在水利水電施工中高壓噴射灌漿技術(shù)的應(yīng)用

楊 瑞，周 義

（1.武漢海綿城市建設(shè)有限公司，湖北 武漢 430000；2.陜西正格一建筑工程有限公司，陜西 西安 710061）

0 引言

高壓噴射灌漿技術(shù)是一種通過(guò)將灌漿材料高速噴射到工程結(jié)構(gòu)中的空隙或裂縫中，以填充、加固和修復(fù)結(jié)構(gòu)的方法。相比傳統(tǒng)的施工方法，高壓噴射灌漿技術(shù)具有施工效率高、材料利用率高、施工質(zhì)量可控等優(yōu)點(diǎn)。它可以有效地解決工程結(jié)構(gòu)中的滲漏、裂縫、變形等問(wèn)題，提高工程的穩(wěn)定性和安全性。在水利水電施工中，高壓噴射灌漿技術(shù)的應(yīng)用廣泛而深入。它可以用于大壩、水閘、堤防和隧道等工程結(jié)構(gòu)的灌漿加固，有效地提高了工程的抗?jié)B能力和抗震能力。同時(shí)，在水電站的建設(shè)中，高壓噴射灌漿技術(shù)也能夠用于加固水電廠的水源管道、土石壩的壩體以及水電站的導(dǎo)流洞等關(guān)鍵部位，確保工程的安全運(yùn)行和長(zhǎng)期穩(wěn)定。

1 工程概況

本工程的對(duì)象是位于某城市水源河流上游地區(qū)的綜合性水庫(kù)。該水庫(kù)對(duì)城市的生產(chǎn)生活具有重要影響，包括防洪、供給城市用水以及下游農(nóng)田灌溉等方面。該水利工程建于1963 年，并于1965 年初投入使用。在運(yùn)行過(guò)程中，曾進(jìn)行三次大規(guī)模的改建，并對(duì)壩體進(jìn)行了加高處理。近年來(lái)，由于水庫(kù)老化和周邊活動(dòng)的影響，各個(gè)壩段的壓力水位多次超過(guò)規(guī)定要求。為了保障大壩的安全，需要采用高壓噴射灌漿技術(shù)來(lái)處理，以消除大壩滲水問(wèn)題。

2 高壓噴射灌漿技術(shù)的概念和工作原理

高壓噴射灌漿技術(shù)是一種常用于土木工程中的修補(bǔ)和加固方法，通過(guò)將水泥漿料或其他強(qiáng)固性物質(zhì)以高壓注入裂縫、空洞或其他損壞部位，以重新填充和加固結(jié)構(gòu)體的技術(shù)。首先，需要對(duì)待修復(fù)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底的調(diào)查和評(píng)估。這樣可以確定需要修補(bǔ)的位置、程度和材料選擇。然后，在施工前，需要清理和準(zhǔn)備工作區(qū)域，確保表面干燥、清潔，并移除任何雜質(zhì)。接下來(lái)，準(zhǔn)備好的水泥漿料或其他材料會(huì)被注入專用的高壓噴射設(shè)備中。這些設(shè)備通常由一個(gè)高壓泵和一個(gè)噴射槍組成。高壓泵能夠產(chǎn)生足夠的壓力，使材料能夠穿透裂縫和空洞，并填充到需要修復(fù)的位置。當(dāng)噴射槍接觸到待修復(fù)的表面時(shí)，噴射槍會(huì)以高速噴射出漿料。高壓噴射力能夠?qū){料強(qiáng)行推送到混凝土裂縫或孔洞內(nèi)部，填充它們并與周圍的結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合。噴射槍通常具有可調(diào)節(jié)的壓力和噴射速度，以便根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整。在噴射過(guò)程中，操作人員需密切關(guān)注施工區(qū)域，確保材料均勻的填充，并有效地修補(bǔ)損壞部位[1]。一般來(lái)說(shuō)，高壓噴射灌漿技術(shù)可以用于處理混凝土結(jié)構(gòu)中的底部裂縫、墻體裂縫、梁和柱的損壞以及管道或管線的泄漏等問(wèn)題。

高壓噴射灌漿技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：首先，它能夠快速、有效地修復(fù)損壞結(jié)構(gòu)，減少結(jié)構(gòu)進(jìn)一步惡化的風(fēng)險(xiǎn)。其次，噴射灌漿可以達(dá)到很高的精度和控制度，確保修復(fù)材料的均勻性和一致性。此外，該技術(shù)具有耐久性和耐腐蝕性，能夠提供長(zhǎng)期的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

3 水利水電施工中高壓噴射灌漿技術(shù)應(yīng)用過(guò)程

3.1 準(zhǔn)備階段

施工前，必須對(duì)工程地區(qū)進(jìn)行詳細(xì)的勘察，了解地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造及地下水情況等。同時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定噴射灌漿的參數(shù)和方案，包括壓力、灌漿材料和施工方法等。高壓噴射灌漿需要使用專門的設(shè)備和工具，如高壓泵、噴射槍、攪拌機(jī)等，其技術(shù)設(shè)備基本結(jié)構(gòu)如圖1 所示。在施工前，需要對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行檢查、維修和調(diào)試，確保其正常運(yùn)行和安全可靠。高壓噴射灌漿所使用的材料包括水泥、石英砂、高嶺土等。在施工前，需要對(duì)這些材料進(jìn)行驗(yàn)收，檢查其質(zhì)量和性能是否符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，確保材料存放的環(huán)境干燥、通風(fēng)，并按照工程需要進(jìn)行配比和攪拌。

圖1 高壓噴射注漿灌漿技術(shù)設(shè)備基本結(jié)構(gòu)

3.2 制漿與設(shè)備的試運(yùn)行

在施工前，需要根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求和施工圖紙確定灌漿材料的種類、比例及配合比。常用的灌漿材料包括水泥、砂漿、高嶺土等。根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的材料，并進(jìn)行小樣試驗(yàn)，以確保制漿材料的質(zhì)量和穩(wěn)定性。在制漿過(guò)程中，需要按照嚴(yán)格的工藝流程進(jìn)行操作。首先，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，準(zhǔn)確稱取所需材料。然后，將水泥和砂漿按一定比例放入攪拌機(jī)或攪拌桶中，并加入適量的清水進(jìn)行攪拌，直至達(dá)到均勻的漿體。在攪拌過(guò)程中，應(yīng)注意控制水灰比，以確保漿體的流動(dòng)性和黏結(jié)性。

接下來(lái)，進(jìn)行試運(yùn)行前的設(shè)備檢查和調(diào)試。確保高壓噴射灌漿設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)正常，并進(jìn)行潤(rùn)滑、清洗等工作。同時(shí)，對(duì)設(shè)備的安全性進(jìn)行檢驗(yàn)，如檢查電氣設(shè)備的接地是否良好、防護(hù)裝置是否完好等。首先，需要選擇適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)段落進(jìn)行試運(yùn)行。在試驗(yàn)段落中，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行不同條件下的試驗(yàn)操作，如調(diào)整噴射壓力、控制噴射速度、觀察噴射效果等。通過(guò)試運(yùn)行，評(píng)估設(shè)備的穩(wěn)定性和工作性能，以確保其能夠滿足工程要求。其次，在試運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)注意進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄。使用合適的儀器設(shè)備對(duì)噴射壓力、漿體流動(dòng)性、漿液均勻性等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并記錄下試運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)和問(wèn)題。如果發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障或操作不當(dāng)?shù)葐?wèn)題，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理和調(diào)整[2]。最后，在試運(yùn)行結(jié)束后，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，評(píng)估制漿和設(shè)備的運(yùn)行情況。對(duì)于出現(xiàn)的問(wèn)題，及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，并進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。同時(shí)，記錄下相應(yīng)的技術(shù)文件和報(bào)告，為施工提供參考。

3.3 定位與鉆孔

在進(jìn)行高壓噴射灌漿施工前，需要對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)的勘察和測(cè)量。通過(guò)使用全站儀、GPS 等測(cè)量?jī)x器，確定施工區(qū)域的地形地貌、地下水位、土體性質(zhì)等參數(shù)。這些數(shù)據(jù)會(huì)為后續(xù)的定位與鉆孔施工提供參考依據(jù)。在施工過(guò)程中，需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求和勘察結(jié)果確定灌漿點(diǎn)的位置。一般來(lái)說(shuō)，灌漿點(diǎn)應(yīng)該選擇在滲漏較為嚴(yán)重或者土體松軟的位置。通過(guò)對(duì)工程地質(zhì)的分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘察的數(shù)據(jù)，可以確定灌漿點(diǎn)的具體位置。接下來(lái)是鉆孔施工。鉆孔是進(jìn)行高壓噴射灌漿的前提，其質(zhì)量直接影響到后續(xù)灌漿效果。在進(jìn)行鉆孔施工時(shí)，需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定鉆孔的位置和數(shù)量。鉆孔的位置應(yīng)與灌漿點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，鉆孔之間的距離也需要符合設(shè)計(jì)要求。在進(jìn)行鉆孔施工時(shí)，需要選擇合適的鉆孔機(jī)械設(shè)備和工具。根據(jù)工程的具體情況，可以采用旋轉(zhuǎn)鉆孔、回轉(zhuǎn)鉆孔或者沖擊鉆孔等不同的鉆孔方式。同時(shí)，還需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇合適的鉆孔直徑和深度。鉆孔施工過(guò)程中，還需要注意控制鉆孔的垂直度和直徑。通過(guò)使用水平儀、測(cè)量工具等設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鉆孔的垂直度，并及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。另外，還需要使用合適的套管材料來(lái)保持鉆孔的直徑，以防止土體塌方和水泥漿液流失。鉆孔完成后，需要對(duì)鉆孔進(jìn)行清潔。清潔鉆孔可以排除鉆屑和雜質(zhì)，提高灌漿效果。清潔鉆孔的方式可以通過(guò)氣壓吹掃、水沖洗等方法進(jìn)行。

3.4 下噴射桿

在進(jìn)行下噴射桿施工之前，首先要對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行清理和檢查，確保施工區(qū)域沒(méi)有雜物和障礙物。同時(shí)，需要安排專業(yè)人員進(jìn)行勘測(cè)和測(cè)量，明確噴射桿的布置位置和深度。噴射桿施工所需的主要材料包括注漿劑、噴射桿、壓力泵等。在施工前，需要對(duì)這些材料進(jìn)行檢查，確保其質(zhì)量合格，并根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算所需材料的數(shù)量。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定噴射桿的布置位置和間距。使用鉆機(jī)或人工開挖孔洞，將噴射桿嵌入孔洞中。在嵌入噴射桿的過(guò)程中，要保證噴射桿的垂直度和穩(wěn)固性，避免出現(xiàn)傾斜或移位的情況。將噴射桿與注漿泵連接，并確保連接牢固和密封。在連接過(guò)程中，要注意檢查連接處是否存在漏水現(xiàn)象，及時(shí)進(jìn)行修復(fù)和處理。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和施工實(shí)際情況，對(duì)注漿泵的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過(guò)調(diào)整壓力，可以控制噴射桿注漿的速度和流量，確保施工效果的穩(wěn)定和均勻。開始注漿前，需要在噴射桿上設(shè)置好注漿孔和噴嘴[3]。然后，將注漿劑注入注漿泵的容器中，開啟注漿泵，通過(guò)噴嘴將注漿劑噴射到噴射桿內(nèi)部。在注漿過(guò)程中，要控制好噴射時(shí)間和注漿量，確保噴射桿內(nèi)充滿注漿劑，并使其充分滲透到周圍土體中。在噴射桿施工的過(guò)程中，需要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄。通過(guò)使用壓力表、流量計(jì)等設(shè)備，對(duì)注漿壓力和流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保施工過(guò)程的穩(wěn)定和可控。當(dāng)噴射桿注漿到設(shè)計(jì)要求的深度后，停止注漿，并進(jìn)行噴射桿的固化和加固。

3.5 高壓噴射

高壓噴射是高壓噴射灌漿技術(shù)中的核心步驟，其介質(zhì)包括高壓空氣、水泥泥漿和高壓水3 種成分。技術(shù)人員通過(guò)下入噴射管將3 種成分按照預(yù)定的順序進(jìn)行輸送，一般情況下，在此過(guò)程中，要保持2~3min 時(shí)長(zhǎng)的靜噴處理，同時(shí)要根據(jù)技術(shù)參數(shù)的要求，設(shè)定噴射流量，確保記錄數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在以往的施工過(guò)程中，高壓噴射灌漿過(guò)程中，會(huì)受到外界條件的影響，從而造成相應(yīng)的隱患。因而在施工過(guò)程中，必須在施工準(zhǔn)備階段就做好相應(yīng)的質(zhì)量控制工作，減少隱患的產(chǎn)生。

4 高壓噴射灌漿施工中的問(wèn)題及其處理措施

4.1 冒漿問(wèn)題

（1）合理選擇灌漿材料。應(yīng)根據(jù)工程要求和地質(zhì)條件，選擇具有良好抗沖刷性能和適當(dāng)流動(dòng)性的灌漿材料。同時(shí)，對(duì)于需抗?jié)B性能較高的區(qū)域，可以選用具有較高黏結(jié)力的材料，以減少冒漿現(xiàn)象的發(fā)生。

（2）優(yōu)化施工工藝。在高壓噴射灌漿施工過(guò)程中，需要控制灌漿速度和壓力，避免過(guò)大的沖擊力造成地質(zhì)體破壞和冒漿現(xiàn)象的產(chǎn)生。此外，還要合理確定噴孔位置和間距，以確保灌漿材料充分滲透并填充空隙，從而減少冒漿的可能性。

（3）加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和控制。在施工過(guò)程中，應(yīng)設(shè)置合理的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，定期對(duì)冒漿情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和記錄。一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，及時(shí)采取相應(yīng)的控制措施，如調(diào)整噴射壓力、更換灌漿材料等，以避免冒漿問(wèn)題進(jìn)一步擴(kuò)大。此外，還可以通過(guò)增加注視孔或檢測(cè)孔來(lái)實(shí)時(shí)觀察灌漿效果和冒漿情況，以便根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行及時(shí)調(diào)整[4]。

（4）進(jìn)行事后處理和修復(fù)。若出現(xiàn)冒漿問(wèn)題，要及時(shí)進(jìn)行事后處理和修復(fù)，以確保工程質(zhì)量。可采用重灌、封堵等方法，修復(fù)冒漿部位，并加強(qiáng)對(duì)該區(qū)域的監(jiān)測(cè)，防止再次發(fā)生類似問(wèn)題。

4.2 灌漿面凸起和灌漿柱斷開

對(duì)于灌漿面凸起的問(wèn)題，可以考慮調(diào)整灌漿材料的配方。通過(guò)改變水泥與砂漿、填充劑等材料的比例，可以使灌漿材料具有更好的可控性和流動(dòng)性。此外，適當(dāng)調(diào)整灌漿壓力和流量也是關(guān)鍵，以確保灌漿材料均勻分布在工程中，避免出現(xiàn)凸起現(xiàn)象。

針對(duì)灌漿柱斷開的問(wèn)題，可以采取多種手段來(lái)有效解決。一方面，可以加強(qiáng)灌漿管道的設(shè)計(jì)和安裝，確保其密封性和抗壓性能。另一方面，可以增加灌漿管道的支撐和固定，防止其受到外部力的影響而導(dǎo)致斷開。此外，合理控制施工過(guò)程中的施工速度和灌漿量，避免過(guò)快或過(guò)大的壓力造成柱斷開的情況發(fā)生。

最后，為了更好地解決灌漿施工中的問(wèn)題，還可以通過(guò)引入先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)和自動(dòng)化設(shè)備來(lái)提高工程質(zhì)量。例如，可以利用傳感器監(jiān)測(cè)灌漿材料的流量、壓力和溫度等參數(shù)，及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，保證施工質(zhì)量。同時(shí)，可以使用機(jī)器人施工設(shè)備進(jìn)行灌漿作業(yè)，減少人為因素對(duì)施工質(zhì)量的影響[5]。

4.3 固結(jié)體不垂直

在實(shí)際應(yīng)用中，由于地形的限制和場(chǎng)地的復(fù)雜性，固結(jié)體的施工可能受到各種因素的影響，導(dǎo)致灰漿不垂直。這會(huì)嚴(yán)重影響施工質(zhì)量和效率，甚至?xí)＜肮こ贪踩?/p>

為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要采取有效的措施。首先，在施工前，必須對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查和測(cè)量，了解地形、巖層、水文等情況，并根據(jù)這些情況設(shè)計(jì)出合理的施工方案。其次，在施工過(guò)程中，必須選擇合適的噴射機(jī)，并進(jìn)行精確的調(diào)試和校準(zhǔn)，以確保噴漿方向的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。此外，還可以在固結(jié)體周圍設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)，避免物料溢出和固結(jié)體偏移。同時(shí)，還可以采用一些新技術(shù)和新材料來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。例如，利用激光測(cè)距儀等高科技設(shè)備，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的測(cè)量和控制。同時(shí)，也可以使用各種新型材料，如聚合物灰漿、石膏灰等，來(lái)提高固結(jié)體的穩(wěn)定性和垂直度。

5 結(jié)語(yǔ)

高壓噴射灌漿技術(shù)不僅能夠有效地加固巖石和土壤，提高工程的穩(wěn)定性和安全性，還能夠修復(fù)和加固水利水電工程中的裂縫和漏洞，確保工程的長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。在施工過(guò)程中高壓噴射灌漿技術(shù)不僅具備靈活性和高效性，而且能夠適應(yīng)不同地質(zhì)條件和工程要求，為施工提供了極大的便利和保障。