高壓噴射灌漿施工

趙小龍

（遼寧省營口水文局，遼寧營口115003）

高壓噴射灌漿是利用射流切割技術進行原位土體加固的一種方法[1]，該方法具有可控性較好、地層適應性廣泛、成本較低、施工方便等優點，在地質條件相對復雜，施工環境困難的堤防段，具有廣闊的應用前景。按其噴射介質可將其分為單管法、兩管法、三管法及多管法4 種[1]；根據噴嘴的運動軌跡和所形成的固體的形狀，可分為旋轉噴霧、擺錘噴霧和固定噴霧；根據噴嘴的結構，可分為重型管型和列管型。

1 高壓噴射灌漿方法流程

單管法是使用單獨的噴嘴噴泥的方法之一，切割土壤并與土壤混合以形成水泥混凝土結構[2-5]，由于泥漿噴射能量的迅速衰減，對土壤所造成的損害不大，并且形成的冷凝物相對很小，通常只有50～60 cm。該方法操作簡單，至今仍被廣泛使用。

兩管法是基于單管法基礎之上，通過空氣射流的能量衰減比水相對要慢得多[6]，因此，通過在泥漿管外部添加1 根氣管，壓縮空氣可以圍繞泥漿噴射流的外圍同軸噴射，從而提高了噴射流對土壤的切割能力。水泥土凝結通過兩管法來形成，其特點是整體質量好，直徑大，可以超過1.0 m[6]，但缺點是該方法需增加較重的一些機械設備，例如空氣壓縮機。

三管法是使用高壓水切割和破壞土體，同時，周圍的氣流被用來保護水射流以增加其噴射距離[7]。低壓泥漿被用于與土體原位混合，形成不透水，該方法所形成的水泥土凝結體其直徑能夠達到1.2 m，缺點是增加了較重的機械設備，如高壓水泵和空氣壓縮機等，而噴灑的高壓水在一定程度上會稀釋泥漿，從而影響樁基質量。

多管法使用插入的多重管，使超高壓水射流逐漸向下移動，以切割和破壞周圍的土體[8]，并使用真空泵從多根管子中抽出泥漿，從而在地層中形成更大的空間。安裝在噴嘴附近的超聲波傳感器可以及時測量空間的直徑和形狀，然后根據需要選用漿液、砂漿、礫石和其他材料填充[9]，以在地層中形成大直徑柱狀固結體。用這種方法在沙土中形成樁的最大直徑可以達到4.0 m，但設備較復雜且笨重。

確定噴射介質后，最重要的是根據工程目的、工程地質特征和工藝水平確定施工技術參數[9]，包括提升速度、旋轉速度、擺角、進漿的壓力和流量及料漿水灰比等，兩管法需要考慮氣壓和流量，三管法需要考慮水壓和水量，這些參數對樁的質量和項目的單價都有很大的影響，必須通過實驗確定它們的選擇。

2 方法應用

2.1 工程實例概況

丁東水庫自1997 年建成蓄水以來，部分壩段集水溝常年有較大滲漏積水。針對該工程實際，分別采用混凝土防滲薄墻、高壓噴射灌漿防滲墻、水泥土截滲墻等技術進行經濟技術比較，最終確定選用高壓噴射灌漿防滲墻進行除險加固。加固處理后，堵塞了上部集中的滲水通道，滲流路徑增大，出逸坡度減小，出逸點減少，不僅可以保證大壩的安全，而且可以有效地減小水庫滲漏損失。

2.2 工程設計

該項工程加固范圍確定為6+650～6+950和8+800～11+500壩段，防滲墻的軸線總長度為3 000 m，設計標高防滲體的最大高度為19.5 m（嵌入壩體2.0 m），防滲體的底部標高為4.5 m（埋入粘土層中1.5 m，終止于底部粉砂層的頂部），防滲墻的總面積為45 000 m2。防滲墻設計為單排平板墻，布置在大壩的軸線上[6]，高噴涂不透水壁的平均厚度不小于20 cm，壁滲透率小于1×10-6cm/s，壁抗壓強度大于2 MPa。高壓噴射灌漿以單排孔的形式布置，采用擺式噴霧多線連接，孔距為1.5 m，夾角為15°，擺式噴霧角為25°，采用三管法施工，水泥標號為425 普通硅酸鹽水泥。

2.3 施工組織設計

2.3.1 施工程序

施工準備→設備及人員、調試設備→現場試驗→正式施工→工程質量檢查→竣工資料整理。

2.3.2 施工設備選型

高噴施工時為確保鉆孔垂直度，鉆孔宜采用較大型地質鉆機，高噴臺車宜采用第五代以上配置臺車。

2.3.3 施工方法和控制要點

1）高噴孔定位：根據設計要求在施工軸上進行放線定位，每個孔都進行統一編號。

2）打孔：地質鉆機上的所鉆孔徑不少于127 mm ，應使用泥漿循環護壁以確保垂直度，并且偏斜不得大于孔深度的1.5%。

3）降低噴管：首先檢查噴嘴所有部分并妥善保護，然后將噴管降低到設計深度，調整井口擺動裝置，并在噴涂前做好準備。

4）制漿：該項目使用的水泥為325 號普通硅酸鹽水泥，要求通過4 900 孔/cm2標準篩，其水泥細度小于5%；注漿水泥必須根據規格和樣品檢查，分批收集；灌漿水應滿足水工混凝土攪拌的要求；制漿材料的稱量誤差必須小于5%；水泥漿的攪拌時間不少于3 min，使用前將其過篩，從制備到用盡的時間少于2 h。

5）灌漿：啟動高壓水泵、空氣壓縮機、混合器、泥漿泵和其他輔助設備，根據設計要求調整各種工藝參數，然后開始噴射，將孔口返回漿液后，速度將根據設計要求開始增加，從底部向上形成高壓噴射灌漿攔截滲帷幕墻[9]，在灌漿過程中，應隨時檢查泥漿的比重，并注意孔口處的泥漿滲漏現象，以確保防滲墻的連續性。

6）重新注水：在噴水管提到設計高度后，噴射灌漿結束，然后用滿足質量要求的水泥漿連續填充，直到漿不再沉降為止，不滿的上部填充采用粘土回填以夯實密封孔。

7）廢漿排放：要將廢漿排放到指定位置。

2.4 質量檢測

高噴防滲墻的滲透系數，主要通過圍井方法檢查，還可以做井內注水或抽水試驗[6]。高噴灌漿結束后，在指定的位置進行鉆孔取芯檢查。鉆孔取芯宜在高噴完成28 d 后進行。

在指定位置墻的一側開挖檢查，觀察樁完整性、連續性、成墻質量，檢查墻體搭接和墻體傾斜情況[10]，測量兩樁之間搭接值，同時選擇有代表性區域采集墻體樣品做抗壓及滲透室內試驗。

3 高壓噴射灌漿法新技術

3.1 工藝技術

3.1.1 振孔旋噴技術

使用大功率高頻振動錘，在轉彎時將特殊的高壓噴射灌漿管打入地面一定深度，并在抬起灌漿管的同時進行旋轉噴射灌漿，從而分兩步打孔和灌漿，施工和灌漿一次完成并解決。該施工方法不僅提高了施工速度，降低了工程造價，而且減少了泥墻的防護過程，從而提高了工程進度和工程質量[10]。

3.1.2 水漿同軸雙管施工技術

開發水漿同軸雙管施工技術，以滿足項目現場的要求，它的噴射介質不同于一般的兩管旋轉噴涂工藝。 它使用高壓水射流直接切割土壤，并使用低壓漿料被填充，因此該方法可以看作是三管法的簡化[11]。在地面滲漏嚴重的情況下，也可以及時將水泥雙管施工工藝改為雙液灌漿工藝，以確保樁和墻的質量，此特征是單管工藝和雙管漿料工藝所不具備的。

3.1.3 三管法的工藝改進

在三管施工過程中，澆注的高濃度水泥漿將被高壓水射流稀釋并帶出地面，這會影響樁的形成質量并增加水泥消耗[11]。人們設計了一種新型的三管噴嘴，可以有效減少水射流對水泥漿的稀釋作用，該噴嘴用于拉開高壓水噴嘴與氣體噴嘴和注漿噴嘴之間的較大距離（1 500～1 600 mm）。試驗結果表明，新工藝的水泥消耗顯著降低，而旋轉強度相應增加了約30%。

3.2 新材料、新設備

該方法的主要材料是水泥，水泥的量決定了項目的成本，因此在不降低防滲墻的抗滲性能的前提下降低水泥用量非常關鍵[12，13]。主要摻和料包括粉煤灰、粘土等。

4 結語

高壓噴射灌漿法的工藝參數主要結合實踐經驗，并針對特定工程進行現場試驗確定。完善的理論研究將對提高成樁質量、降低工程造價起到積極作用，特別是高壓噴射流有效范圍、固結體的直徑與射流壓力和土體結構的關系、高壓噴射灌漿法的漿液材料配比與固結體的力學性能指標及抗滲性能指標的關系等。傳統的檢查方法包括開挖檢查，物理和機械測試以及滲透性測試[14]，從一管法、二管法到三管法，新的工藝技術都是伴隨著經濟發展的需要而發展起來的。堤防地質條件復雜，某一種工法不能滿足工程的要求，因此針對工程特點，研究新的工藝技術，對高壓噴射灌漿法的應用具有重要的意義[15，16]。