关键词：高压喷射灌浆；水利水电工程；施工技术
引言
为解决水工建筑物防渗问题，寻求一种经济且技术先进可靠的防渗方法，在水利工程施工当中，基础防渗处理是水利工程施工中尤为重要的环节。当基础土质较差，渗透性较强时，在水流的作用下对基础的危害很大。结合高压喷射灌浆技术在新立城水库除险加固工程中的应用，通过现场检测，明显看出密实度和承载力均远大于原土体，从而提高和保证了工程质量。
一、高压喷射灌浆技术的分类
高压喷射灌浆可以根据所用管道数量的多少分为单管、双管、三管以及多管等几种基本的方法。顾名思义，单管法就是用单一的管路，双管法是用二重管或二列管，三管法是用三重管或三列管，多管法即使用多重管。他们不仅在所用管路的数量上有差别，而且所需介质也有不同。越是管路少的，所需的介质也越简单，越多越复杂。比如说单管法的介质只需要水泥的基质浆液即可，而双管法的介质则是水或水泥基质浆液，或是压缩的空气和水泥基质浆液。而三管法的介质则是以上三种物质的混合物，并且他们的换置法也有区别。
二、高压喷射灌浆技术的优点
与其他技术相比，高压喷射灌浆不但工期短、价格低廉，而且工艺简单无公害，效果也十分明显。主要表现在以下几个方面：
1）可应用的范围广、适应的深度大。高压喷射灌浆技术所能处理的基础深度已达80m左右，而且还能适应所有的第4系地层。
2）可灌性和可控性好。高压喷射灌浆只要是在高压射流能破坏的地层的情况下都可以使用，因此，具有很强的可灌性。同时，这项技术还可以借助高压射流的机理，通过一系列的冲切掺搅等作用进行空间的填充和调整,固结体形状易于控制，具有很好的可控性。
3）机动灵活。这是高压喷射灌浆技术的最大优点。它可以直接在地基的某一深度建造符合设计要求的防渗体，而不需要对地基进行开挖。
4）连接稳固。高压喷射灌浆板墙的自身防渗体和周围的构筑物可以实现很好的、可靠稳固的连接。
5）高压喷射灌浆技术还具有较好的耐久性，不但设备简单、料源广阔，而且浆液集中、流失也比较少，同时管理也很方便。
三、高压喷射灌浆的机理
3.1高压喷射灌浆的原理
3.1.1冲切、掺搅的作用
高压喷射灌浆技术主要是借助于高压进行射流，主要是这几种工作的结合：“冲、切”“掺、搅”。“冲、切”即就是通过冲击和切割这种动作强烈的扰动，使浆液在自己所能冲射的范围之内扩散、充斥到四周的土层里。“掺、搅”即为掺混搅合。它是在前者的基础上，使各种浆液与土石粒充分地掺混搅合在一起，并使其在硬化之后形成凝结体，以达到改变原来地层的结构和组合方式，并起到防渗的作用。
3.1.2升扬、置换的作用
高喷在施工的时候，水、气和浆液是从喷嘴中喷射出来的。压缩的空气，不仅能给水和浆液形成一个包气层，使得他们能够射入离地层比较远的距离并且破坏地层结构，而且还将经过第一个作用后的土石碎屑和地层中的其他物质颗粒进行升扬作用，使得一部分细小颗粒随着浆液通过孔壁流出地面，通过水泥浆液的置换与剩下的颗粒搅拌混合凝固的功能。
3.1.3挤压、渗透作用
高喷射流强度是和它的射流距离成反比的。射流距离越大，高喷射流的强度衰减也比较快速，至射流束末端，能量衰减很大，不
能再去冲切地层，但它还是会对有效射程边界的地层产生一定的挤压作用，并使部分浆液进入土粒之间的空隙。与此同时，在喷射结束之后，静压灌浆还是在进行着，这样不仅可以使周围的土体与凝结体更加紧密地结合，它的防渗功能也大大增强了。
3.1.4位移、握裹作用
地层中那些体积比较小的块石，在能量强大的喷射作用下，再加上第2道工序的作用后，浆液最终会填满石块周围的空隙并产生握裹作用，形成连续的紧实的凝结体。如果遇到强大的冲击力，那些块石将会随之产生一定的松动和位移，浆液则会很快地充斥到四周的空隙中。
3.1.5水楔效应
单喷射流充满土层时，由于喷射流的反作用力，产生水楔，喷射流在垂直喷射流轴线的方向上，楔入土体的裂隙或薄弱部分中，这时喷射流的动压变为静压，使土体剥落，加宽裂隙。
3.2凝结体的性能
高压喷射灌浆所形成的凝结体并不是特别规则，它与喷射的形式是有关联的，它的材料多是采用42.5或52.5的普通硅酸盐水泥。水利工程建筑物的地基在实施高喷施工时，对其防渗性和稳定性要求很高。而凝结体的防渗性能又主要取决于地层的组成成分和颗粒级配、施工方法、施工工艺以及浆液材料等等。
3.3高喷凝结体的结构布置形式
为了保证高喷防渗墙的连续性，使各孔的凝结体在有效范围内牢固地连接在一起，重点在于如何选择结构布置形式和孔与孔之间的距离。高压喷射所形成的凝结体的喷射形式一般有旋喷、摆喷、定喷3种。喷射时不同的方法会形成不同的形状。比如说，如果在提升的时候进行旋转，那么凝结体的形状就是圆柱体；如果是一边提升一边摆动，那么形成的凝结体的形状则为哑铃状；但是若只提升和定向喷射，则会形成板状的造型。在目前的水利工程建设中，一些大型的水工建筑物及堤防工程大多数都采用旋喷，中小型水工建筑物基本采用摆喷形式。
四、高压喷射灌浆技术的施工工艺
4.1墙体位置的确定
在施工之前，应平整施工现场，按照图纸设计来布置灌浆轴线和孔位。认真检查各个地段是否平整，在有可能会发生事故的地方，采取措施进行控制，要在平整场地上对墙体中心线进行测量定位。同时要准备好包括高压泵、钻机等在内的机器设备。
4.2喷灌管理
在这个阶段，一定要保证掘进的速度和灌浆的压力、送气量的大小等，杜绝断浆现象的发生。要保证墙体均匀，如遇到管道堵塞等问题，应立即抢修；同时要做好质量检测工作，要准确、真实地记录检测的结果，并需要专门人员负责此事项。
4.3钻孔
1）泥浆固壁回转（或冲击）钻进。在造孔的过程中，要做好各方面的充填堵漏工作，使孔内泥浆既能保持正常的循环，又能返出孔外，直到终孔，并使孔内充满泥浆，防止塌孔。
2）跟管钻进。在钻进的时候，应当注意保持钻机的垂直度，其偏斜率不得大于1%。并且是要一边钻进一边跟入套管，直至终孔。泥浆固壁的钻孔可以将喷射杆直接下入孔内，直至孔底；而套管跟进的钻孔在下入喷射杆后，需要拔出套管，才方便下一步工序的进行。
4.4高压喷射灌浆施工
在施工时所用的各技术参数都是有所区别的，可依据使用的高喷方法的不同而进行适当的改变，并且他们的提升速度也存在着不同之处，因为提升速度是影响高喷质量的主要因素。具体到工程施工中，其施工技术参数一般都通过进行现场灌浆试验来确定。一般情况下，在不同的地层类型下使用同一种施工方法时，它的水压、水流量、提升速度、浆压、浆流量等参数会有不同，而气压、气流量则变化不大。在确定提升的速度时，含粘粒比较多、比较密实的地层，其提升速度要慢一些，在比较松散的粉土、粉沙、沙砾层中可适当加快。同时还应注意，在高喷施工中发现孔内返浆量减少时也适宜放慢提升速度，防止喷体中出现夹层和断层。先序孔其提升速度可稍慢，后序孔相对来说是可以稍快一点的。
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五、高压摆喷灌浆技术在水利工程施工中的应用
5.1工程概况
某工程为修建于20 世纪60 年代的水库，水库坝体全长320m 左右，坝顶宽度为4. 2m，坝体最大高度为13. 6m。整个坝体的修建采用的是土壤填筑的方式，本工程所采用的土壤中含有少量的粗砂和细卵石。该坝体在经过长时间的水的浸泡之后，粘土墙的防渗性能越来越差，并且在坝体上出现了很多范围的漏渗区域，因此需要采取措施进行防渗处理。本工程考虑采用灌浆技术进行防渗处理。
5.2高压摆喷灌浆施工方案分析
结合本工程的具体情况和特点，经过对本水库坝体分析，决定采用的防渗处理措施为三管法摆喷灌浆技术，板墙之间用于连接的方式为单排折线法，施工工序总共有两道，应间隔进行施工。一序孔和二序孔之间的施工间隔时间不得少于4d。如图1 所示为三管法摆喷灌浆施工孔位布置图。
图1三管法摆喷灌浆施工孔位布置图
本工程采用的灌浆技术为三管法摆喷灌浆施工，采用这种灌浆技术应做好配套机械的准备工作，三管法摆喷灌浆施工技术采取一套三管高压喷晒装置，施工前首先检查其内装置应当包括导浆液搅拌机、高喷台车、孔钻机、泥浆泵以及孔压机等；同时为了确保所采取的装置能施工顺利，应当要求装置具有较高的整合程度。三管法摆喷灌浆施工技术的主要施工工序为定孔位→钻孔→制浆→下喷射管→喷射→定向、摆动、提升→成墙→回灌→拔管冲洗→返浆回灌→结束清理现场。
针对本工程情况，在进行高压摆喷灌浆施工中应当合理地选取施工参数。在本工程中，采用高压摆喷灌浆施工技术用于墙体的防渗处理，其中主要的几个应注意的参数为孔距、钻进深度、水泥浆液比重、摆喷的角度、提升速度、摆动速度、水泥浆泵压以及气压等，具体各个技术参数的标准如表1所示。本工程用于灌浆施工所采用的水泥级别为P. 032. 5 普硅水泥。
表1 高压摆喷灌浆施工技术参数
5.3高压摆喷灌浆施工技术
5.3.1孔位的确定
(1)在进行高压摆喷灌浆施工之前，应做好钻孔的定位工作，钻孔定位布置应当跟随的防渗墙轴线进行；同时应当做好孔位的编号工作。结合以往工程实施效果来看，编号顺序适宜采取连续方式，而且应当结合防渗墙的定位来布置。
(2)按30m的间距沿防渗墙轴线方向设置轴线校核孔，在进行校核孔的布置时宜采用的测量工具为30m的钢尺，在距离的测量中，应尽量减少测量的累计误差，根据规定，孔位的偏差不得超过30mm。
5.3.2钻孔施工
(1)在进行钻孔施工前，首先应确保校核钻杆能够满足竖直度的要求，这是一个应注意的地方，特别是主钻杆的竖直度，应加强重视。
(2)在钻孔就位之后，应调平钻机同时应当确保钻杆垂直度。
(3)在进行钻孔施工时，刚开始应保持缓慢的钻进速度，同时施工压力应保持在较小的水平，如果在钻孔的过程中出现泥浆严重漏失或者孔口不返浆的问题时，应立即对泥浆的比重进行重新的调配以满足施工要求，或者也可以采取其他有效的措施进行控制。
(4)在进行钻孔时，可以考虑采用的护壁方式有孔内成浆和泥浆护壁两种方式，护壁方式的确定应根据坝体的地质情况进行考虑。根据要求，钻孔的钻入深度应至少达到基岩以下1.2m的位置，同时预留0.2m的孔底沉积量；在钻孔施工过程中，应对具体的施工信息进行详细的记录，包括孔位、孔深以及地址地层变化等资料；如果在钻孔施工中，需要进行较长时间的施工暂停，或者终孔待喷时间较长时，应采取遮盖措施对孔口进行保护。
(5)钻孔施工完成之后，应对钻孔进行清理，通常采用新鲜泥浆将孔壁上的杂物进行彻底的清除，这样在进行喷射导管的下放施工时，其能顺利的到达孔底。
5.3.3水泥浆拌制
(1)水泥浆的拌制应在泥浆制备池中进行，本工程的水泥浆拌制采用2级拌制的方式，每级拌制间隔时间不得小于2min，在泥浆制备池中安装有用于搅拌的搅拌叶，应确保搅拌叶的强度符合要求，搅拌叶的直径应比制备池的直径短3cm左右，叶片下端应比池底高1cm左右。在水泥浆的制备时，应严格按照预定的配合比进行材料的添加，在水泥浆的拌制过程中，应时常对水泥浆的比重进行复核，通常复核时间为每20min一次；对于返浆应对其进行过滤，之后才可进行再次的使用。
(2)当水泥浆进行一级搅拌之后，在筛网的过滤之后才可流入二级制备池中进行二级拌制，过滤出来的杂物应集中进行处理，严禁将杂物混入水泥浆中进行再次的使用。
(3)当水泥浆在制备池中留置的实际时间超过15min，容易在制备池中出现水泥浆的初凝以及沉淀反应现象，这样会造成水泥浆比重的严重偏差，因此应对其进行再次的搅拌，避免出现不良反应；当水泥浆液在制备池中的放置时间超过4h之后，就不得进行使用。
5.3.4高压摆喷灌浆
(1)在进行高压摆喷灌浆施工时，应严格按照从下而上的施工顺序进行。将喷射导管下放到预定的深度，接着根据设计要求进行原位喷射，当孔口出现返浆的现象，并且灌浆施工正常时，才可进行提升喷射。
(2)应根据孔口的编号顺序依次进行灌浆施工，一序孔和二序孔之间的施工间隔时间不得少于4d；高压摆喷灌浆施工应采用连续施工的方式，如在施工过程中出现中途暂停的问题时，应进行相应的复喷。灌浆停工时间如果超过20min的话，进行复喷时应将导管至少下伸0.3m才可继续施工，如果超过1h的话，进行复喷时应将导管至少下伸0.6m才可继续施工。
(3)在灌浆施工过程中，施工人员应密切关注水泥浆比重的变化情况，应根据表1中的高压摆喷灌浆施工技术参数标准对施工中的各个参数进行控制；在进行灌浆施工时，喷射导管的提升速度应根据土层地质情况进行确定，通常情况下，在回填土中，提升速度应为20cm/min，而在粉质粘土层中，则为15cm/min。
(4)在灌浆施工过程中，应对好机械设备的监控工作，特别是泥浆压泵力、水斥以及孔压机等。保证导管的通畅，避免出现堵塞的问题，如有出现堵塞，应及时采取措施进行通管。
(5)当高压摆喷灌浆施工完成之后，应立即进行回灌，本工程进行回灌采用的方式为返浆回灌，回灌结束以孔口浆液面不出现下沉为标准。
5.3.5质量控制措施
(1)钻机应及时进行调平，并保证其与地面保持垂直，竖直度的误差控制应满足要求。
(2)在钻机施工中，如果出现钻杆位置明显变化的现象时，应立即减慢速度，并对问题进行确认。
(3)如果在钻孔过程中出现严重渗漏的问题时，应采取提高泥浆比重的措施进行解决。
(4)施工中应保持泥浆浓度和泥浆面高度，这样才能避免出现塌孔的问题。
(5)如果钻孔施工中遇到孤石问题时，应减慢钻进的速度，加大钻杆的转速。
六、结束语
灌浆技术以其自身独特的优势，被广泛的使用到水利建设中，同时在对坝基的抗渗处理中得以大力使用。我们要想工程能够有很好的稳定性以及抗渗能力就需做好地基的处理工作。目前我国的可用于建设的优质地基不断减少，为了保证施工所以我们应该大力的推广灌浆技术。
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论文作者:郑伟
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷22期
论文发表时间:2020/3/10
标签：高压论文; 浆液论文; 钻孔论文; 水泥浆论文; 泥浆论文; 技术论文; 地层论文; 《建筑实践》2019年38卷22期论文;