淺析高壓噴射灌漿技術在水利工程防滲中的應用

王杰生

中國水利水電第八工程局有限公司 湖南 長沙 410000

前言

最早研究開發和大范圍應用高壓噴射灌漿技術的眾多國家中就包括中國。近幾年以來，我們國家的高壓噴射灌漿技術為了達到與大多數水利工程防滲需求相符合的要求，取得了很大的突破和進展，在堤壩的防滲和加固這方面是取得突破性進展的地方。由于高壓噴射灌漿技術與其他普通的灌漿技術與防滲加固技術相比較而言，優勢比較明顯，當前已經大面積的在眾多水利工程的防滲加固江河湖、堤壩等一些水工建筑物方面得到了廣泛的應用。從有關的統計出發，可以得知現如今在全國范圍內大約有數以百計的小型、中型、大型的防滲工程中應用到高壓噴射灌漿這一技術，防滲板墻的構筑面積預估早已超過數百萬計，并且普遍都取得了良好的實際效果。

1 基本原理與優勢

第一，基本原理。通過借助高壓射流對被灌地層結構進行沖擊和破壞，之后將混合漿或者水泥漿灌入其中，使灌入地層中的漿液和被灌地層里的顆?？梢跃鶆虻膿交炱饋?，進而得以有與設計要求相符合的凝結體的形成，最終達成地基加固與防滲的高壓噴射灌漿技術應用的目的，這是這一技術的基本原理。第二，優勢方面[1]。這一技術有很多優勢，具體表現在六個方面：其一，有較好的可灌性；其二，有較好的可控性；其三，可靠的連接性；其四，靈活的機動性；其五，對于較大深度、較廣地層的適用性比較好；其六，不挑剔施工場地的條件，即有較強的適應性[2]。

2 項目基本狀況

楊家灘泵閘工程位于江西省南昌市高新區，坐落于靠近紅旗聯圩的焦頭河上，泵房機組縱軸線位于楊家灘紅旗聯圩南面焦頭河側約 79m 處。由一座泵閘一體建筑組成，其主要功能是防洪、排澇和改善城市水環境。電排站設計排澇流量為80m3/s，裝機功率7.2MW，選用立式軸流泵，機組臺數為4臺，單機設計流量20m3/s。自排閘凈寬14m，為4孔，單孔凈寬3.5m，設計排水流量為80m3/s。

泵站規模屬于大（2）型，泵站等別為Ⅱ等，主要建筑物級別為2級，次要建筑物級別為3級。主泵房寬 37.9m（垂直水流方向），長 22m（順水流方向），高32.5m。從進水側到出水側依次是進水渠、攔污閘段、進水池、泵房和自排閘進水口、穿堤箱涵、出水口段、出水渠；樞紐建筑物從西至東依次是管理樓、安裝間、主泵房、副廠房、變電站。

3 主要技術方案

定噴、擺噴、旋噴為按照噴嘴運動方式進行分類的三種高壓噴射灌漿法的形式[3]。板狀和柱狀分別是定噴和旋噴這兩種形成的，擺噴這一種形式所形成的墻體的厚度與長度介于定噴與旋噴這兩種形式之間，各種地層的防滲處理尤其是砂卵石層是這一種方式所適用的范圍[4]。因為本次研究中，本工程施工導流及泵閘基坑高噴防滲軸線長845m，防滲墻為擺噴折接形式，單排，孔距1.2m，擺噴防滲工程量為12590m；連接堤永久工程高噴防滲軸線長156.7m，防滲墻為旋噴套接形式，單排，孔距0.65m，旋噴防滲工程量為4581m。為了得到科學的設計參數與施工方案，特地選擇了一段地質條件代表性強的工程場地進行相關實驗，待實驗完成后，對相關指標進行確定，如圖1和圖2所示。

表1 施工實驗參數

表2 成果技術要求

4 具體施工過程

4.1 施工工藝

三重管法是本次實驗所采用的方法，主要有兩個施工次序[5]。施工工藝流程具體可以劃分為：①測量并放樣；②鉆機就位并對角度進行校準；③鉆孔具體是從泥漿護壁到設計方案中所規定的高程；④測斜；⑤噴射灌漿臺車準備就位；⑥進行試噴；⑦噴管下入；⑧進行靜噴；⑨進行擺動以及旋轉（旋噴）提升到進入填筑黏土層內大于1m；⑩高壓噴射灌漿臺車移位。

4.2 鉆孔

鉆孔具體是采用一序先鉆、二序后鉆的二序施工方法。進行鉆進的時候，首先應該對地層變化、掉鉆、漏漿、孔位、孔深等一些特殊狀況進行詳細的記錄并采取及時的措施予以處理。具體為：①應該依據設計樁位控制點的布控進行現場設計，由現場中的技術人員放出并明確標識孔位，孔位的偏差程度應該小于50毫米；②將移動至設計孔位上的鉆機墊平并且穩固不動搖后，應用吊鉛垂與水平尺等對位于鉆機垂直度后方的可卡孔進行檢查；③應用地質鉆機，鉆孔徑為130毫米并且鉆孔深度應大于設計孔深0.3毫米的孔，固孔采用泥漿護壁來進行；④待完成鉆孔后，可以開始測量孔深和孔斜，可由質檢人員完成現場工序驗收工作，采用-3.3米控制現場鉆孔底部高程。終孔時的標準時是檢測的時候，孔深達-3.3米的現場鉆孔底部高程，孔底偏斜率≤1%方可，最后由監理工程師進行驗收并予以簽證，假如不達標的話，就需要進行加深或者糾偏，直到與標準要求相符合后，方可終止；⑤對于兩個相鄰次序孔的鉆孔和噴漿時間有著明確的規定，具體是24小時之內不能連續鉆孔和噴漿。

4.3 高壓噴射灌漿

高壓噴射灌漿主要分為下述七個方面的內容：①高噴臺車準備就位。

高壓噴射灌漿臺車的就位離不開液壓步履裝置的協助，當其移至孔口后，通過液壓支腿的升降操作調平臺車，將噴桿與孔口中心對準；②進行孔口的試噴操作。在將噴桿下到孔內前，應該將噴桿先停在孔口進行先行的為時1～2分鐘的試噴操作，當檢測裝置和漿路、水嘴、水、氣、氣嘴以及其他的機具都沒有異常狀況出現時，才能將噴桿下到孔內；③噴桿下到孔內的操作。噴桿的提起需要借助高噴臺車卷揚機，待提起后，經孔口將噴頭和孔位中心對準。在下噴桿的時候，應該提前做好保護漿嘴、水、氣的措施。-3米處為噴桿必須下到的設計深度，并且擺噴時的噴射方向角不應有大于1度的誤差；④進行原位靜噴。當完成在孔底下入噴頭這一操作后，首先把漿送入孔內，到孔口有漿液冒出的時候，當送入的漿量大于1.3立方米或者達到與規定相符的濃度后，才可以依次將高壓水與壓縮空氣送入其中。一定要在擺動角度和頻率以及噴射方向或者旋轉速度、流量以及漿壓力、水、氣都與設計要求相符合后，才能按照要求進行噴桿提升操作；⑤進行提升噴射操作。按照設計規定中所要求的擺速與提升速度、（旋噴）旋轉速度，一邊擺和（旋噴）旋轉、一邊提升；必須不間斷地進行高壓噴射灌漿作業。對于中途有拆卸噴灌的狀況，應該進行復噴操作，并且復噴搭接長度應大于0.2米，應逐漸將提升速度減慢，當提升到距離設計墻頂高程1.0米的時候，當到達河床地面線以上進入到圍堰填筑黏土層之內1米的時候，就可以終止對這一孔的高噴灌漿操作。10厘米/分鐘是整體噴射提升速度應該保持的值；⑥進行注漿操作。當結束噴射灌漿操作后，應該將噴頭和噴桿等噴射器具取出，靜壓灌漿使用水灰比為0.5：1～0.8：1的漿液來進行，直到終噴高程漿液不會下降，方可終止；⑦進行清洗機具的操作。當結束每一孔的噴射操作后，應該將噴桿噴頭和高噴機具用清水進行反復沖洗，直到干凈為止，免除出現堵塞管路的狀況[6]。

5 質量控制要點

本次試驗從2016年4月16日開始，至5月16日試驗結束，歷時30天。主要工作內容有：試驗孔鉆孔、灌漿、注水試驗、鉆芯檢測。

從2016年4月16日，進行8個高噴試驗孔鉆孔。4月18日至4月19日，進行高噴灌漿，灌漿至設計高程，形成連續的高噴截滲墻圍井。4月28日進行圍井開挖封底混凝土封底，于4月29日開始進行檢查孔注水試驗。5月16日進行現場取芯，采用硬質合金取芯鉆具，清水鉆進，芯樣完整，送往檢測單位檢測28d抗壓強度。

5.1 造孔

當設備能力達到之后，控制斜孔是一個關鍵點。鉆前+鉆進的控制措施是極為有效的一個措施。鉆前控制措施包括鉆機基座水平、立軸垂直。鉆進控制措施主要分為下述兩種：①開鉆的時候，應該輕輕地壓、慢慢地鉆； ②鉆進的過程中，質檢人員應該時常使用水平尺對鉆機立軸垂直度進行檢校。從此次施工中得出了這樣一個經驗：應用上面提到的鉆進工藝與控制措施，基本上可以很好地保障成孔質量，即孔斜率≤1%[7]。

5.2 工藝參數控制與漿、水、氣的經常性檢測

必須嚴格在高噴灌漿施工中嚴格執行工藝參數，其控制要點具體包括進漿量、轉速以及提速等。灌漿漿液合格拌制的根本是適宜而優質的漿液材料，這一類材料必須和設計要求相符，不得在工程中使用不合格的材料。一定要按照配合比和配置程序嚴格進行漿液的配置，良好的流動性與穩定性是配置好的漿液所應該具備的兩個特性，制備好的漿液距離用完的時間應該不大于2小時。在高噴灌漿施工中，應該對氣量、水壓以及漿量進行經常性的檢測。與此同時，還應該對漿液進漿與回漿之間的比重進行經常性的測驗。一般來說，每20～30分鐘測量和記錄一次進漿密度和回漿密度，應該派專人每秒時刻不間斷的觀察水壓，進而可以及時處理壓力驟增或突降，孔口回漿量或濃度異常等狀況。應該將噴漿作業暫停，當出現進漿比重誤差大于0.1的時候，同時應該立即將漿液灰度比進行調整，之后快速進入噴漿作業的狀態中。在供漿沒有出現異常，孔口回漿密度由于變小難以與設計要求相符合的時候，應該將進漿量或密度加大。

5.3 中斷噴漿的處理（復噴）

在高噴作業中，應該保障供漿、水、氣等管路系統的暢通性和密封性。在噴射中應該隨時對設備運行情況進行檢查，提升各環節之間的配合度，以免出現中斷的現象。當遇到停電、不足的漿泵供漿量、異常的孔口回漿以及不夠的高壓水泵壓力等突發狀況時，注漿會中斷。當噴漿恢復后，復噴長度必須為0.5米，保障板墻的連續、可靠這兩個特性。此次工程的孔深較大，因而需要卸管。卸管后，需下放噴射管進行復噴，搭接長度應不下于0.2米[8]。

6 特殊情況處理

特殊情況主要有下述九種：①應及時查明出現于高噴灌漿中的壓力驟增或突降、孔口返漿量或濃度異常等狀況的原因并予以措施進行及時處理和解決。②對于出現于高噴灌漿中的孔內嚴重漏漿的狀況，具體應該應用下述措施進行及時處理和解決：當出現孔口不返漿狀況的時候，應該停止噴桿的提升，當恢復時才可再進行此操作，根據孔口返漿量的多少決定噴桿的提升速度，二者呈正相關關系；噴水停止，可進行原位灌漿；將水泥重量1%的水玻璃摻入水泥漿液中；進行水泥粘土漿或水泥砂漿灌注；將米石、黏土、沙等堵漏材料從孔口回填至孔內[9]。③當供漿無異常，孔口返漿量變大或者濃度變小的時候，應該將供水量減小。④當串漿現象發生于噴漿中的時候，應該將串孔封堵住，當結束高噴空灌漿后，迅速對被串孔的進行繼續鉆進或掃孔、噴灌。⑤高噴灌漿應該是不間斷進行的，假如由于故障而中斷，當中段時間大于30分鐘的時候，應該對中斷位置進行準確記錄。當施工恢復后，把噴桿下入到中斷處以下50厘米的地方，針對噴段進行復噴搭接操作，假如噴桿下沒有到位，則為了以免出現斷墻，需要采取先掃孔后噴射的處理措施。⑥當在鉆孔中遇到大漏水量或者大石塊比較集中的地段的時候，就應該先在噴射灌漿前進行級配砂、黏土、礫石的回填，從而減少這一地段地層中比較大的空隙。當灌注水泥砂漿或穩定性漿液沒有吸漿現象出現后，進行噴射水泥漿的操作。⑦當因為出現孔內事故而使其出現廢孔時，必須重新進行鉆孔，在進行開孔前，應該首先通知監理工程師進行新孔位的確定，保障相鄰噴孔之間的搭接不受影響。⑧應該立即停止噴射，當處于大石塊和漂石上下方以及地層交界處的時候，應該靜噴2～3分鐘，并依據返漿狀況適當調整提升速度。⑨當噴射灌漿于漂石和堆石等存在架空地層中的時候，具體可采取下述處理措施：下入噴具前，先對噴孔進行預注漿；停止提升噴具，進行靜壓注漿，將全部的架空地層進行密實的填充。當孔口返漿與相關要求相符合時，才能恢復提升噴具操作；將噴射風壓與水壓降低，將漿液加濃，將供漿量增大，向孔口摻入速凝劑和砂等；假如冒漿過大，則應該提升噴射壓力和速度，但需經現場監理工程師批準后，才可進行此操作[10]。

7 結束語

本篇文章主要從基本原理與優勢、項目基本狀況、主要技術方案、具體施工過程、質量控制要點、特殊情況處理這六個方面對在水利工程防滲中應用高壓噴射灌漿技術進行詳盡而仔細的探索、討論以及分析，以期提供一些可供借鑒的實例，使水利工程施工建設中的防滲指標更加合乎相關標準和要求。通過這一指標的嚴格保障，使水利工程發揮更大的實際效用。