淺論高壓噴射灌漿在水利工程中的應用

安根鳳

（許昌勘測設計研究院，河南 許昌 461000）

高壓噴射灌漿最早出現在上世紀七十年代初期的日本，是通過高壓水射流演變而來的新型技術，被用于處理軟弱地層。高壓噴射灌漿的主要原理就是利用鉆機進行鉆孔，利用特殊的合金噴嘴對地下的底層進行灌漿，通過在預定位置的高壓灌輸，將水、漿液或者是氣體噴射出來，對周圍的底層進行影響，產生出沖切以及擠壓和攪拌等作用，同時也應當置換漿液，并且在漿液同底層介質充分的混合以及填充之后，就會在底層中凝固，成為新型的凝固體。高壓灌漿不僅能夠在承載力上提高基礎性能，同時在防滲上也能夠提高基礎的性能，通過凝結體在各孔洞處的連接，而形成了墻式或者是板式的結構。這種方式在底層的使用性能上較為的廣泛，對于漿液的控制性較為的良好，并且在施工方式上較為的簡單，所以其被應用于國內外的水利工程施工中。

1 作用分析

1.1 攪拌以及沖切作用

首先高壓噴射泥漿流會對底層介質造成切割籌集及攪動，這主要是由高壓灌漿設備結構造成的，在漿液進行填充和擴散后，同土石進行攪渾和摻拌，凝結硬化之后，對原有的地層結構以及組分進行改變，從而達到了加固以及防滲的作用目標。

1.2 置換作用以及升揚作用

高壓噴射不僅會噴射泥漿同時也會噴射壓縮空氣，這種噴射流的維持能量哈可以使得孔內形成揚水的效果，這樣被鉆孔時或者是灌漿時切割下來的碎屑以及顆粒就會升揚到孔洞口，空出來的部分就會被漿液所代替，這樣原本地質層就被置換。

1.3 滲透擠壓作用

高壓灌漿技術在抗滲能力的提高上面就體現在了其對于底層的擠壓和滲透作用上，高壓噴射流雖然在末端的強度隨著距離的增加而減小，但是雖然在沖切力上減小了，仍舊對地層會產生擠壓作用，擠壓滲透作用。同時噴射結束后的靜壓漿也會滲透到地層，進一步的凝結對抗滲性的提高有了顯著的作用。

1.4 握裹作用

地層中由于噴射能量會令其中的小石塊出現升揚和置換現象，從而使漿液填滿空隙，并握裹；這種方式就可對原本的地層結構產生影響，使其形成密實連續的凝結體；在塊石及大塊石較為集中的地方，如對噴射能量的提高以及速度的降低，都會使得地層中的石塊出現相應的位移，從而使得漿液能夠滲透到更深的空隙中。所以，握裹凝結作用就建立在高壓噴射以及余壓滲透和擠壓、漿氣升串的基礎之上的。

2 凝結體

2.1 型式

這種型式的出現同噴射的方式相聯系。最常見的型式有三種：第一，旋噴式。這種方式是在噴射時對噴嘴采取變旋轉噴射邊提升的方式，這樣的處理下行程的凝結體是圓柱形的；第二，定噴式。這種方式是通過對噴嘴進行噴射方向的固定，這樣的狀態下行程的就是板狀的凝結體；第三，擺噴式。這樣的方式采取的是對噴嘴采取一邊提升一邊擺動的方式，凝結體會形成扇形或者是啞鈴形。

2.2 結構布置型式

在保證完整性及連續性前提上，高壓防滲板或高壓防滲墻的處理必須令單孔凝結體能夠有效在某一范圍內相互連接，這樣在結構布置的設計上或者是孔距的設計上都會產生一定的影響。在布置上，常用的型式中旋噴以及柱擺結構在連接以及防滲效果上最好。工程造價、進度以及凝結體的連接都是由孔距決定的。孔距的確定則是要考慮到施工當地的地質條件還有防滲的要求以及施工現場所使用的工藝以及方法和布置，并考慮到孔深因素，重要的是對于工程本身的現場確定的實驗。

3 高壓噴射灌漿的施工方法

3.1 單管法

采用高壓灌漿泵以大于20MPa的高壓將漿液從噴嘴噴出，沖擊、切割周圍地層，并產生攪和、充填作用，硬化后形成凝結體。該方法施工簡易，但有效范圍小。

3.2 雙管法

有兩個管道，分別將漿液和壓縮空氣直接射入地層，漿壓達45～50MPa，氣壓1～1.5MPa。由于射漿具有足夠的射流強度和比能，易于將地層加壓密實。這種方法工效高、效果好，尤其適合處理地下水豐富、含大粒徑塊石及孔隙率大的地層。

3.3 三管法

用水管、氣管和漿管組成噴射桿，水、氣的噴嘴在上，漿液的噴嘴在下。隨著噴射桿的旋轉和提升，先由高壓水和氣的射流沖擊擾動地層，再以低壓注入濃漿進行摻混攪拌。常用參數為：水壓38～40MPa，氣壓0.6～0.8MPa，漿壓0.3～0.5MPa。

如果將漿液也改為高壓（漿壓選20～30MPa）噴射，漿液可對地層進行二次切割、充填，其作用范圍就更大，這種方法稱為新三管法。

3.4 多管法

噴管包含輸送水、氣、漿管、泥漿排出管和探頭導向管。采用超高壓水射流切削地層，所形成的泥漿由管道排出，用探頭測出地層中形成的空間，最后由漿液、砂漿、礫石等置換充填。多管法可在地層中形成直徑較大的柱狀凝結體。

4 施工程序與工藝

4.1 造孔

在軟弱透水的地層進行造孔，應采用泥漿固壁或跟管（套管法）的方法確保成孔。造孔機具有回轉式鉆機、沖擊式鉆機等。目前用得較多的是立軸式液壓四轉鉆機。為保證鉆孔質量，孔位偏差應不大于1～2cm，孔斜率小于1%。

4.2 下噴射管

用泥漿固壁的鉆孔，可以將噴射管直接下入孔內，直到孔底。用跟管鉆進的孔，可在拔管前向套管內注八密度大的塑性泥漿，邊拔邊注，并保持液面與孔口齊平，直至套管撥出，再將噴射管下到孔底。將噴嘴對準設計的噴射方向，不偏斜，是確保噴射灌漿成墻的關鍵。

4.3 噴射灌漿

根據噴射方法與技術設計要求，將水、氣、漿送入噴射管，噴射1～3min；待注入的漿液冒出后，接預定的速度自上而下邊噴射，邊轉動、擺動，逐漸提升到設計高度。進行高壓噴射灌漿設備由造孔、供水、供氣、供漿和噴灌等5大系統組成。

[1]魏新江.淺析水利工程施工中高壓噴射灌漿技術的應用[J].經營者管理，2010，23.

[2]李彩紅.水利工程防滲處理施工技術應用的探析[J].河南水利與南水北調，2010，8.