小議水利工程中高壓噴射灌漿施工技術(shù)

王曉嶸

（山西省汾河灌溉管理局，山西 祁縣 030900）

20世紀(jì)70年代初，日本將高壓水射流技術(shù)應(yīng)用于軟弱地層的灌漿處理，成為一種新的地基處理方法--高壓噴射灌漿法。它是利用鉆機(jī)造孔，然后將帶有特制合金噴嘴的灌漿管下到地層預(yù)定位置，以高壓把漿液或水、氣高速?lài)娚涞街車(chē)貙?，?duì)地層介質(zhì)產(chǎn)生沖切、攪拌和擠壓等作用，同時(shí)被漿渡置換、充填和混合，待漿液凝固后，就在地層中形成一定形狀的凝結(jié)體。

通過(guò)各孔凝結(jié)體的連接，形成板式或墻式的結(jié)構(gòu)，不僅可以提高基礎(chǔ)的承載力，而且成為一種有效的防滲體。由于高壓噴射灌漿具有對(duì)地層條件適用性廣、漿液可控性好、施工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外都得到了廣泛應(yīng)用。我國(guó)已運(yùn)用該技術(shù)處理了近百項(xiàng)防滲工程，所構(gòu)筑的防滲板墻約百萬(wàn)平方米，在大顆粒地層、動(dòng)水、淤泥地層和堆石堤(壩)等場(chǎng)合，應(yīng)用高壓噴射灌漿技術(shù)具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

1 高壓噴射灌漿作用分析

高壓噴射灌漿的漿液以水泥漿為主，其壓力一般在10～30MPa，它對(duì)地層的作用和機(jī)理有如下幾個(gè)方面：

1.1 沖切摻攪作用。高壓噴射流通過(guò)對(duì)原地層介質(zhì)的沖擊、切割和強(qiáng)烈擾動(dòng)，使?jié){液擴(kuò)散充填地層，并與土石顆粒摻混攪和，硬化后形成凝結(jié)體，從而改變?cè)貙咏Y(jié)構(gòu)和組分，達(dá)到防滲加固的目的。

1.2 升揚(yáng)置換作用。隨高壓噴射流噴出的壓縮空氣，不僅對(duì)射流的能量有維持作用，而且造成孔內(nèi)空氣揚(yáng)水的效果，使沖擊切割下來(lái)的地層細(xì)顆粒和碎屑升揚(yáng)至孔口，空余部分由漿液代替，起到了置換作用。

1.3 擠壓滲透作用。高壓噴射流的強(qiáng)度隨射流距離的增加而衰減，至末端雖不能沖切地層，但對(duì)地層仍能產(chǎn)生擠壓作用；同時(shí)，噴射后的靜壓漿液對(duì)地層還產(chǎn)生滲透凝結(jié)層，有利于進(jìn)一步提高抗?jié)B性能。

1.4 位移握裹作用。對(duì)于地層中的小塊石，由于噴射能量大，及升揚(yáng)置換作用，漿液可填滿(mǎn)塊石四周空隙，并將其握裹；對(duì)大塊石或塊石集中區(qū)，如降低提升速度，提高噴射能量，可以使塊石產(chǎn)生位移，漿液便深人到空(孔)隙中?？傊?，在高壓噴射、擠壓、余壓滲透以及漿氣升串的綜合作用下，產(chǎn)生握裹凝結(jié)作用，從而形成連續(xù)和密實(shí)的凝結(jié)體。

2 高壓噴射凝結(jié)體

2.1 凝結(jié)體的型式

凝結(jié)體的型式與高壓噴射方式有關(guān)。常見(jiàn)的有3種：①?lài)娮靽娚鋾r(shí)，邊旋轉(zhuǎn)邊垂直提升，簡(jiǎn)稱(chēng)旋噴，可形成圓柱形凝結(jié)體；②噴嘴的噴射方向固定，則稱(chēng)定噴，可形成板狀凝結(jié)體；③噴嘴噴射時(shí)，邊提升邊擺動(dòng)，簡(jiǎn)稱(chēng)擺噴，形成啞鈴狀或扇形凝結(jié)體

2.2 結(jié)構(gòu)布置型式

為了保證高壓噴射防滲板(墻)的連續(xù)性與完整性，必須使各單孔凝結(jié)體在其有效范圍內(nèi)相互可靠連接，這與設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)布置型式及孔距有很大關(guān)系。

常用的結(jié)構(gòu)布置型式中，柱擺結(jié)構(gòu)和旋噴套接結(jié)構(gòu)的防滲效果較好。

孔距的確定關(guān)系到凝結(jié)體間的可靠連接和工程進(jìn)度與造價(jià)?？拙鄳?yīng)根據(jù)地層條件、防滲要求、施工方法與工藝、結(jié)構(gòu)布置型式及孔深等因素綜合考慮，重要的工程應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。

3 高壓噴射灌漿的施工方法

日前，高壓噴射灌漿的基本方法有：?jiǎn)喂芊?、雙管法、二管法及多管法等幾種，它們各有特點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)工程要求和地層條件選用。

3.1 單管法。采用高壓灌漿泵以大于20MPa的高壓將漿液從噴嘴噴出，沖擊、切割周?chē)貙?，并產(chǎn)生攪和、充填作用，硬化后形成凝結(jié)體。該方法施工簡(jiǎn)易，但有效范圍小。

3.2 雙管法。有兩個(gè)管道，分別將漿液和壓縮空氣直接射人地層，漿壓達(dá)45～50MP，氣壓 1～1.5MPa。由于射漿具有足夠的射流強(qiáng)度和比能，易于將地層加壓密實(shí)。這種方法工效高、效果好，尤其適合處理地下水豐富、含大粒徑塊石及孔隙率大的地層。

3.3 三管法。用水管、氣管和漿管組成噴射桿，水、氣的噴嘴在上，漿液的噴嘴在下。隨著噴射桿的旋轉(zhuǎn)和提升，先由高壓水和氣的射流沖擊擾動(dòng)地層，再以低壓注入濃漿進(jìn)行摻混攪拌。常用參數(shù)為：水壓38～40MPa，氣壓0.6～0.8MPa，漿壓 0.3～0.5MPa。

如果將漿液也改為高壓 (漿壓選20～30MPa)噴射，漿液可對(duì)地層進(jìn)行二次切割、充填，其作用范圍就更大，這種方法稱(chēng)為新三管法。

3.4 多管法。其噴管包含輸送水、氣、漿管、泥漿排出管和探頭導(dǎo)向管。采用超高壓水射流(40MPa)切削地層，所形成的泥漿由管道排出，用探頭測(cè)出地層中形成的空間，最后由漿液、砂漿、礫石等置換充填。多管法可在地層中形成直徑較大的柱狀凝結(jié)體。

4 施工程序與工藝

高壓噴射灌漿的施工程序主要有；造孔、下噴射管、噴射提升(旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng))、最后成樁或墻。

4.1 造孔。在軟弱透水的地層進(jìn)行造孔，應(yīng)采用泥漿固壁或跟管(套管法)的方法確保成孔。造孔機(jī)具有回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)、沖擊式鉆機(jī)等。目前用得較多的是立軸式液壓四轉(zhuǎn)鉆機(jī)。為保證鉆孔質(zhì)量，孔位偏差應(yīng)不大于1～2cm，孔斜率小于1%。

4.2 下噴射管。用泥漿固壁的鉆孔，可以將噴射管直接下入孔內(nèi)，直到孔底。用跟管鉆進(jìn)的孔，可在拔管前向套管內(nèi)注八密度大的塑性泥漿，邊拔邊注，并保持液面與孔口齊平，直至套管撥出，再將噴射管下到孔底。將噴嘴對(duì)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的噴射方向，不偏斜，是確保噴射灌漿成墻的關(guān)鍵。

4.3 噴射灌漿。根據(jù)設(shè)計(jì)的噴射方法與技術(shù)要求，將水、氣、漿送人噴射管，噴射1～3min；待注入的漿液冒出后，接預(yù)定的速度自上而下邊噴射，邊轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)，逐漸提升到設(shè)計(jì)高度。進(jìn)行高壓噴射灌漿的設(shè)備由造孔、供水、供氣、供漿和噴灌等5大系統(tǒng)組成。如圖所示為高壓噴射灌漿系統(tǒng)示意圖。

高壓噴射灌漿系統(tǒng)示意圖

其中1為三角架，2為卷?yè)P(yáng)機(jī)，3流量計(jì)，4為高壓水泵，5為空壓機(jī)，6為孔口裝置，7為攪拌機(jī)，8為儲(chǔ)漿機(jī)，9為回漿機(jī)，10為篩，11為噴頭。

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