高噴灌漿工程施工

陳克均

高壓噴射灌漿(簡稱高噴灌漿或高噴)，是一種采用高壓水或高壓漿液形成高速噴射流束，沖擊、切割、破碎地層土體，并以水泥基質漿液充填、摻混其中，持續不斷地高噴射流對周圍土體產生滲透和擠壓作用，促使凝結體與周圍土體結合形成樁柱或板墻狀的凝結體，用以提高地基防滲或承載能力的施工技術。高噴灌漿適用于淤泥質土、粉質土、粉土、砂土、礫石、卵(碎)石等松散透水地基或填筑體內的防滲工程。

概述

合水水庫引水樞紐距離省道約8km，有一條3m寬的水泥路與省道相連。引水樞紐始建于1965年，包括一個溢流堰、一個沖砂閘和一個引水渠進水閘。平中陂溢流堰處于水庫上游約5公里處，主要為攔截上游來水、宣泄多于水量。平中陂溢流堰下游側消力池經過多年的滲流淘刷形成了較大的管涌現象，使得原溢流堰后消力池沉陷破損嚴重。見圖（1-1）。

本次高噴灌漿加固段鉆孔設計總長度752m，含灌漿平臺回填增加量和設計灌漿長度718m。

溢流堰上游側高噴灌漿加固段地層結構主要為中粗砂層，含少量卵、礫石。

本高噴灌漿項目2008年3月28日進場，2008年4月18日全部完成。

施工設備及人員配置

高噴孔的鉆機機具應滿足在施工地層中單獨鉆進成孔或攜帶噴射管鉆進成孔的要求。

2.1施工設備配置

本項目高噴灌漿施工采用的主要施工設備包括：GP1800-2型高噴臺車1臺、XY-1型地質鉆機2臺、康明斯100kw發電機1臺、WW-0.9/7型空氣壓縮機1臺、潛水泵1臺、高壓水泵1臺，灌漿泵1臺，自制低速攪拌機1臺；測斜儀1臺，STS-750型2”全站儀1臺套（也可以用經緯儀和鋼卷尺進行定位）；DS3水準儀1臺套；皮卡車1輛（運送桶裝柴油或其他零星物品）。

圖（2-1）

人員配置

根據現場情況采用二班倒的方式配置現場施工人員。管理人員2人；安全員1人（兼）；臺車操作工4人；鉆機操作人員6人；電工1人；試驗1人；機修工1人；測量工2人；普工8人。

施工材料

3.1高噴灌漿材料宜采用水泥漿，所使用的水泥品種和強度等級，應根據工程需要確定。為防止堵塞噴射管噴嘴，須保證噴灌材料細度、純度。

3.2水：要求采用不含雜質的清潔水源，本項目施工點地處山腳，上游來水清潔，無需處理。采用潛水泵打入水箱。

3.3水泥：宜采用普通硅酸鹽水泥，水泥強度等級不低于32.5MPa。水泥細度要求通過80um方孔篩，其篩余量不大于5%。 灌漿用的水泥必須符合規定的質量標準，不得使用受潮結塊的水泥，出廠超過三個月的水泥不得使用。

3.4高噴灌漿漿液的水灰比設為1.5：1～0.6：1（密度約1.4g/cm3～1.7 g/cm3）。有特殊要求時，可加入下列摻合料：

3.4.1 膨潤土。膨潤土具有很強的吸濕性，能吸附相當于自身體積8一20倍的水而膨脹至30倍;在水介質中能分散呈膠體懸浮液，并具有一定的粘滯性、觸變性和潤滑性，它和泥沙等的摻和物具有可塑性和粘結性，有較強的陽離子交換能力和吸附能力。使用時，其質量標準應滿足設計要求。

3.4.2黏性土。塑性指數不宜小于14。

3.4.3粉煤灰。

3.4.4砂。宜為質地堅硬的天然砂或人工砂，最大粒徑不宜大于2mm。

可根據需要，在水泥漿液中加入速凝劑、減水劑等外加劑。摻合料與外加劑的種類及摻入量應通過試驗和現場高噴灌漿試驗確定。制漿材料的稱量誤差應不大于5%。水泥漿的攪拌時間，當使用高速攪拌機時，應不小于30s；使用普通攪拌機應不少于90s。水泥漿制備至用完的時間不應超過4h。為防止堵塞噴嘴，漿液應在過篩后使用，并定時檢測其密度。

在含黏粒較少的地層中進行高噴灌漿，孔口回漿應經處理后方可利用；在軟塑至流速狀的黏性土或淤泥質土層中，其孔口回漿不宜回收利用。

施工工序

高噴灌漿一般采用2序孔分序施工，為保證灌漿效果，本工程初步設計要求采用3序孔進行施工，終孔孔距1.5m。噴灌成墻后理論墻厚度為1800mm，最薄處墻厚為995mm。 如下圖（4-1）：

圖（4-1）高噴灌漿孔序布置圖單位：mm

4.1灌漿施工工序，如下圖（4-2）：

圖（4-2）高壓噴射灌漿施工程序圖

施工準備

施工準備的內容包括：

4.2.1施工進場道路（滿足高噴臺車進場要求的道路），需注意提前考慮裝運臺車后的寬度和長度以及轉彎半徑等，以便設備順利進入施工場地；

4.2.2高噴臺車灌漿施工場地的平整壓實；

4.2.3機電設備的安置（開工前設置好空氣壓縮機、灌漿泵、攪漿機、水箱、水泥臨時堆放場地等等設備的位置）；本項目周邊狹窄，在溢流堰上游圍堰后回填一處平臺用于現場機電設備的安置。施工區域比較狹窄，高噴灌漿水泥用量大且快，應設置至少10噸水泥的臨時堆放周轉場地。現場利用上游圍堰作為臨時工作平臺。高噴灌漿配套設備就近配置。

4.2.4現場氣、水、電專用管路和線路；

4.2.5現場建立臨時測量控制點，并對原地形進行測量，記錄并保存原始記錄。

4.2.6高噴灌漿施工前，依據工程規模劃分好單元工程，并對鉆孔孔位進行編號。

孔位放樣

孔位放樣包括：對平整場地后灌漿孔位的平面位置及高程的放樣。

由于本項目設計僅提供相對位置，沒有提供坐標控制點。施工時以溢流堰軸線為Y軸設置臨時施工坐標系，并在現場建立4處臨時平面坐標及高程控制點（以便隨時恢復或校正被破壞的放樣孔位）。本項目現場采用STS-750型2”全站儀進行測量定位，放樣I、II、III序孔的孔位后用木塞封堵孔口，并做好標記。放樣孔位偏差小于1cm。以DS3水準儀測定好各個孔位的原地面高程值并記錄標記清楚。

4.4鉆孔

鉆孔可根據現場情況可采用泥漿固壁回鉆（或沖擊）鉆進、跟管鉆進或清水鉆進。

鉆孔孔位與設計孔位偏差不得大于50mm。鉆孔施工時，應采取預防孔斜的措施，鉆機要安放平穩牢固，加長粗徑鉆具。鉆桿和粗徑鉆具的垂直度偏差不應超過0.5%。孔深小于30m時，鉆孔偏斜率不應超過1%。鉆孔孔徑應大于噴射管外徑20mm以上。鉆近暫停或終孔待噴時，孔口應加以保護。若時間過長，應采取防塌措施。

泥漿固壁回轉（或沖擊）鉆進是造孔過程中做好充填堵漏，使孔內泥漿保持正常循環，返出孔外，直至終孔。

跟管鉆進是，邊鉆進邊跟入套管，直至終孔（為了防止在松散卵石層中高壓旋噴前孔臂塌落，施工前可準備好護壁用的PVC管，在高壓噴射施工過程中，PVC管雖然很容易被擊成碎片，但其碎片并不會阻擋水泥漿的噴射）。

本項目根據先導孔采集的資料得知，灌漿部位屬于較密實中粗砂并夾雜少量的礫石結構，本項目采用清水鉆進在先導孔施工過程未出現坍孔現象。鉆孔采用XY-1型地質鉆機，合金鉆頭或金剛石鉆頭。鉆孔孔位要求偏差小于5cm, 鉆進時應注意保證鉆機垂直，孔斜不超過孔深的1%。 如圖（4-3）：現場用測斜儀對孔斜進行檢查。

鉆進時應詳細記錄孔位、孔深、地層變化和漏漿、掉鉆等特殊情況及處理措施。

圖（4-3）現場用測斜儀對孔位進行檢測

4.5灌漿

現場高噴灌漿設備采用GP1800-2高噴臺車，臺車高度18.8m，長度5.5m，寬度2.3m，采用折疊式連接起落，液壓步履式底架，縱向橫向可靈活移動，能夠快速對孔就位。該高噴臺車可液壓自行，縱向每步可移動1米，橫向每步可移動0.4m。高噴臺車對地面平整要求不高但并有足夠的承載能力。本項目噴灌地段是按設計說明回填土方并壓實后形成鉆孔與噴灌的施工平臺。

高噴灌漿分序進行，先進行I序孔的噴灌，然后進行II序孔噴灌，最后進行III序孔噴灌，相鄰兩孔間隔時間要求72小時。

高壓噴射期間，噴射記錄資料應齊全、清晰、準確，能反映噴灌的全過程，發現冒漿、漏漿現象，立即停止、提升或降低提升速度、增大水泥漿液比重噴射，恢復正常后，繼續正常提升，灌漿過程中，常會有機械出現故障的情況，出現問題必須起管進行檢查，清除故障后重新噴射，搭接長度不小于50cm，并如實做好中斷記錄。為確保防滲體的完整性，在施工期間和完工后，嚴禁重型車輛過往防滲體，禁止在防滲體周圍進行加大擾動的施工作業。

圖（4-4）高噴臺車

4.6孔口回填

單孔噴灌結束后采用0.7：1的純水泥漿進行回填灌漿，反復進行，直到灌漿液面不再下沉為止。

施工工藝

高噴灌漿施工主要分定噴、擺噴和旋噴三種，噴灌設備都可高噴臺車進行，定噴是使噴射管向某一方向定向噴射，同時一面提升，在地層中形成一道薄板墻的高噴灌漿施工方法；而擺噴是使噴射管做一定角度的擺動和提升運動，在地層中形成扇形斷面的樁柱體的高噴灌漿施工方法。本次加固采用單排三重管旋噴法施工。三重管也稱三管法或三列管，就是噴射介質為水、水泥基質漿液和壓縮空氣的高噴灌漿方法。

圖（5-1）三重管高壓噴射灌漿示意圖

5.1高噴灌漿施工技術指標

高噴灌漿施工技術要求指標：水壓35～40 MPa，水量70～80L/min;；供氣壓力 0.5～0.8Mpa；漿液采用純水泥漿，漿液比重1.6～1.7；灌漿壓力0.3Mpa以上,漿量70～80L/min。在正常反漿的情況下，控制提升速度在3～6cm/min。按照該提升速度至設計高程即可終孔。

5.2施工工藝流程

圖（5-2）高壓旋噴灌漿工藝流程圖

本項目設計要求利用一半一序孔作為先導孔，對基底巖土特征進行勘察、試噴，以確定高噴灌漿的方法及其適用性，確定有效樁徑(或噴射范圍)、施工參數、漿液性能要求、適宜的孔距排距、墻體防滲性能等。

我項目部對先導孔I-1號孔位按設計指標完成灌漿施工24小時后，在與設計、業主和監理單位開挖檢查時發現實際有效樁徑約為1.4m，相鄰兩樁不能正常搭接（而設計兩樁搭接處最小厚度為955mm）。經與設計單位和監理單位研究后決定對設計樁徑和孔距進行調整，設計孔距

調整為1.00m，理論搭接處厚度為97cm。

水泥漿液純拌合時間不小于30s，保證連續制漿。臨時存放漿液的漿桶待用的漿液采用低速攪拌機攪拌，以防止沉淀。制成已經超過4小時而尚未使用的漿液予以廢棄。下噴管前應對噴射管或起落架上做好標記，以便確定好下落高程和噴灌終孔高程。

施工中所用技術參數根據使用高噴的方法、灌漿壓力、提升速度不同進行適當調整。在水壓、氣壓、漿壓的變化不大的情況下，提升速度是影響高噴質量的主要因素。提升速度可根據下列三種情況進行調整：一、一般高噴灌漿都分序施工，先序孔提升速度可稍慢，后序孔相對來講可稍快。二、在沙粒等松散層中提升速度可稍快，當土層中卵（礫）石較多時應放慢些，塊石較大或塊石比較集中的地層應更慢。三、高噴施工中發現灌漿孔內返漿量減少時應放慢提升速度。

圖（5-3）噴射管噴出高壓水的瞬間

在高噴灌漿過程中，供漿正常情況下，孔口回漿密度變小、出現壓力驟降或驟增、孔口回漿濃度和回漿量異常，甚至不返漿等情況時，查明原因及時處理。如高噴灌漿發生串漿，則首先填堵被串孔或繼續鉆進。灌漿壓力驟減可采取加大進漿密度或進漿量的措施予以處理。當孔內出現嚴重漏漿，可采取以下措施進行處理；停止提升噴射管；降低噴水壓力、流量進行原地灌漿；噴射水流中摻加速凝劑；加大漿液密度或灌注水泥砂漿、水泥粘土漿；向孔內充填砂土等堵漏材料。

高噴施工時，水、氣、漿由噴嘴中噴出，壓縮空氣除能對水或漿液構成外包氣層，使水或漿液射流能透入地層較遠距離并維持較大壓力破碎地層結構外，還可產生升揚作用，漿液經射流沖擊切削后的土石碎屑和地層中細粒，由孔壁和噴射桿的環狀間隙中升揚帶出孔外，空余部位由漿液替代，同時也起到了轉換作用。

噴射灌漿，將高噴管下入到孔內，按造孔記錄及設計板墻底線控制下入深度，然后啟動高壓水泵、空氣壓縮機，攪漿機供漿，同時全面檢查各管路是否封閉，水、漿、氣壓力及流量是否符合設計參數要求，噴射管的噴射方向是否對正。啟動設備3min后，待水泥漿從孔口返漿，再按設計提升速度開始提升。提升過程隨時檢查和記錄水泥漿流量、漿壓、漿液比重、氣壓、水壓、提升速度，旋噴速度和角度等噴射灌漿施工控制技術參數。噴射到預定高度后，先降壓進行靜壓回填灌漿，至液面不析水、不下沉后停止噴射。噴射管提出后立即進行沖洗。

旋噴過程中，冒漿量控制在10%～25%之間。高壓噴射注漿完畢后，應迅速拔出噴射管。施工中做好泥漿處理，及時將泥漿運出。

噴射施工完成后，應把注漿管等機具采用清水沖洗干凈，防止凝固堵塞。管內、機內不得殘存水泥漿，一般是把漿液換成清水在地面上噴射，以便把泥漿泵、注漿泵管和軟管內的漿液全部排除。

質量控制和檢查

6.1鉆進時應注意保證鉆機垂直，偏斜率宜≤1%。孔位偏斜率可用測斜儀進行檢測。

6.2高噴灌漿宜全孔至下而上全孔連續作業，灌漿階段漿液不能發生離析并且不允許發生斷漿現象，保證墻體均勻，無夾心層。若發生管道堵塞或因故短暫停機，應迅速搶修。

6.3高噴灌漿因故中斷后恢復施工時，應對中斷孔段進行復噴，旋噴灌漿應是一個連續的施工過程，中間因故中斷超過20分鐘以上，應進行搭接噴射，搭接長度不小于50cm。

6.4高噴灌漿結束后，充分利用孔口回漿或水泥漿液對已完成孔進行及時回灌，直到漿液面不再下沉為止。

6.5灰漿攪拌設備設置在臨建棚內，以防雨水、灰塵對漿液質量產生較大的影響。雨水較大時，暫停施工。

6.6質量檢測方法：

質量檢驗一般要求在旋噴注漿結束28天以后進行，檢驗樁的數量不小于已經完成樁數的2%～5%，不合格者進行補噴。

抽檢方法分以下幾種：

6.6.1開挖抽檢成墻質量。待漿液凝結具有一定的強度后，即采用反鏟挖掘機挖深探坑至防滲墻體檢查固結體形狀、水平搭接質量。

6.6.2鉆取巖心檢查。從固結體中鉆取巖芯，進行室內物理力學性能試驗。在鉆孔中做壓水或

抽水試驗，測定其抗滲能力。

6.6.3標準貫入試驗：在旋噴固結體的中部可進行標準貫入試驗。

6.6.4圍井試驗：在板墻一側增加噴孔，與板墻形成封閉圍井，在井中進行壓水和抽水兩種試驗，或觀測井內外水位，多用于防滲效果檢查。

6.6.5載荷試驗：靜載荷試驗分垂直和水平靜載荷試驗兩種（主要用于地基基礎處理）。實際可根據灌漿要求進行相應檢測或2～3種方法配套檢測。過程中要有專人負責記錄，記錄要求詳實準確。

6.7主要檢查項目，見表（6-1）。

表（6-1）

序號 項目 規定值或允許偏差 檢查方法

1 樁距（mm） ±100 尺量

2 樁徑（mm） 不小于設計要求 尺量

3 垂直度（%） ≤1 測斜儀

4 樁長（m） 不小于設計要求 查施工記錄

5 單樁注漿量 不小于設計要求 查施工記錄

效果檢查

經現場開挖檢查和鉆孔壓水試驗檢查，高噴灌漿施工后，灌漿部位形成一堵厚度不小于80cm的連續防滲墻，滲透量在規范允許范圍內，防滲效果良好，平中陂溢流堰下游原來的嚴重滲流現象完全消失，達到了設計效果。

8.安全環保

8.1施工進場前應對施工班組進行安全文明施工教育和文明施工交底。

8.2高壓旋噴樁等機電設備在進行作業時，嚴格按照機械技術操作規程進行作業；做到管理人員不違章指揮，作業人員不違章操作。

8.3施工用電實行“三相五線制”和一機一閘一漏一保護的制度，并符合有關施工用電的規章制度。

8.4施工時，對高壓泥漿泵要全面檢查和清洗干凈，防止泵體的殘渣和鐵屑存在；各密封圈應完整無泄漏，安全閥中的安全銷要進行試壓檢驗，確保能在額定最高壓力時斷銷卸壓；壓力表應定期檢查，保證正常使用，一但發生故障，要停泵停機排除故障。

8.5高壓膠管不能超范圍使用，防止高壓爆管傷人。

8.5高壓旋噴管注漿是在高壓下進行，高壓噴射的破壞力較強，噴射的漿液應過濾，使顆粒不大于噴嘴直徑，以防堵塞噴嘴，造成事故；高壓泵必須有安全裝置，當超過允許泵壓后，應能自動停止工作；因故需較長時間中斷旋噴時，應及時地用清水沖洗輸送漿液系統，以防硬化劑沉淀管路內。

8.6鉆機作業中，電纜應有專人負責收放；如遇停電，應將各控制器放置零位，切斷電源；如遇卡鉆，應立即切斷電源，停止下鉆，未查明原因前，不得強行啟動；嚴禁作業中用手清除鉆桿上的泥土，發現緊固螺栓松動時，應立即停機重新緊固后方可繼續作業。

8.7作業后，應先清除鉆桿上的泥土，再將鉆頭下降接觸地面，各部制動住，操縱桿放到空檔位置，切斷電源，清理打掃完現場，方可離開。

8.8遇到六級以上大風，應停止施工，鉆桿下沉加固。必要時放倒起落架。

8.9進入現場的所有人員必須戴好安全帽。

8.10高噴灌漿工程應注意施工區域的環境保護，做好廢水、廢漿的處理或回收。

8.11現場水泥進行集中堆放，運輸和卸運時防止遺灑揚塵。搬運和攪拌水泥作業人員必須戴好防塵罩。

8.12作業現場保持清潔整齊，施工完畢后不可隨意排放多余泥漿。水泥使用完畢后剩余的水泥袋要回收存放，不可隨意丟棄。

9.結束語

高噴灌漿工法簡單，技術條件較成熟，施工速度快，對地基處理和基礎防滲有很好的效果。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國電力行業標準.水電水利工程高壓噴射灌漿技術規范. DL/T5200-2004.

[2] 陽春合水水庫除險加固工程設計和施工圖.