水利水電工程高壓旋噴灌漿施工質量控制技術研究

寇社民

(南水北調中線干線工程建設管理局 河北分局邢臺管理處，河北 邢臺 054000)

0 引 言

隨著經濟的不斷進步，各類工程建設迅速拓展，水利水電施工工程的規模不斷增大，高壓旋噴灌漿工程在不同的控制技術下有著不同的施工效果。高壓旋噴灌漿以高壓旋噴柱為基礎，噴嘴將水泥漿噴入土層并與土體混合，形成連續搭接的水泥加固體[1]。綜合考慮水利水電工程地基類型和性質，控制水利水電工程高壓旋噴灌漿施工質量，可以嚴格掌控地下原有構筑物的結構，將灌漿與沖刷后的構筑物凝結為一體,制約原有技術存在滲透的不足[2]。根據不同的施工環境，常用的高壓噴射灌漿的方式有單管、二管、三管及多管法，利用噴灌漿自身的射流作用強制性破壞原地層結構，聯合各種工程器件，實現與工程中各種器件的三維連接[3]。傳統的施工質量控制技術控制的施工工程會形成很大的滲水面積，水利水電工程高壓旋噴灌漿施工質量控制技術可以改善這一不足，適合在實際施工中運用[4]。

1 水利水電工程高壓旋噴灌漿施工質量控制技術研究

1.1 估算噴射直徑

影響噴射直徑的主要因素有擺動角度、土粒組成、提升速度、轉動頻率，所以在構建估算公式時，噴射直徑D就是上述因素的綜合函數，函數式為：

D=f(N,Pi,V,θ)

(1)

其中：D為噴射柱的直徑；N為土層的標貫擊數；Pi為噴射管的轉動頻率；V為提速；θ為擺動的角度。

隨機選用水利水電工程中的各項實踐數據，采用三管法將施工過程中的漿流量、氣流量、水流量設置為定值，忽略噴射過程中的噴灌漿壓與氣壓，保證轉動頻率在6～12 r/min[5-7]，綜合考量旋噴樁加固的點，最終使用式(1)計算得到D～N坐標曲線，見圖1。

圖1 D～N曲線

由圖1可知，使用Pmax/P變換圖1中縱坐標，設此時的提升速度最大值Vmax為15 cm/min，對上述的曲線回歸處理，計算得到：

(2)

其中：pmax為最大壓力；b,d為回歸系數。

將噴射直徑長度和擺角繪制上曲線圖中，此時的式(2)就可變換為：

(3)

其中：a1,b1,m為回歸系數。

式(3)表示水利水電工程在同一地層條件下噴擺、定噴與高壓旋噴射柱體直徑的關系，所以在估算噴射直徑時，規定高壓旋噴灌漿的轉動頻率與噴射壓力，直接利用(3)式，即可估算出噴射直徑[7-9]。

1.2 設計施工防滲形式

水利水電工程底部土層較軟，抗剪強度較低，為了防止施工過程中護坡樁產生“踢腳”，在設定施工防滲形式時，沿護坡樁對工程內部土體進行加固，縮短支護樁樁長來控制施工質量，見圖2。

由圖2所示的加固形式，可以增加工程內土的抗剪強度和被動土壓力[10-11]。此時，工程側壁止水帳幕的平面結構和高壓旋噴灌漿樁共同組成止水支護墻體結構，豎向結構下部相對不透水層的懸掛式帷幕上方放置支護樁[12]。最終形成的施工防滲形式，見圖3。

圖2 加固形式

圖3 設計的防滲形式

由圖3所示的防滲形式，利用水平止水帷幕以旋噴體套接的形式形成水平止水板，與豎向帷幕形成一個封閉的“箱形”，形成一個五面止水結構形式，防止施工過程中的意外滲水，保證施工質量[13-14]。

1.3 實現施工質量控制

采用上述的防滲形式，在實現施工質量控制時，還需設置孔距和布置形式。根據水利水電工程的特性，采用交叉折線形連接旋噴與擺噴，將連接方向與軸向夾角控制在20°～40°之間，按照由疏到密的原則分序施工，先噴一序孔，再噴二序孔[15-17]。當出現轉折孔時，適當調整孔距和噴射角，保證轉折孔與鄰孔墻體之間的緊密連接，最終在旋噴套接防滲墻的樁徑的布置形式，形成表1所示的參數。

表1 布置參數

不斷變換表1中的布置參數，保證施工質量的強度和剛度[18-19]。用混凝土將接頭管內澆注滿，待與其相接的地下墻施工完畢后，在其坑(槽)外用旋噴將該接頭管與混凝土地下墻接頭外填滿水泥加固土，用以擋土截水，最終實現對水利水電工程高壓旋噴灌漿施工質量的控制[20]。

2 實 驗

2.1 實驗準備

實驗準備高壓噴射灌漿的工藝技術參數，見表2。

表2 實驗主要工藝技術參數

使用表2中的各項參數，在控制高壓噴射灌漿時，一部分漿液攪渾進入地層，另一部分漿液由孔壁流出地面。使用三管法控制漿液的流向，控制過程中所使用的試驗機械設備及規格見表3。

表3 實驗所需機械設備表

設定水利水電工程地面高程為50.7 m，根據水泵出水量以及抽水歷時折算滲水量，使用西定律的經驗公式計算控制技術的滲水面積，計算公式如下：

K=Q/Ai

(4)

其中：K為滲透系數；Q為滲透流量，取常數1.4 m3/h；A水利工程滲透面積；i為滲透坡度。

分別使用兩種傳統質量控制技術與水利水電工程高壓旋噴灌漿施工質量控制技術進行實驗，對比3種控制技術下水利水電工程的滲水面積。

2.2 實驗結果分析

基于上述準備，最終得到的3種控制方法下的工程滲水面積實驗結果，見圖4。

圖4 3種控制技術最終的實驗結果

由圖4可知，在相同的水利水電工程中運用3種不同的控制技術，傳統控制技術1控制下的工程共有兩處20 m×20 m的滲水區域，滲水區域面積共為800 m2；傳統控制技術2控制下的工程區域共有兩處10 m×10 m的滲水區域，共計200 m2，而水利水電工程高壓旋噴灌漿施工質量控制技術控制的工程共有兩處5 m×5 m的滲水區域，共計50 m2，滲水面積更小。綜上所述，與兩種傳統施工質量控制技術相比，水利水電工程高壓旋噴灌漿施工質量控制技術控制下的水利水電工程面積內的滲水面積最小，適合在實際工程質量控制中運用。

3 結 語

隨著我國城市化建設的不斷發展，水利水電工程已經成為現代化建設的重要工程，不同的施工場所有著不同的地質條件，研究工程中高壓旋噴灌漿施工質量控制技術，能夠針對不同基礎施工的特點，改善傳統質量控制技術中的不足，將水利水電工程控制在安全、高效的層面上，增強質量控制技術的科學性，減少施工過程中的各項損耗，節省水利水電工程的損耗成本，減少資源浪費。