堤壩高壓噴射注漿防滲加固技術

摘 要:高壓噴射灌漿法被廣泛應用于各個領域，本文結合工程實際應用，對高壓噴射注漿的原理、設計參數、工藝及應用進行了介紹。

關鍵詞:高壓噴射 注漿 防滲加固

中圖分類號:TV5文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)07(b)-0131-01

1 引言

注漿技術是一項應用性廣、實用性強的工程技術，被大量應用于大壩、隧道、地下建筑、地鐵、橋梁等各個領域，該技術能增強巖土的強度，降低滲透性和地基土的壓縮性。高壓噴射注漿具有可控性、連接性及靈活性等眾多優點，自我國20世紀70年代在烏江渡大壩防滲采用該法取得成功以來，高壓噴射注漿技術得到了迅速的發展，被廣泛應用于水利工程的防滲加固，解決了一些其它方法難以應付的工程難題。

2 高壓噴射注漿技術概況

高壓噴射注漿法的原理，在土層的預定位置處通過帶有噴嘴的注漿管用高壓設備將漿液高壓噴射出來，沖擊破壞巖土，當速度快、能量大的噴射流的動壓超過巖土的結構強度時，巖土粒出現剝離，一部分細小的顆粒隨漿液冒出地面，其余巖土粒在噴射流的沖擊力、重力和離心力的作用下，與漿液混合并按某個比例重新組合凝固形成固結體。

高壓噴射注漿法適用于殘積層、第四紀沖積層及人工填土層等，對軟土、砂類土、粘性土、黃土和淤泥等都能進行加固，但對含大量纖維質的腐植土層、大塊礫石、地下水流速較大的工程效果稍差，所以應根據現場試驗結果確定其是否適用[2]。高壓噴射注漿法除可以強化地基外，還可用于工程中土層的加固防水。根據土質條件、工程經驗并結合工程實際需要，確定具體的施工設備和工藝，我國目前高壓噴射注漿法的設計主要依據《建筑地基處理技術規范》。

高壓噴射注漿設備簡單，設備體積較小、結構緊湊、操作簡單，可在較小空間內安全施工。施工進行注漿作業時僅需在土層鉆直徑為50～300mm的小孔，就能形成比孔徑直徑大8～10倍的固結體，還能結合工程實際需要，控制加固范圍和強度。施工可以通過調整漿液噴射速度、增減噴射壓力、改變噴射角度和噴嘴孔徑，使工程形成的固結體滿足設計所需。不同的噴射參數，得到的固結體形狀不同，有均勻圓柱體、非均勻圓柱體、板墻體、圓盤體等。高壓噴射注漿的主材料是無環境危害且耐久性好的水泥，普通的硅酸鹽水泥就能滿足要求，并可以根據環境和工程需要在漿液中加入外加劑(膨脹劑、抗凍劑、速凝劑等)和添加劑(粉煤灰等)，以提高注漿體性能、擴展其應用范圍、改善材料缺陷及降低成本等。高壓噴射注漿形成的固結體，孔隙小且不貫通，加上致密的硬外殼，防滲性能強。

高壓噴射注漿有單管法、二重管法、三重管法及多重管法等，按噴射方式分為旋噴、擺噴和定噴，按持續時間又可分為駐噴和復噴。單管法利用高壓泵以20MPa壓力噴射出漿液，沖擊破壞土體，通過提升和旋轉注漿管使漿液與土充分混合，固化后形成固結體。單管法固結體直徑小，單樁垂直極限荷載也較小。二重管法固結體直徑較單管法有明顯的增加，其單樁垂直極限荷載也大大增大，其原理是利用兩個輸送管同時高壓噴射漿液和空氣來沖擊破壞土體。三重管法輸送水、氣、漿三種介質，在高壓或超高壓下以水氣沖擊土體，同時以高壓注入泥漿液填充，其單樁垂直極限荷載可到達2000kN。

注漿參數設計前應準備的資料:(1)施工區具體的地質條件，如巖層形態、深度和各項力學性質;土層種類及組成等;(2)水文條件，土層的滲透系數，地下水質成分、附近暗河的分布及連通等;(3)周圍環境，包括施工區域的地形、地貌及周圍地下管道的分布及存埋，材料和設備的交通運輸條件等;(4)室內模擬噴射試驗，在現場取土樣在室內按不同的設計方案進行試驗，擇優選擇合適的漿液配方。對重大工程，還必須先進行現場試噴，測試固結體的直徑和強度來驗證設計方案的可靠性。

固結體尺寸主要影響因素有:(1)土的種類及各種性質;(2)施工過程中注漿方法;(3)具體施工參數，例如壓力、流速、噴嘴角度等。在沒有試驗資料或相應工程經驗可以借鑒的情況下，對大型工程應該進行現場噴射試驗后，確定固結體的尺寸。

固結體強度主要影響因素:(1)土的性質;(2)注漿材料配比;(3)施工中注漿管的類型及具體參數;(4)注漿量的大小。一般情況下，固結體強度按28天來計算，有試驗證明，土層中粘土礦物與水泥化合物發生相互作用，固結體強度在28天后還會增長。施工質量檢驗包括:(1)打孔的質量，檢查孔位和孔斜符合規范，孔深滿足設計要求后，才能進行下道工序;(2)控制水壓、漿液密度及提升速度，當參數隨機抽查不合格時立即停止施工進行調整;(3)鉆孔取芯檢查、壓水試驗、旋噴心樣室內抗壓抗折試驗、開挖檢查、彈性波CT檢測等。

3 堤壩高壓噴射注漿技術的應用研究

在堤壩防滲加固工程中高壓噴射注漿法應用非常廣泛，在我國長江、黃河等流域的堤壩均有應用成功的實例。

新設備和工藝的開發應用極大地提高了高噴注漿的技術水平，增強了高噴板墻的整體性、連續性和防滲性能，特別是高噴注漿技術在長江三峽一期工程中的應用，推動了該技術更好的發展。三峽二期圍堰修建防滲墻工程中，采用了新三重管法和二重管兩種工藝，因為圍堰堰基中有砂礫石、淤砂和殘積塊等覆蓋層，基礎地質條件比較復雜，采用的新三管法以水氣漿為介質進行噴射能更好的滿足工程設計需求，達到更好的施工效果。此工程中，專家們認為高壓旋噴注漿施工設備及工藝先進，在國內處于領先水平，且項目成果多，并為我國在復雜地層中的防滲技術積累了寶貴的經驗。

塢羅水庫大壩發現漏水嚴重后，設計方案確定采用高壓噴射注漿和帷幕注漿相結合的方法進行防滲加固。高壓噴射注漿從2004年7月開始施工，到10月結束，帷幕線長150m，最小孔深40mm，最大52.3m;主要技術參數為:4500L/h的水流量，40MPa的水壓力;氣壓力約0.7MPa左右;漿液壓力約0.4MPa左右;提升速度8m/h;擺噴擺角35°，擺速5°/s。施工過程中采用三重管法輸送介質和雙噴嘴擺動的新工藝，全自動監測儀記錄數據。為了提高堤壩復雜地層的防滲能力，用32.5級硅酸水泥制備的水泥豁土漿液為主漿材，其中水泥∶粘土∶水=l∶0.15∶0.8，進漿密度約在1.63左右。在高噴區施工結束14d后，根據注漿孔段耗漿情況對施工區進行了靜水頭壓水試驗，結果完全滿足設計要求。

4 結語

隨科學技術的進步，高壓噴射注漿技術在理論研究、施工設備和工藝上不斷的完善和發展，其應用領域和效能必將不斷擴展和提高，應用前景十分廣闊。

參考文獻

[1] 鄺健政等.巖土注漿理論與工程實例[M].北京:科學出版社，2001.

[2] 楊震.高壓噴射注漿法防滲加固機理與施工技術應用研究[M].中南大學，2008.

[3] 楊米加，陳明雄，賀永年.注漿理論的研究現狀及發展方向[J].巖石力學與工程學報，2001，20(6):839-841.

[4] 王雷，高印軍.高噴注漿施工設備性能特點綜述[J].水利水電技術，1997(8):32-34.