单管高压旋喷桩灌浆在土坝中应用的探讨

王惠民

(福建省水利管理中心，福州 350001)

单管高压旋喷桩灌浆在土坝中应用的探讨

王惠民

(福建省水利管理中心，福州 350001)

福建省小(1)型水库土坝防渗加固，较多采用高压旋喷灌浆技术。本文讨论了高压旋喷灌浆的机理及在运用中的工艺。针对高喷施工中出现的不回浆和串浆的现象，分析了原因并提出了解决措施和建议。

高压旋喷灌浆;防渗;工艺;效果

1 前言

近年来福建省为解决土坝坝体防渗问题，正在寻求技术先进可靠的防渗方法。目前，坝体防渗主要方法有：充填灌浆、低弹模混凝土防渗、高压旋喷灌浆。高压喷灌浆是目前技术先进可靠的防渗方法。在水利工程加固施工当中，坝身防渗处理是水利工程施工中尤为重要的环节，当碾压土质较差时，易产生渗透异常，对坝体稳定危害很大。现结合福建省新南水库等工程除险加固情况，介绍高压旋喷灌浆机理及其施工工艺。

2 高压旋喷灌浆原理

2.1 冲切掺搅作用

高喷技术主要是借助于高压射流，通过冲击切割和强烈扰动，使浆液在射流作用范围内扩散、充填周围土层，并与土石粒掺混搅合，硬化后形成凝结体，从而改变原地层结构和组成，借以达到防渗的目的。高压射流对地层结构与每米旋喷柱耗用的能量有关，即与坝体防渗的深度和坝体的压实度有关。孔距主要由防渗深度决定，一般选用40～50cm;旋喷柱的直径主要由坝体的压实度决定，一般选用50～60cm直径较好，但最终应通过现场高喷试验确定。如南安市南海水库坝高25.32m，在除险加固中，大坝防渗加固采用旋喷桩。桩距通过现场高喷试验确定，防渗墙高度在10m以内，孔距采用0.5m;防渗墙高度大于10m，孔距采用0.4m。

2.2 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，射流束末端，仍对地层产生挤压作用。即在形成高喷射桩的同时，若坝体内存在局部裂缝也能被水泥浆充填。在洛江新南水库大坝高旋喷桩防渗中，桩号0+096造孔完成后开始注浆，就出现不回浆，根据规范要求，采取降低注浆压力至10MPa，原地注浆20min，从后序孔造孔情况了解到，浆脉延伸有10m。

2.3 握裹作用

由于喷射能量大，辅以升扬、转换作用，最终浆液可填满块石四周的空隙并将其握裹，遇到块石或在块石集中区，应降低提升速度，提高比能值，才能发挥其握裹作用。

3 施工工艺及施工中出现问题的处理

3.1 施工工艺

3.1.1 水泥

高喷主要材料为水泥浆，福建省土石坝高压旋喷所采用的水泥大部分品种和标号为PO42.5R。水泥质量关系到高压旋喷桩防渗效果，对每一批水泥除了厂家合格证外，还需有国家认可的质检部门检测合格。洛江新南水库高压旋喷桩所采用的水泥为泉州市建委规定的水泥品牌之一，每次进仓200t水泥，均由监理见证取样并一同送至泉州市水利水电工程质量检测站检测，其检测结果符合《通用硅酸盐水泥》(GB 175—2007)技术标准要求。

3.1.2 造孔

造孔时会遇到两个问题：一是孔的垂直度;二是造孔的压力。目前，为保证造孔垂直度(偏斜率宜≤1%)，大都采用钻灌一体的机械设备，如XL－50型履带式旋喷钻机。造孔的压力应根据造孔的深度确定，当造孔深度小于8m时，可参照实验孔的注浆压力;当造孔深度大于8m时，造孔的压力采用2.0MPa水泥浆钻进或干钻钻进。如洛江新南水库坝体刚开始造孔的压力采用20.0MPa水泥浆造孔，注浆时，8m以下的孔段不回浆。调整造孔的压力为2.0MPa钻进，注浆时回浆正常。南安市尾坑水库，大坝采用高压旋喷桩防渗，最大孔深为10m，造孔的压力采用32MPa，底位注浆时，防渗桩高度在9～10m深度的位置，底孔位置的回浆量很小。灌浆杆提升的过程中，回浆量由小到大至正常。

3.1.3 高喷注浆

施工中所用技术参数因坝体标准贯入试验值不同而不同。所用的灌浆压力不同，提升速度也有差异。灌浆压力和提升速度由现场试验确定。一般泥浆压在40.0～20.0MPa，提升速度20～12cm/min。浆液比重1.4～1.45g/cm3。浆液流量70～80L/min。通过实验确定采用高喷技术参数，洛江新南水库大坝高喷旋喷桩防渗加固，经试验施工技术参数取为：15m以上的泥浆压为 25.0MPa，提升速度为 16cm/min，浆液比重1.45g/cm3，浆液流量 70～75L/min，旋转速度为10r/min;15m以下的泥浆压为32.0MPa，提升速度为18cm/min，浆液比重 1.45g/cm3，浆液流量 70～75L/min，旋转速度为10r/min。在施工中，除按《水利水电工程高压喷射灌浆技术规范》(DL/T 5200204)要求施工和密切注意坝顶是否出现裂缝外，提升速度应注意下列几个问题：

a.注浆初始提升标准。当喷射管达到设计深度时，应原地注浆1～5min，待回浆量正常后开始提升。如新南水库大坝高压旋喷注浆，当喷射管达到设计深度时，原地注浆的回浆量达到实验孔的回浆量时，喷射管再停留1min再开始提升，确保高压旋喷桩径达到设计要求和与大坝基础充分接合。

b.提升速度因分序而异。由于相同高程、注浆压力和提升速度下、泥浆的冲切掺搅，挤压和渗透的范围是一样的，因此先序孔提升速度可稍慢，后序孔相对来讲可稍快。南安市尾坑水库，在大坝高压旋喷桩注浆中，依照试验确定的高喷灌浆技术参数，灌浆压力为30MPa，提升速度为12cm/min。刚开始二序孔注浆时，压力和提升速度不变，回浆量明显比一序孔大，其后，二序孔注浆的提升速度调整为13cm/min，其他高喷灌浆技术参数不变，二序孔注浆的回浆量与一序孔一致。

c.高喷施工中发现孔内返浆量减少时，宜放慢提升速度。高喷桩的防渗原理，就是水泥浆置换大坝的局部填土，提高大坝防渗能力。当孔内返浆量减少时，说明水泥浆通过对坝体填土挤压和渗透，浆液充填到高喷桩附近坝体局部的裂隙或孔洞等部位，影响高喷桩的直径。在洛江新南水库高压旋喷施工中，桩号0+060孔出现孔内返浆量减少时，采取放慢提升速度至12min时，回浆量就正常，当回浆量偏大时，恢复到原来的提升速度。

d.高喷施工中发现孔内无返浆量时，宜降低压力并停止提升，待回浆正常再回复原提升速度。洛江新南水库0+096出现孔内无返浆量现象，坝面未发生裂缝，判断坝体内存在较大空隙，降低压力至10MPa并停止提升，注浆20min后，出现回浆，提高压力至25MPa，原地注浆，待回浆正常后，恢复原提升速度。

3.2 高喷施工中出现不回浆、串浆原因分析及措施

在高喷施工中不回浆的原因：ⓐ灌注体存在漏浆通道，浆液通过挤压、渗透作用，从漏浆通道流走，剩余的压力无法将余浆送回坝面。宜降低压力并停止提升，原地旋喷待回浆正常再回复原提升速度;ⓑ灌注体存在局部碾压质量差，浆液通过挤压、渗透作用，坝体局部产生劈裂，浆液沿着劈裂缝灌注，造成串浆。宜停止施工，查明原因。待24h后(即水泥浆初凝后)，调整压力和提速再进行施工;ⓒ造孔时采用的压力偏大，造成钻杆周边的土体受到大面积破坏泥浆无法固壁，钻杆被泥土抱裹，注浆时，剩余的压力偏小无法将余浆送回坝面，而造成不回浆现象。造孔的压力宜采用2.0MPa水泥浆钻进或干钻钻进。

4 高喷施工效果

新南水库大坝旋喷防渗墙总进尺6500m。福建省泉州市水利水电工程质量检查站对其检查，坝体高压旋喷墙钻5孔，现场注水21段。试验成果：抗压强度为2.6～2.6MPa，渗透系数为 4.27×10－7～9.98×10－7cm/s。半年后，由福核工业华南二九四工程物探公司进行全坝段物探，试验成果：大坝采用高密度电法检测和面波检测，未发现明显异常区，原渗漏位置，经监测也未发现渗漏及渗漏通道。水库大坝防渗效果良好，满足合计要求。龙海湖后水库大坝旋喷防渗墙总进尺8441m。坝体高压旋喷墙钻6孔，试验12个试验段。根据福建省水利水电科学研究院出具的试验成果：防渗墙结胶体芯样采集率大于94.6%，抗压强度为5.9～12.3MPa，渗透系数为 0.6×10－7～6.8×10－7cm/s。防渗效果好，满足合计要求。

5 结论与建议

高压旋喷灌浆技术在土坝坝体中的防渗应用是目前技术先进可靠的防渗方法。高压旋喷灌浆施工机械须要不断更新，才能确保钻机垂直偏斜率小于1%;与充填灌浆、低弹模混凝土防渗相比具有施工质量易于控制、防渗效果时效长的特点。根据高压旋喷灌浆技术的机理，建议在坝高35m以上的工程应用高压旋喷灌浆时，密切注意造孔时有没有回水。因钻杆提升时会沾满黏土(块)，孔壁建议采用套管护壁，避免因泥土抱箍钻杆，造成施工事故。建议高压旋喷灌浆技术应用于坝坡较陡、安全稳定系数接近规范相应要求和大坝填土含水率高的工程中时要谨慎。

Discussion of Applying Single-tube High Pressure Jet Pile Grouting in Earth Dam

WANG Hui-min
(Fujian Provincial Water Resources Management Center，Fuzhou350001，China)

High pressure jet grouting technology is mostly adopted for controlling seepage and reinforcing small type(1)reservoir earth dam in Fujian．High pressure jet grouting mechanism and its process in application are discussed in the paper．Reasons are analyzed，in addition，solutions and recommendations are proposed aiming at no slurry return and slurry mixing phenomena in high pressure grouting construction．

high pressure jet grouting;seepage control;process;effect

TV641.2

A

1005-4774(2013)09-0013-03