浅论高压喷射灌浆在水利工程中的应用

安根凤

（许昌勘测设计研究院，河南 许昌 461000）

高压喷射灌浆最早出现在上世纪七十年代初期的日本，是通过高压水射流演变而来的新型技术，被用于处理软弱地层。高压喷射灌浆的主要原理就是利用钻机进行钻孔，利用特殊的合金喷嘴对地下的底层进行灌浆，通过在预定位置的高压灌输，将水、浆液或者是气体喷射出来，对周围的底层进行影响，产生出冲切以及挤压和搅拌等作用，同时也应当置换浆液，并且在浆液同底层介质充分的混合以及填充之后，就会在底层中凝固，成为新型的凝固体。高压灌浆不仅能够在承载力上提高基础性能，同时在防渗上也能够提高基础的性能，通过凝结体在各孔洞处的连接，而形成了墙式或者是板式的结构。这种方式在底层的使用性能上较为的广泛，对于浆液的控制性较为的良好，并且在施工方式上较为的简单，所以其被应用于国内外的水利工程施工中。

1 作用分析

1.1 搅拌以及冲切作用

首先高压喷射泥浆流会对底层介质造成切割筹集及搅动，这主要是由高压灌浆设备结构造成的，在浆液进行填充和扩散后，同土石进行搅浑和掺拌，凝结硬化之后，对原有的地层结构以及组分进行改变，从而达到了加固以及防渗的作用目标。

1.2 置换作用以及升扬作用

高压喷射不仅会喷射泥浆同时也会喷射压缩空气，这种喷射流的维持能量哈可以使得孔内形成扬水的效果，这样被钻孔时或者是灌浆时切割下来的碎屑以及颗粒就会升扬到孔洞口，空出来的部分就会被浆液所代替，这样原本地质层就被置换。

1.3 渗透挤压作用

高压灌浆技术在抗渗能力的提高上面就体现在了其对于底层的挤压和渗透作用上，高压喷射流虽然在末端的强度随着距离的增加而减小，但是虽然在冲切力上减小了，仍旧对地层会产生挤压作用，挤压渗透作用。同时喷射结束后的静压浆也会渗透到地层，进一步的凝结对抗渗性的提高有了显著的作用。

1.4 握裹作用

地层中由于喷射能量会令其中的小石块出现升扬和置换现象，从而使浆液填满空隙，并握裹；这种方式就可对原本的地层结构产生影响，使其形成密实连续的凝结体；在块石及大块石较为集中的地方，如对喷射能量的提高以及速度的降低，都会使得地层中的石块出现相应的位移，从而使得浆液能够渗透到更深的空隙中。所以，握裹凝结作用就建立在高压喷射以及余压渗透和挤压、浆气升串的基础之上的。

2 凝结体

2.1 型式

这种型式的出现同喷射的方式相联系。最常见的型式有三种：第一，旋喷式。这种方式是在喷射时对喷嘴采取变旋转喷射边提升的方式，这样的处理下行程的凝结体是圆柱形的；第二，定喷式。这种方式是通过对喷嘴进行喷射方向的固定，这样的状态下行程的就是板状的凝结体；第三，摆喷式。这样的方式采取的是对喷嘴采取一边提升一边摆动的方式，凝结体会形成扇形或者是哑铃形。

2.2 结构布置型式

在保证完整性及连续性前提上，高压防渗板或高压防渗墙的处理必须令单孔凝结体能够有效在某一范围内相互连接，这样在结构布置的设计上或者是孔距的设计上都会产生一定的影响。在布置上，常用的型式中旋喷以及柱摆结构在连接以及防渗效果上最好。工程造价、进度以及凝结体的连接都是由孔距决定的。孔距的确定则是要考虑到施工当地的地质条件还有防渗的要求以及施工现场所使用的工艺以及方法和布置，并考虑到孔深因素，重要的是对于工程本身的现场确定的实验。

3 高压喷射灌浆的施工方法

3.1 单管法

采用高压灌浆泵以大于20MPa的高压将浆液从喷嘴喷出，冲击、切割周围地层，并产生搅和、充填作用，硬化后形成凝结体。该方法施工简易，但有效范围小。

3.2 双管法

有两个管道，分别将浆液和压缩空气直接射入地层，浆压达45～50MPa，气压1～1.5MPa。由于射浆具有足够的射流强度和比能，易于将地层加压密实。这种方法工效高、效果好，尤其适合处理地下水丰富、含大粒径块石及孔隙率大的地层。

3.3 三管法

用水管、气管和浆管组成喷射杆，水、气的喷嘴在上，浆液的喷嘴在下。随着喷射杆的旋转和提升，先由高压水和气的射流冲击扰动地层，再以低压注入浓浆进行掺混搅拌。常用参数为：水压38～40MPa，气压0.6～0.8MPa，浆压0.3～0.5MPa。

如果将浆液也改为高压（浆压选20～30MPa）喷射，浆液可对地层进行二次切割、充填，其作用范围就更大，这种方法称为新三管法。

3.4 多管法

喷管包含输送水、气、浆管、泥浆排出管和探头导向管。采用超高压水射流切削地层，所形成的泥浆由管道排出，用探头测出地层中形成的空间，最后由浆液、砂浆、砾石等置换充填。多管法可在地层中形成直径较大的柱状凝结体。

4 施工程序与工艺

4.1 造孔

在软弱透水的地层进行造孔，应采用泥浆固壁或跟管（套管法）的方法确保成孔。造孔机具有回转式钻机、冲击式钻机等。目前用得较多的是立轴式液压四转钻机。为保证钻孔质量，孔位偏差应不大于1～2cm，孔斜率小于1%。

4.2 下喷射管

用泥浆固壁的钻孔，可以将喷射管直接下入孔内，直到孔底。用跟管钻进的孔，可在拔管前向套管内注八密度大的塑性泥浆，边拔边注，并保持液面与孔口齐平，直至套管拨出，再将喷射管下到孔底。将喷嘴对准设计的喷射方向，不偏斜，是确保喷射灌浆成墙的关键。

4.3 喷射灌浆

根据喷射方法与技术设计要求，将水、气、浆送入喷射管，喷射1～3min；待注入的浆液冒出后，接预定的速度自上而下边喷射，边转动、摆动，逐渐提升到设计高度。进行高压喷射灌浆设备由造孔、供水、供气、供浆和喷灌等5大系统组成。

[1]魏新江.浅析水利工程施工中高压喷射灌浆技术的应用[J].经营者管理，2010，23.

[2]李彩红.水利工程防渗处理施工技术应用的探析[J].河南水利与南水北调，2010，8.