高压气浆喷射流切割土体的能量大大减弱，甚至形不成旋喷凝结体。规范中要求，水泥浆的喷嘴直径为2.0～3.2 mm。

三管法冲切土体是用高压气水射流，要保证水泥浆液充分填充空隙，其喷嘴直径也不能太小，规范中要求，水泥浆的喷嘴直径为6～12 mm。

3.3 喷嘴直径的检查

对于单管法、双管法、三管法成桩的机理不同，其空气、高压水、水泥浆的喷嘴直径也不同。在地面试喷前，首先要明确工法及喷嘴直径。规范中推荐的喷嘴直径见表1。

表1 规范推荐的喷嘴直径

4 喷射管旋转速度

高压喷射灌浆试验表明，提高或减慢喷射管旋转速度，会使高喷射流的切割距离变短，从而达不到旋喷桩的设计直径，其转速应在0.8～1.0 r/min。

5 提升速度

喷射管提升速度的快慢，直接影响旋喷桩直径大小，甚至还会影响到旋喷桩的质量。喷射管提升速度快，形成的桩径小；喷射管提升速度慢，形成的桩径大。当其他高压灌浆参数一定时，旋喷桩的直径与提升速度成负相关。

施工参数确定后，必须按照试验确定的提升速度施工，如果为了加快工程进度、盲目节约工程投资，旋喷桩的直径难以保证，地基承载力不能满足设计要求，将给工程带来安全和质量隐患。

6 地面试喷

高压旋喷灌浆试验确定施工参数后，在喷每一个孔之前，必须进行地面试喷。尽管喷射管的旋转速度及提升速度是通过高压喷射台车来调整，但是转速和提升速度的校核都是在地面试喷阶段完成；另外管路运行情况、喷射方向也是通过地面试喷来检查；通过地面试喷，能够检查喷射流的喷射距离、喷射流的形状等。在用三管法施工进行地面试喷时，如果喷嘴的喷射角度不同轴，高压气流不能有效包裹水流，水流喷出喷嘴后很快分散，切割土体的能量大大减弱，甚至形不成旋喷桩。因此，下喷射管前，应进行地面试喷，检查机械及管路运行情况，并调准喷射方向和摆动角度。

7 三管法高压旋喷桩施工工艺

①造孔系统：先用钻机钻孔，以便喷管下到设计深度。孔深以穿过透水层，并且深入不透水层2 m为准。

②供水系统：高压泵以35～40 MPa的压力把高压水送出喷水嘴，送水量75 L/min。

③供气系统：用空气压缩机以0.7 MPa的压力，每分钟向灌浆孔内送入1～1.5 m3的风。其作用有两个：其一是气流包围在水流外围，约束射出的水流，延缓分散，使射程加长，切割土层长度加大，其二是水气掺搅后，把切割下来的土粒、砂粒、小石子等带出孔口，以腾出地下空间。

④供浆系统：制浆站按水灰比1：1搅拌成比重1.5 g/cm3以上的水泥浆，用灌浆泵以0.1～0.6 MPa的压力，每分钟向灌浆孔内注入60～80 L水泥浆，用来充填满高压水切割出来的地下空间，凝固后形成混凝土墙体。

⑤喷灌系统：主要是高喷台车，上述水、气、浆三个系统的管道，都集中在高喷台车的龙头上，三列灌浆管的升降速度、决定摆角的旋摆机构等都是通过油压系统自动控制。

⑥高喷作业：拌制好浆液后，通过管道送入喷嘴，开始高喷灌浆。下喷射管前，应进行地面试喷，检查机械及管路运行情况，并调准喷射方向和摆动角度。当地层中水流速度过大时，由于浆液难以在预定的范围内凝结，应先进行堵水处理，而后进行高喷灌浆，待回浆比重不小于1.3 g/cm3时开始提升喷浆管，注意检测浆液压力和流量，高压水压力及流量、风压及风量、提升速度等参数是否符合设计要求，并做好记录。开始喷射时先送水泥浆，再送高压水，最后送气；喷射完毕后，先停气、再停高压水、最后停水泥浆。如果高喷灌浆因故中断后恢复作业，应对中断孔段进行复喷，其搭接长度不小于0.5 m。