浅析高压喷射灌浆技术在水利工程防渗中的应用

王杰生

中国水利水电第八工程局有限公司 湖南 长沙 410000

前言

最早研究开发和大范围应用高压喷射灌浆技术的众多国家中就包括中国。近几年以来，我们国家的高压喷射灌浆技术为了达到与大多数水利工程防渗需求相符合的要求，取得了很大的突破和进展，在堤坝的防渗和加固这方面是取得突破性进展的地方。由于高压喷射灌浆技术与其他普通的灌浆技术与防渗加固技术相比较而言，优势比较明显，当前已经大面积的在众多水利工程的防渗加固江河湖、堤坝等一些水工建筑物方面得到了广泛的应用。从有关的统计出发，可以得知现如今在全国范围内大约有数以百计的小型、中型、大型的防渗工程中应用到高压喷射灌浆这一技术，防渗板墙的构筑面积预估早已超过数百万计，并且普遍都取得了良好的实际效果。

1 基本原理与优势

第一，基本原理。通过借助高压射流对被灌地层结构进行冲击和破坏，之后将混合浆或者水泥浆灌入其中，使灌入地层中的浆液和被灌地层里的颗粒可以均匀的掺混起来，进而得以有与设计要求相符合的凝结体的形成，最终达成地基加固与防渗的高压喷射灌浆技术应用的目的，这是这一技术的基本原理。第二，优势方面[1]。这一技术有很多优势，具体表现在六个方面：其一，有较好的可灌性；其二，有较好的可控性；其三，可靠的连接性；其四，灵活的机动性；其五，对于较大深度、较广地层的适用性比较好；其六，不挑剔施工场地的条件，即有较强的适应性[2]。

2 项目基本状况

杨家滩泵闸工程位于江西省南昌市高新区，坐落于靠近红旗联圩的焦头河上，泵房机组纵轴线位于杨家滩红旗联圩南面焦头河侧约 79m 处。由一座泵闸一体建筑组成，其主要功能是防洪、排涝和改善城市水环境。电排站设计排涝流量为80m³/s，装机功率7.2MW，选用立式轴流泵，机组台数为4台，单机设计流量20m³/s。自排闸净宽14m，为4孔，单孔净宽3.5m，设计排水流量为80m³/s。

泵站规模属于大（2）型，泵站等别为Ⅱ等，主要建筑物级别为2级，次要建筑物级别为3级。主泵房宽 37.9m（垂直水流方向），长 22m（顺水流方向），高32.5m。从进水侧到出水侧依次是进水渠、拦污闸段、进水池、泵房和自排闸进水口、穿堤箱涵、出水口段、出水渠；枢纽建筑物从西至东依次是管理楼、安装间、主泵房、副厂房、变电站。

3 主要技术方案

定喷、摆喷、旋喷为按照喷嘴运动方式进行分类的三种高压喷射灌浆法的形式[3]。板状和柱状分别是定喷和旋喷这两种形成的，摆喷这一种形式所形成的墙体的厚度与长度介于定喷与旋喷这两种形式之间，各种地层的防渗处理尤其是砂卵石层是这一种方式所适用的范围[4]。因为本次研究中，本工程施工导流及泵闸基坑高喷防渗轴线长845m，防渗墙为摆喷折接形式，单排，孔距1.2m，摆喷防渗工程量为12590m；连接堤永久工程高喷防渗轴线长156.7m，防渗墙为旋喷套接形式，单排，孔距0.65m，旋喷防渗工程量为4581m。为了得到科学的设计参数与施工方案，特地选择了一段地质条件代表性强的工程场地进行相关实验，待实验完成后，对相关指标进行确定，如图1和图2所示。

表1 施工实验参数

表2 成果技术要求

4 具体施工过程

4.1 施工工艺

三重管法是本次实验所采用的方法，主要有两个施工次序[5]。施工工艺流程具体可以划分为：①测量并放样；②钻机就位并对角度进行校准；③钻孔具体是从泥浆护壁到设计方案中所规定的高程；④测斜；⑤喷射灌浆台车准备就位；⑥进行试喷；⑦喷管下入；⑧进行静喷；⑨进行摆动以及旋转（旋喷）提升到进入填筑黏土层内大于1m；⑩高压喷射灌浆台车移位。

4.2 钻孔

钻孔具体是采用一序先钻、二序后钻的二序施工方法。进行钻进的时候，首先应该对地层变化、掉钻、漏浆、孔位、孔深等一些特殊状况进行详细的记录并采取及时的措施予以处理。具体为：①应该依据设计桩位控制点的布控进行现场设计，由现场中的技术人员放出并明确标识孔位，孔位的偏差程度应该小于50毫米；②将移动至设计孔位上的钻机垫平并且稳固不动摇后，应用吊铅垂与水平尺等对位于钻机垂直度后方的可卡孔进行检查；③应用地质钻机，钻孔径为130毫米并且钻孔深度应大于设计孔深0.3毫米的孔，固孔采用泥浆护壁来进行；④待完成钻孔后，可以开始测量孔深和孔斜，可由质检人员完成现场工序验收工作，采用-3.3米控制现场钻孔底部高程。终孔时的标准时是检测的时候，孔深达-3.3米的现场钻孔底部高程，孔底偏斜率≤1%方可，最后由监理工程师进行验收并予以签证，假如不达标的话，就需要进行加深或者纠偏，直到与标准要求相符合后，方可终止；⑤对于两个相邻次序孔的钻孔和喷浆时间有着明确的规定，具体是24小时之内不能连续钻孔和喷浆。

4.3 高压喷射灌浆

高压喷射灌浆主要分为下述七个方面的内容：①高喷台车准备就位。

高压喷射灌浆台车的就位离不开液压步履装置的协助，当其移至孔口后，通过液压支腿的升降操作调平台车，将喷杆与孔口中心对准；②进行孔口的试喷操作。在将喷杆下到孔内前，应该将喷杆先停在孔口进行先行的为时1～2分钟的试喷操作，当检测装置和浆路、水嘴、水、气、气嘴以及其他的机具都没有异常状况出现时，才能将喷杆下到孔内；③喷杆下到孔内的操作。喷杆的提起需要借助高喷台车卷扬机，待提起后，经孔口将喷头和孔位中心对准。在下喷杆的时候，应该提前做好保护浆嘴、水、气的措施。-3米处为喷杆必须下到的设计深度，并且摆喷时的喷射方向角不应有大于1度的误差；④进行原位静喷。当完成在孔底下入喷头这一操作后，首先把浆送入孔内，到孔口有浆液冒出的时候，当送入的浆量大于1.3立方米或者达到与规定相符的浓度后，才可以依次将高压水与压缩空气送入其中。一定要在摆动角度和频率以及喷射方向或者旋转速度、流量以及浆压力、水、气都与设计要求相符合后，才能按照要求进行喷杆提升操作；⑤进行提升喷射操作。按照设计规定中所要求的摆速与提升速度、（旋喷）旋转速度，一边摆和（旋喷）旋转、一边提升；必须不间断地进行高压喷射灌浆作业。对于中途有拆卸喷灌的状况，应该进行复喷操作，并且复喷搭接长度应大于0.2米，应逐渐将提升速度减慢，当提升到距离设计墙顶高程1.0米的时候，当到达河床地面线以上进入到围堰填筑黏土层之内1米的时候，就可以终止对这一孔的高喷灌浆操作。10厘米/分钟是整体喷射提升速度应该保持的值；⑥进行注浆操作。当结束喷射灌浆操作后，应该将喷头和喷杆等喷射器具取出，静压灌浆使用水灰比为0.5：1～0.8：1的浆液来进行，直到终喷高程浆液不会下降，方可终止；⑦进行清洗机具的操作。当结束每一孔的喷射操作后，应该将喷杆喷头和高喷机具用清水进行反复冲洗，直到干净为止，免除出现堵塞管路的状况[6]。

5 质量控制要点

本次试验从2016年4月16日开始，至5月16日试验结束，历时30天。主要工作内容有：试验孔钻孔、灌浆、注水试验、钻芯检测。

从2016年4月16日，进行8个高喷试验孔钻孔。4月18日至4月19日，进行高喷灌浆，灌浆至设计高程，形成连续的高喷截渗墙围井。4月28日进行围井开挖封底混凝土封底，于4月29日开始进行检查孔注水试验。5月16日进行现场取芯，采用硬质合金取芯钻具，清水钻进，芯样完整，送往检测单位检测28d抗压强度。

5.1 造孔

当设备能力达到之后，控制斜孔是一个关键点。钻前+钻进的控制措施是极为有效的一个措施。钻前控制措施包括钻机基座水平、立轴垂直。钻进控制措施主要分为下述两种：①开钻的时候，应该轻轻地压、慢慢地钻； ②钻进的过程中，质检人员应该时常使用水平尺对钻机立轴垂直度进行检校。从此次施工中得出了这样一个经验：应用上面提到的钻进工艺与控制措施，基本上可以很好地保障成孔质量，即孔斜率≤1%[7]。

5.2 工艺参数控制与浆、水、气的经常性检测

必须严格在高喷灌浆施工中严格执行工艺参数，其控制要点具体包括进浆量、转速以及提速等。灌浆浆液合格拌制的根本是适宜而优质的浆液材料，这一类材料必须和设计要求相符，不得在工程中使用不合格的材料。一定要按照配合比和配置程序严格进行浆液的配置，良好的流动性与稳定性是配置好的浆液所应该具备的两个特性，制备好的浆液距离用完的时间应该不大于2小时。在高喷灌浆施工中，应该对气量、水压以及浆量进行经常性的检测。与此同时，还应该对浆液进浆与回浆之间的比重进行经常性的测验。一般来说，每20～30分钟测量和记录一次进浆密度和回浆密度，应该派专人每秒时刻不间断的观察水压，进而可以及时处理压力骤增或突降，孔口回浆量或浓度异常等状况。应该将喷浆作业暂停，当出现进浆比重误差大于0.1的时候，同时应该立即将浆液灰度比进行调整，之后快速进入喷浆作业的状态中。在供浆没有出现异常，孔口回浆密度由于变小难以与设计要求相符合的时候，应该将进浆量或密度加大。

5.3 中断喷浆的处理（复喷）

在高喷作业中，应该保障供浆、水、气等管路系统的畅通性和密封性。在喷射中应该随时对设备运行情况进行检查，提升各环节之间的配合度，以免出现中断的现象。当遇到停电、不足的浆泵供浆量、异常的孔口回浆以及不够的高压水泵压力等突发状况时，注浆会中断。当喷浆恢复后，复喷长度必须为0.5米，保障板墙的连续、可靠这两个特性。此次工程的孔深较大，因而需要卸管。卸管后，需下放喷射管进行复喷，搭接长度应不下于0.2米[8]。

6 特殊情况处理

特殊情况主要有下述九种：①应及时查明出现于高喷灌浆中的压力骤增或突降、孔口返浆量或浓度异常等状况的原因并予以措施进行及时处理和解决。②对于出现于高喷灌浆中的孔内严重漏浆的状况，具体应该应用下述措施进行及时处理和解决：当出现孔口不返浆状况的时候，应该停止喷杆的提升，当恢复时才可再进行此操作，根据孔口返浆量的多少决定喷杆的提升速度，二者呈正相关关系；喷水停止，可进行原位灌浆；将水泥重量1%的水玻璃掺入水泥浆液中；进行水泥粘土浆或水泥砂浆灌注；将米石、黏土、沙等堵漏材料从孔口回填至孔内[9]。③当供浆无异常，孔口返浆量变大或者浓度变小的时候，应该将供水量减小。④当串浆现象发生于喷浆中的时候，应该将串孔封堵住，当结束高喷空灌浆后，迅速对被串孔的进行继续钻进或扫孔、喷灌。⑤高喷灌浆应该是不间断进行的，假如由于故障而中断，当中段时间大于30分钟的时候，应该对中断位置进行准确记录。当施工恢复后，把喷杆下入到中断处以下50厘米的地方，针对喷段进行复喷搭接操作，假如喷杆下没有到位，则为了以免出现断墙，需要采取先扫孔后喷射的处理措施。⑥当在钻孔中遇到大漏水量或者大石块比较集中的地段的时候，就应该先在喷射灌浆前进行级配砂、黏土、砾石的回填，从而减少这一地段地层中比较大的空隙。当灌注水泥砂浆或稳定性浆液没有吸浆现象出现后，进行喷射水泥浆的操作。⑦当因为出现孔内事故而使其出现废孔时，必须重新进行钻孔，在进行开孔前，应该首先通知监理工程师进行新孔位的确定，保障相邻喷孔之间的搭接不受影响。⑧应该立即停止喷射，当处于大石块和漂石上下方以及地层交界处的时候，应该静喷2～3分钟，并依据返浆状况适当调整提升速度。⑨当喷射灌浆于漂石和堆石等存在架空地层中的时候，具体可采取下述处理措施：下入喷具前，先对喷孔进行预注浆；停止提升喷具，进行静压注浆，将全部的架空地层进行密实的填充。当孔口返浆与相关要求相符合时，才能恢复提升喷具操作；将喷射风压与水压降低，将浆液加浓，将供浆量增大，向孔口掺入速凝剂和砂等；假如冒浆过大，则应该提升喷射压力和速度，但需经现场监理工程师批准后，才可进行此操作[10]。

7 结束语

本篇文章主要从基本原理与优势、项目基本状况、主要技术方案、具体施工过程、质量控制要点、特殊情况处理这六个方面对在水利工程防渗中应用高压喷射灌浆技术进行详尽而仔细的探索、讨论以及分析，以期提供一些可供借鉴的实例，使水利工程施工建设中的防渗指标更加合乎相关标准和要求。通过这一指标的严格保障，使水利工程发挥更大的实际效用。