高压喷射灌浆技术在水闸加固施工中的应用

2013-04-08曹松宝陈家荣赵国彬

水利建设与管理 2013年1期

曹松宝陈家荣赵国彬

(仪征市水利工程总队 211400)

以高压水射流切割技术为原理，并在化学注浆法的基础上产生的高压旋喷注浆法在水利工程方面得到广泛应用。所谓的高压喷射注浆就是利用钻机钻孔，在预先固定的地方插上带有喷嘴的注浆管，使浆液在高压设备的强压下形成高压射流，在压力不低于20MPa、浆体在20MPa 以上的高压冲击下，从喷嘴中喷出，破坏土体结构。浮出水面的是一些颗粒细小的土料，其余的在多重外力的情况下与浆液混合搅拌，在人为的情况下，浆土会呈现一定的规律排列。待这些浆液充分干透结块后，便在土中形成一个由固结体与桩间土一起构成的复合地基，这种高压下形成的地基，更具有承受能力，可为接下来的建设打好基础。

1 高压喷射灌浆技术

1.1 以高压喷射为原理的灌浆技术

在对软弱地基进行加固以及透水层的防渗工作等方面运用高压喷射灌浆技术，能起到渗透凝结、位置移动等作用。具体的工作原理如下:将带有喷嘴的灌浆管利用钻机打入土层规定的深度后，从喷嘴中喷射出来浆液在40MPa的压力下形成喷射流，喷射流的冲击力破坏土层，达到预定形状的空间，当喷射流的压力达到一定强度和速度后，土颗粒便与上层分离，一部分细粒土随浆液冒出地面，其余土颗粒在外力的作用下，与浆液混合，形成一定比例，并且按一定规律排列在一起。

1.2 高压喷射灌浆技术的优点分析

a.为施工带来方便。该设备轻巧，反应速度快，施工简便易学，只需一个小孔便可操作，不会浪费过多的资源。所以在已有建筑物的基础上建新建筑物简单方便。

b.具有垂直、倾斜和水平喷射多方位的功能。一般垂直喷射灌浆用于在地面进行的施工建设，倾斜和水平喷射灌浆的方法一般用于隧道、地下铁道等建设中。

c.具有较强的耐久性。对于一些永久性的工程可采用高压喷射灌浆，因为运用高压喷射灌浆加固的地基工程，能达到人们预期估计的效果，且耐久性显著。

d.可回收浆液。采用高压喷射灌浆法施工，大概有10%～20%的浆液沿着管壁冒出，如果不回收，将是一种浪费。采用三重管法可以对一部分浆液进行回收再利用。

2 具体施工过程

2.1 钻孔

首先做好准备工作，确保钻孔对准钻孔，机身的水平程度用水平尺测量，稳固机架。将钻孔偏差控制在某一范围。钻孔要达到要求。整个记录过程要完整，终孔还要有关负责人现场监督签字，自己不得擅自决定。一般要求使用磨盘钻造孔，具体有一定的要求，要每钻进5m，进行测试一次，如有偏差，马上改正。造孔过程中若出现泄漏，应及时补漏，确保孔内泥浆正常运转，应尽量在操作时使钻机处于垂直状态。

2.2 下喷射管的注意事项

下喷射管前应对浆、气嘴是否畅通进行检查，不堵塞;准确地将喷射管下放至设计深度，决定防渗墙质量的关键在于将喷嘴对准喷射方向，不出现偏斜的状况。若喷管未能下到要求的孔深，是不能达到要求的，应作一些调整，重新安放。

2.3 喷射灌浆

水、气、浆三重管高压喷射，是将1800 双嘴喷头的喷管下至要求的深度后，按要求进行水、气、浆，喷射的设计;直到灌入的浆液从孔口冒出后，将提升、旋转、摆动三结合，这样就会进行自上而下的操作，这三者会配合得有条不紊，直到达到要求。

2.4 清洗充填

管路在喷射完毕后，应保证它的清洁，不能有残留物，避免为下次工作带来困扰。高喷灌浆喷至设计顶部高程后，应进行一下操作，首先将喷头提出孔口，继续向孔内注入水泥浆，应一直确保孔内浆液保持在某个高度，随沉随补，直到不出现下沉状况为止。有时施工是在一些地形较平坦的位置进行的，在灌浆孔孔口附近根据施工需要挖沟槽，产生的回浆能填补周围以前的孔口，也能确保回填的及时进行。为避免顶部的凝结体地方出现浆液析水凹陷的状况，应进行持续喷射，直到饱和。

3 灌浆工艺

3.1 高压下的长桩喷射工艺

在高压下喷射长桩形成的固结体必须满足直径大小均匀、旋喷桩直径一致的要求。但是现在以之前单一的喷射技术参数来喷射长桩，是达不到该要求的。此外，一些外在因素，如:天然地基的地质多种多样;同一片土地，深度不同，土层各异;密实度、含水量等方面不一致等情况，都会导致承载力降低，旋喷桩之间交联不上等状况。所以在喷射上对于一些硬上、深部土层和土粒大的卵砾石要适当地增加喷射时间，或者在提升和旋转速度上作一些调整。

3.2 复喷工艺

以原有的喷射技术参数为依据，采用重复喷射技术。重复喷射就是对某一部位进行多次喷射，这样能加大固结体的直径或长度，以便提高固化强度。复喷包括两种，一种是先喷水最后一次喷浆，另一种是全部喷浆。固结体增径加长的效果好不好取决于复喷的次数。

3.3 冒浆处理工艺

在旋喷过程中，对于地层状况的判断、对旋喷参数合理性的审核等方面都是通过冒浆来观察的。冒浆是指在旋喷过程中产生的，随着浆液沿着灌浆管管壁冒出地面的为数不多的土粒。通过观察冒浆得来的信息更及时。据经验总结，以灌浆量的20%为标准，冒浆量低于20%的为正常现象，超过标准应先查明原因，一旦查清应及时想办法补救。还会出现一些其他的状况，比如:灌浆管密封性不好会导致流量不变而力突然下降;有时候出现不冒浆或断续冒浆时，应看上质是否松软，如果是上质疏松属正常现象，可进行适当的复喷来补救;如果周围有空洞、通道，可采取以下措施，比如:先拔出灌浆管等待浆液凝固，然后重新灌浆直至冒浆停止等。

3.4 固结体控形工艺

固结体的形状，可以通过调节喷射压力和灌浆量，改变喷嘴移动方向和速度予以控制。根据工程需要，可喷射成如下几种形状的固结体:圆盘状——只旋转不提升或少提升;墙壁状——只提升不旋转，喷射方向固定;圆柱状——边提升边旋转;大底状在底部喷射时，加大喷射压力、做重复旋喷或减低喷嘴的旋体提升速度;葫芦状——在底部喷射时，加大喷射压力、做重复旋喷或减低喷嘴的旋转提升速度;大帽状——到土层上部时加大压力或做重复旋喷或减低喷嘴旋转提升速度;扇形状——边往复摆动，边提升。在做完控形工艺后，要求固结体达到匀称，粗细和长度差别不大。

3.5 防缩工艺

当采用纯水泥浆液进行喷射时，在浆液与土粒搅拌混合后的凝固过程中，由于浆液析水作用，一般均有不同程度的收缩，造成在固结体顶部出现一个凹穴，凹穴的深度随地层性质、浆液的析出性、固结体的直径和全长等因素不同而不同，喷射长固结体一般凹穴深度在0.3～1m，单管施喷的凹穴深度最小，约0.1～0.3m;二重管旋喷次之;三重管旋喷最大，约0.3～1m，这是极为不利的，必须采取有效措施予以消除。

3.6 提高桩身强度工艺

采用单管分喷或多重管新工艺，其特点是高压切割与中压灌浆分两步进行。高压切割后孔内是深泥浆，实质上是成孔，再经中压灌浆，形成的固结体含土量低，强度高。这样虽然施工时间增加了近一倍，但从根本上保证了桩身强度。及时补浆，由于水泥的收缩离析作用，注浆后必须及时补浆，才能保证桩长及不断桩。一般在灌浆后2h 以内补浆，甚至可补入干水泥。