高噴防滲技術在水利工程技術中的應用

水利工程一般為重大的基礎性民生工程，運行周期一般為幾百年，一旦滲漏將會給施工單位帶來重大損失，整體滲漏，將對附近居民造成嚴重的生命財產損失。所以必須做到有效地防滲措施。高噴防滲是以高壓設備使漿液或水成為20～40MPa左右的高壓流從噴嘴中噴出來、通過沖擊強烈切割和強烈憂動，使漿液在射流注入區范圍內擴散，充填裂縫、土層、滲漏及危險區等，并與周圍的物質摻混攪合在一起，在一定時間內硬化成凝結體與周圍物質牢固結合在一起，從而達到施工的目的。根據固結體形狀和噴射移動方向有關，一般分旋轉噴射（簡稱旋噴）、擺動噴射（簡稱擺噴）和定向噴射（簡稱定噴）三種形式。是當前垂直防滲中常用的方式，其優點在于可以高空、深水和遠距離作業。在水利工程中如有蓄水不需要把水庫中水放空，受水深及自然條件影響較小。

一、高壓噴射注漿的原理及基本種類

高壓水噴射流是通過高壓設備獲得巨大能量后從一定形狀的噴嘴，用一種特定的流體運動方式，以很高的速度連續噴射出來的、能量高度集中的一股液流。高壓噴射流的能量和切割能力（破壞力）與高壓水的流量、噴嘴出口面積、噴嘴入口壓力、水（漿）的密度等有關。

當前，高壓噴射注漿法的基本種類有單管法、二重管法、三重管法，具體應用選擇，單管法在水利工程中基本不用。二重、三重可根據要求和土質條件選用。二重管法是使用雙通道的二重注漿管。當雙重管鉆進到預定深度后，通過在注漿管底部側面的一個同軸雙重噴嘴，同時噴射除高壓漿液和壓縮空氣兩種介質的噴射流沖出破壞土體，在高壓漿液流和它外圈環繞氣流的共同作用下，破壞土體的能量顯著增大形成固結體的直徑明顯增加。此法在水利工程中主要用于海堤和防洪堤，水庫壩體防滲墻使用較少；三重管法：是使用分別輸送水、氣、漿三種介質的三重注漿管。在高壓水噴射流和氣流同軸噴射沖切土體，形成較大空隙，再另由注入壓力0.1～1.0MPa的漿液填充，其固結體直徑較大。（日本稱CJPI法）。三重管法是目前國內常用的施工方法之一，在水利工程中使用較普遍，特別在水庫壩體防滲施工中技術比較成熟，使用比較廣泛。

二、高壓噴射固化過程

高壓噴射所采用的硬化劑主要是水泥。噴射固結體是一種特殊的水泥——土網絡結構。在高壓噴射攪拌過程中，水泥和土被混合在一起，土顆粒間被水泥漿所填滿，水泥水化后在土顆粒的周圍形成了各種水化物結晶，隨著土體的不斷被擠密，形成了一種特殊水泥土結構。在水泥膠質體凝固的作用下，固結體的強度將不斷提高，具有很高耐久性，可以用在永久工程。

固結體的形狀可以通過噴射參數來控制大致可噴呈圓柱狀、板墻狀及扇形狀。三種基本形狀，還有其他的形狀（可根據工程需要控制），由于地層情況、噴射流脈動和提升速度等因素不均勻，固結體的周圍很粗糙，呈不規則脈動，與混凝土塊比較輕很多。固結體有一層較致密的硬殼，具有較好的防滲性能。

三、高噴防滲施工設備

高壓噴射灌漿的設備主要包括高噴臺車、高壓水（漿）泵、成孔鉆機、泥漿泵、空壓機、泥漿攪拌機、噴射管、高壓管等。

鉆機一般采用回轉鉆機，鉆孔直徑130～150mm，液壓100型。泥漿泵因漿液顆粒作用很容易磨損造成吸入和排出的漿液不穩定，要定期進行保養和維修。目前使用最多BW150型泥漿泵，動力7.5kw。

噴射系統是高噴灌漿的中心工作系統，非常關鍵，一般用16-18米垂直高架臺，卷揚機、旋擺機、噴射管、噴嘴組成。噴射管上下移動是通過卷揚機實現，噴射管要實現上下無級調速移動，以旋、擺、定三種噴射形式工作。高壓噴灌使用壓力一般在35～40MPa，流量70～80 L/min，目前一般使用S2系列高壓泵（聚能）動力75kw，流量>80L壓力53MPa。。高壓壓力一般為35～40MPa，流量70～80 L/min，高壓管采用多層鋼絲纏繞膠管，工作壓力60～80MPa。

四、施工方法及注意事項

1、熟悉高噴工程的設計文件和圖紙及有關資料、要求、并編寫施工組織設計。

2、根據施工平面圖要求安裝、調試好進場設備，開挖施工槽、排水溝、泥漿沉淀池，復核高噴墻軸線的樁粒和標高。

3、進行高噴試驗，確定正式的技術參數，進行施工。高壓噴射灌漿的施工工藝流程：

漿液一般由水泥聯合制機拌制。嚴格根據設計要求及高噴灌漿對漿液的要求配比水和水泥用量。普通攪拌機攪拌不小于90s，高速攪拌機應不小于30s，保證漿液拌制的均勻。并在一定時間內使用，超過時間使用前要重新攪拌，防止水泥漿液析水沉淀。水泥漿液從制備至用完的時間不應超過4小時。

鉆孔施工順序應根據灌漿設計要求和現場施工方便的原則進行安排，高噴灌漿要求一般分Ⅰ和Ⅱ兩道施工工序，當筑壩地質比較松散時，Ⅰ、Ⅱ序施工相隔孔過近，在高噴灌漿容易出現串孔串漿、塌孔等現象；若鉆孔過近，孔中的水和泥漿將滲透整個鉆孔周圍，壩體土層形成飽和狀態，加上高噴注入大量水分，壩體可能會出現沉降現象，出現壩體裂縫，所以必須根據現場工況情況，合理安排施工。鉆孔時有時會出現螺旋孔現象，表現為孔壁不完整垂直；縮孔現象，有些地層土層為膨脹土，遇水產生后使孔徑變小，沉淀物過多等，當出現這些情況時，鉆孔是達不到按設計要求置入噴射管的條件的，必須進行重新掃孔處理。

高噴灌漿方法有土石壩壩體、壩基防滲處理中灌漿方法主要有均質土壩及寬心墻壩的壩體劈裂灌漿、高壓噴射灌漿、壩基卵礫石層防滲帷幕灌漿等。工程具體用哪一種要根據具體情況和試驗結果分析。灌漿過程中，有時會出現各參數突降或驟增，孔口回漿異常等情況，一旦出現要認真對待，仔細分析。

①當孔內不冒漿或斷續冒漿時，有兩種可能：一是土質松散，可采取適當復噴；二是附近有空洞、通道等，可采取不提升注漿管繼續灌漿或拔出注漿管待孔內漿液凝固后適當灌漿；

②若大量冒漿，壓力稍有下降，便有大量的水或漿涌出，應拔出注漿管檢查是否被擊穿或孔洞，

③在高壓泵和注漿泵的吸水管和泥漿儲備箱中適當設置過濾網噴嘴或管路被堵塞，一般被堵壓力會驟然上升。

④流量或壓力突然下降或排量達不到要求，要考慮存在泄露現象，要對灌漿一些部件進行檢查。

五 、如何提高施工質量

1、 嚴格施工程序

施工人員要嚴格按照設計要求，施工程序和施工工藝都必須安設計圖紙進行。要對設計圖紙、設計說明書、施工技術要求，詳細了解，對出現修訂的內容要及時通知。做好施工各個環節的數據記錄，規范質量檢查，單元工程驗收資料，制訂有效的防范重大質量事故發生和補救計劃。我國在高噴注漿防滲技術上，近幾年通過不同規模的水工建筑積累了豐富的經驗，已形成標準，所以規范要求是強制性條文，必須嚴格執行，才能確保工程質量。

2、進行嚴謹、真實的現場噴射試驗

噴射試驗是高噴進行各種參數設定的重要依據，對工程質量有重大影響。試驗要科學地選擇有代表性的地層進行高噴注漿現場試驗。要采用群孔進行，以確定高噴灌漿的方法及其適用性，尋找最佳有效噴射范圍、施工參數、漿液性能要求適宜的孔距排距、墻體防滲性能等，確保施工質量。

3、嚴格控制各施工參數

噴射布設裝備時，要根據設計要求，布設防滲刺墻，墻高要符合設計標準，墻厚要與設計一致。根據多年的經驗，子距L一般為2.0m，有效半徑達1.8m，擺角一般為15°。提升速度一般為10cm/min.噴嘴型號為2mm，氣嘴7mm，水壓為29.4～34.3MPa，空氣壓735kPa.高噴灌漿是高噴防滲施工中一道非常重要的工序，是一項多種介質同步作用的整體性施工。涉及參數較多，在噴射灌漿中，各個參數的科學正確設計，是要保證施工質量的重要一環，一旦某一項參數發生變化有可能影響或導致固結體防滲墻的質量。有的隱患一年半載就能表現出來，有的可能十幾年后出現。

4、注意各施工細節，杜絕或減少施工事故發生

高噴灌漿工藝細節比較多，每個細節都很容易導致施工質量，在施工中不要忽略一些施工細節。一般來說質量問題都出現在施工事故當中，堵絕和減少施工事故發生就是保證施工的質量。

六、結語

高壓噴射是水利工程因為開挖量小，占地少，設備少 、效率高、對周圍環境破壞少等特點，近幾年在海堤、防洪堤及水庫壩體防滲施工中得到廣泛的應用，但是因具有鉆孔難度大、壓力控制系統密封件易損、灌漿液參數設計難以配比、環境惡劣等等因素，給高噴防滲水利施工的質量控制帶了一定的難度，作為施工技術人員，一定要熟悉施工工藝過程，控制好關鍵環節的質量，做好整個工程全過程的管理，保證施工質量。

參考文獻

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