水利工程中高壓噴射灌漿施工技術應用研究

0 引言

水利工程作為國家基礎設施的重要組成部分，其安全性和穩定性直接關系到社會經濟發展及人民生命財產安全。然而，由于地質條件復雜、運行年限較長等因素，許多水利工程存在滲漏問題，嚴重威脅工程的安全運行。

高壓噴射灌漿技術作為一種新型灌槳方法，具有灌漿效果好、施工速度快、固結強度高等優點。近年來，隨著科技的不斷進步，該技術在水利工程施工中得到了廣泛應用[1]

本文以某水庫除險加固工程為背景，系統研究高壓噴射灌漿技術的施工工藝、參數優化及質量控制方法，旨在為類似工程提供技術參考與實踐經驗，進一步提升水利工程的防滲性能和運行安全性。

1工程概況

本工程為某市某水庫除險加固項目，水庫總庫容為1.2×10⁸m³ ，壩體為均質土壩，壩高 45.5m ，壩頂長度320m 。水庫始建于20世紀70年代，因長期運行，壩體在壩基及壩肩部位出現滲漏，最大滲漏量達15L/s，對水庫的安全運行構成嚴重威脅。

地質勘察結果表明，壩基覆蓋層為砂礫石層，厚度8～12m ，滲透系數為 1.2×10^-3cm/s ，下伏基巖為風化花崗巖，裂隙發育，透水性較強。壩體及壩基的滲漏問題已對水庫的正常運行及周邊環境造成較大影響，亟需采取有效措施進行治理。

2高壓噴射灌漿施工技術應用

2.1技術原理及特點

高壓噴射灌漿技術是一種基于高壓射流切割和灌漿固結的地基處理方法，廣泛應用于水利、橋梁、隧道、建筑地基等工程。其原理是利用高壓泵將漿液以20～40MPa的壓力，通過噴嘴噴射高速射流破壞土體結構，使漿液與土體顆粒充分混合，經物理化學反應形成均勻、致密、低滲透性的固結體，從而構建防滲加固體系[2]。

在本工程中，壩基砂礫石層和壩肩風化花崗巖層滲漏嚴重，普通灌漿難以有效封堵裂隙和孔隙。而高壓噴射灌漿技術通過高速射流切割松散土體和裂隙巖體，結合旋轉噴射與提升運動形成連續防滲帷幕，能夠顯著提高壩體抗滲性能。該技術在不破壞原有結構的前提下，可實現高精度、可控性強的灌漿施工，適用于透水性強、裂隙發育、結構松散的地層，能有效提高土體穩定性和抗滲性能。

此外，該技術適應性強、施工靈活、加固效果顯著，尤其適用于砂礫石層、裂隙巖層、粉質黏土及地下水豐富區域，能有效封堵滲漏通道，提高壩基及壩肩抗滲能力。在施工方式上，可根據工程地質條件選擇單管法、雙管法、三管法，以此優化灌漿均勻性和擴散效果。

2.2施工工藝流程

高壓噴射灌漿施工工藝流程包括施工準備、鉆孔、下噴射管、噴射灌漿、回灌及質量檢測等環節。施工工藝流程如圖1所示。

圖1施工工藝流程

2.2.1 施工準備

在施工準備階段，須確保施工設備和漿液配制滿足施工要求。場地平整后，安裝施工所使用的相關設備，檢查設備性能并調試至最佳狀態。設備安裝位置要確保噴射管道的通暢，避免管道壓力損失。漿液配制要求如下：水泥漿水灰比1：1，添加 3% 鈉基膨潤土，攪拌時間不少于 30min ，且漿液需達到流動性良好、無離析的標準，以確保灌漿效果。

2.2.2 鉆孔施工

使用XY-180型地質鉆機進行鉆孔施工，嚴格控制鉆孔深度與孔徑，允許誤差不超過 ±5cm 。施工過程中需實時監測孔位及垂直度，防止孔壁坍塌或偏移。成孔后應逐孔檢測孔徑、孔深和垂直度，驗收合格后方可進行下道工序。終孔時需徹底清理孔壁殘留碎屑和沉積物，保證噴射管道順利及灌漿效果。

2.2.3 噴射管下放

噴射管選用高壓耐腐蝕材料，確保其能夠承受高壓灌漿作業要求。下放作業時，采用自動化提升系統精確控制速度，按設計標高準確下放。同時，噴射管道需保持垂直度，偏差不得超過允許范圍。每節噴射管定位后，應通過實時監測設備檢查管道位置，確保其與設計深度一致，以保證灌漿效果均勻且不偏離設計范圍。

2.2.4 噴射灌漿

使用GPB-90型高壓泵，將漿液通過噴射管以20～40MPa壓力注入地層。操作時，噴射管提升速度應保持在 10cm/min ，并保持旋轉速度穩定，使漿液均勻滲透并逐步加固土體結構。每次噴射時，噴射管應緩慢提升，確保每個孔隙都能被漿液充分填充，形成連續且致密的防滲層。

在實際施工中，還需根據現場地質情況和實際噴射效果，適時調整噴射過程中的漿液流量和噴射管提升速度，確保漿液能夠均勻覆蓋整個設計區域。

2.2.5 回灌施工

噴射灌漿完成后應立即進行回灌施工，其目的是填充可能的空隙，確保固結體的密實性。回灌使用與噴射漿液相同的水泥漿，添加比例保持一致。回灌時注入壓力應適中，避免因注入壓力過高導致漿液溢出。回灌壓力應控制在20MPa以內，漿液流量與壓力應根據孔隙和空隙大小進行調整，確保每個孔位都得到有效補充，避免滲漏通道的形成。

2.2.6 質量檢測

施工完成后，通過鉆孔取芯和壓水試驗進行質量檢測。取芯樣品的抗壓強度應達到5MPa，滲透系數應小于1×10^-6cm/s 。抗壓強度測試采用標準實驗室設備進行，確保結果的準確性。滲透系數測試通過壓水試驗進行，確保防滲墻的滲透系數符合設計要求。對于不合格區域，立即進行補灌處理，直至滿足質量標準。所有施工孔位應進行逐一檢查，確保防滲效果達到設計要求。

2.3施工參數選擇

2.3.1 噴射壓力計算

噴射壓力是高壓噴射灌漿的關鍵參數，直接影響射流對土體的切割效果和漿液的擴散范圍。噴射壓力 P 是高壓噴射灌漿的關鍵參數[4，其計算公式為：

式中： F 為射流沖擊力， A 為噴嘴截面積。

本工程中，針對砂礫石層及風化花崗巖層的地質特性，代入相關數據計算可得噴射壓力 P=30MPa 。該壓力射流能夠有效切割土體并與漿液充分混合。

此外，噴射壓力的選擇還需結合現場地層條件和施工目標進行優化。較高的噴射壓力可以提高射流能量，使漿液能夠穿透土體顆粒間隙，提高灌漿效果，但過高的噴射壓力可能導致噴嘴磨損加劇，影響設備壽命。因此施工過程中需實時監測噴射壓力，并在地層條件變化時適當調整，以保證施工質量和設備的穩定運行。

2.3.2漿液流量計算

漿液流量是控制漿液與土體混合均勻性的重要參數。本工程采用水灰比為1：1的水泥漿，并添加 3% 的鈉基膨潤土以改善漿液的流動性和穩定性。漿液流量 Q 的計算公式為：

Q//FM

式中：v為漿液流速，A為噴嘴截面積。

根據本工程參數，計算可得漿液流量 Q=157L/min 0漿液流量的控制需結合土體滲透性和噴射壓力進行綜合調整，以確保漿液能夠充分滲透至裂隙和孔隙中，實現均勻充填。

此外，為防止漿液在噴射過程中出現離析或沉淀，需定期攪拌漿液并保持流速穩定。合理調整漿液的流變性參數，如增加減水劑或穩定劑，可進一步提升漿液的可操作性，確保高效成漿，避免因流量控制不當導致的灌漿不均或局部滲漏問題。

2.3.3提升速度與旋轉速度控制

提升速度和旋轉速度是控制固結體均勻性和連續性的關鍵參數[5]。提升速度 v_h 與旋轉速度 v_r 的關系可通過式（3）表示：

v_h=kv_r

式中： k 為經驗系數，通常取值為 0.5～1.0

根據本工程參數， k 取值0.67，提升速度 v_h 控制在10cm/min，則旋轉速度 v_r 控制在 15r/min ，才能確保固結體均勻連續。同時，噴嘴直徑選用 2.0mm ，以有效提高射流動能，確保漿液能深入滲透至裂隙中，同時降低噴嘴堵塞的風險。在實際施工過程中，需根據漿液擴散半徑和固結體形成情況，靈活調整提升和旋轉速度，以優化漿液充填效果，提高防滲帷幕的完整性和耐久性。

3應用效果分析

為全面評估高壓噴射灌漿技術在本工程中的應用效果，對施工完成后的固結體進行了強度、抗滲性能及經濟效益等方面的檢測與分析。高壓噴射灌漿施工效果檢測結果匯總表如表1所示。

由表1的檢測結果可知，壩基及壩肩區域的滲漏狀況得到了有效遏制，壩體的穩定性顯著提高，庫區水位變化平穩，且無明顯滲漏復發現象。工程中的灌漿體已與周圍土體形成穩固結合，進而提高了壩基的抗沖刷能力。固結體抗壓強度范圍為 5.2～6.8MPa ，滲透系數為0.8×10^-6～1.0×10^-6cm/s ，防滲墻厚度在 0.82～1.05m 之間，最大滲漏量降至 0.2～0.4L/s ，各項指標均滿足設計要求，合格率達到 100% 。

表1高壓噴射灌漿施工效果檢測結果匯總

施工過程中，通過優化噴射壓力、漿液配比、提升速度及旋轉速度等關鍵參數，使固結體的均勻性和完整性得到顯著提升，防滲帷幕的連續性和致密性得到了充分保障。同時，單孔施工時間控制在2.0～2.4h，較傳統方法提高了 15% 以上的效率。單位造價為 1100～1150 元/ m³ 顯著低于設計上限，進一步提高了工程的經濟可行性。

4結束語

高壓噴射灌漿技術在水利工程中的應用，顯著提升了壩基和壩肩的防滲性能，有效解決了滲漏問題。通過優化施工參數和嚴格的質量控制，形成了高強度、低滲透性的固結體，確保了防滲墻的連續性和完整性。該技術不僅提高了施工效率，還降低了工程造價，具有顯著的經濟效益。綜上所述，高壓噴射灌漿技術在松散土體和裂隙巖體中的防滲加固效果顯著，為類似水利工程提供了可靠的技術支持和實踐經驗，具有廣泛的推廣應用價值。

參考文獻

[1]聶華，黃鈔.富水砂卵石地層盾構隧道聯絡通道高噴灌漿加固施工技術[J].四川建筑，2024，44（5）：140-143.

[2]李翔宇.水庫病險壩防滲加固施工中高壓噴射灌漿的設計及施工技術[J].科學技術創新，2024（15）：143-146.

[3]梁龍燦.行坑朗水庫大壩防滲加固施工技術要點分析[J].中國水能及電氣化，2024（5）：8-12.

[4]蔡家華.三管法高壓噴射灌漿技術在水利水電工程施工中的應用分析[J].四川水泥，2024（2）：142-144.

[5]劉力霞.高噴灌漿技術在公路地基施工中的應用研究[J].交通世界，2023（32）：99-101+104.