高噴防滲技術(shù)在水利工程技術(shù)中的應(yīng)用

水利工程一般為重大的基礎(chǔ)性民生工程，運(yùn)行周期一般為幾百年，一旦滲漏將會給施工單位帶來重大損失，整體滲漏，將對附近居民造成嚴(yán)重的生命財產(chǎn)損失。所以必須做到有效地防滲措施。高噴防滲是以高壓設(shè)備使?jié){液或水成為20～40MPa左右的高壓流從噴嘴中噴出來、通過沖擊強(qiáng)烈切割和強(qiáng)烈憂動，使?jié){液在射流注入?yún)^(qū)范圍內(nèi)擴(kuò)散，充填裂縫、土層、滲漏及危險區(qū)等，并與周圍的物質(zhì)摻混攪合在一起，在一定時間內(nèi)硬化成凝結(jié)體與周圍物質(zhì)牢固結(jié)合在一起，從而達(dá)到施工的目的。根據(jù)固結(jié)體形狀和噴射移動方向有關(guān)，一般分旋轉(zhuǎn)噴射（簡稱旋噴）、擺動噴射（簡稱擺噴）和定向噴射（簡稱定噴）三種形式。是當(dāng)前垂直防滲中常用的方式，其優(yōu)點(diǎn)在于可以高空、深水和遠(yuǎn)距離作業(yè)。在水利工程中如有蓄水不需要把水庫中水放空，受水深及自然條件影響較小。

一、高壓噴射注漿的原理及基本種類

高壓水噴射流是通過高壓設(shè)備獲得巨大能量后從一定形狀的噴嘴，用一種特定的流體運(yùn)動方式，以很高的速度連續(xù)噴射出來的、能量高度集中的一股液流。高壓噴射流的能量和切割能力（破壞力）與高壓水的流量、噴嘴出口面積、噴嘴入口壓力、水（漿）的密度等有關(guān)。

當(dāng)前，高壓噴射注漿法的基本種類有單管法、二重管法、三重管法，具體應(yīng)用選擇，單管法在水利工程中基本不用。二重、三重可根據(jù)要求和土質(zhì)條件選用。二重管法是使用雙通道的二重注漿管。當(dāng)雙重管鉆進(jìn)到預(yù)定深度后，通過在注漿管底部側(cè)面的一個同軸雙重噴嘴，同時噴射除高壓漿液和壓縮空氣兩種介質(zhì)的噴射流沖出破壞土體，在高壓漿液流和它外圈環(huán)繞氣流的共同作用下，破壞土體的能量顯著增大形成固結(jié)體的直徑明顯增加。此法在水利工程中主要用于海堤和防洪堤，水庫壩體防滲墻使用較少；三重管法：是使用分別輸送水、氣、漿三種介質(zhì)的三重注漿管。在高壓水噴射流和氣流同軸噴射沖切土體，形成較大空隙，再另由注入壓力0.1～1.0MPa的漿液填充，其固結(jié)體直徑較大。（日本稱CJPI法）。三重管法是目前國內(nèi)常用的施工方法之一，在水利工程中使用較普遍，特別在水庫壩體防滲施工中技術(shù)比較成熟，使用比較廣泛。

二、高壓噴射固化過程

高壓噴射所采用的硬化劑主要是水泥。噴射固結(jié)體是一種特殊的水泥——土網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在高壓噴射攪拌過程中，水泥和土被混合在一起，土顆粒間被水泥漿所填滿，水泥水化后在土顆粒的周圍形成了各種水化物結(jié)晶，隨著土體的不斷被擠密，形成了一種特殊水泥土結(jié)構(gòu)。在水泥膠質(zhì)體凝固的作用下，固結(jié)體的強(qiáng)度將不斷提高，具有很高耐久性，可以用在永久工程。

固結(jié)體的形狀可以通過噴射參數(shù)來控制大致可噴呈圓柱狀、板墻狀及扇形狀。三種基本形狀，還有其他的形狀（可根據(jù)工程需要控制），由于地層情況、噴射流脈動和提升速度等因素不均勻，固結(jié)體的周圍很粗糙，呈不規(guī)則脈動，與混凝土塊比較輕很多。固結(jié)體有一層較致密的硬殼，具有較好的防滲性能。

三、高噴防滲施工設(shè)備

高壓噴射灌漿的設(shè)備主要包括高噴臺車、高壓水（漿）泵、成孔鉆機(jī)、泥漿泵、空壓機(jī)、泥漿攪拌機(jī)、噴射管、高壓管等。

鉆機(jī)一般采用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，鉆孔直徑130～150mm，液壓100型。泥漿泵因漿液顆粒作用很容易磨損造成吸入和排出的漿液不穩(wěn)定，要定期進(jìn)行保養(yǎng)和維修。目前使用最多BW150型泥漿泵，動力7.5kw。

噴射系統(tǒng)是高噴灌漿的中心工作系統(tǒng)，非常關(guān)鍵，一般用16-18米垂直高架臺，卷揚(yáng)機(jī)、旋擺機(jī)、噴射管、噴嘴組成。噴射管上下移動是通過卷揚(yáng)機(jī)實(shí)現(xiàn)，噴射管要實(shí)現(xiàn)上下無級調(diào)速移動，以旋、擺、定三種噴射形式工作。高壓噴灌使用壓力一般在35～40MPa，流量70～80 L/min，目前一般使用S2系列高壓泵（聚能）動力75kw，流量>80L壓力53MPa。。高壓壓力一般為35～40MPa，流量70～80 L/min，高壓管采用多層鋼絲纏繞膠管，工作壓力60～80MPa。

四、施工方法及注意事項

1、熟悉高噴工程的設(shè)計文件和圖紙及有關(guān)資料、要求、并編寫施工組織設(shè)計。

2、根據(jù)施工平面圖要求安裝、調(diào)試好進(jìn)場設(shè)備，開挖施工槽、排水溝、泥漿沉淀池，復(fù)核高噴墻軸線的樁粒和標(biāo)高。

3、進(jìn)行高噴試驗，確定正式的技術(shù)參數(shù)，進(jìn)行施工。高壓噴射灌漿的施工工藝流程：

漿液一般由水泥聯(lián)合制機(jī)拌制。嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計要求及高噴灌漿對漿液的要求配比水和水泥用量。普通攪拌機(jī)攪拌不小于90s，高速攪拌機(jī)應(yīng)不小于30s，保證漿液拌制的均勻。并在一定時間內(nèi)使用，超過時間使用前要重新攪拌，防止水泥漿液析水沉淀。水泥漿液從制備至用完的時間不應(yīng)超過4小時。

鉆孔施工順序應(yīng)根據(jù)灌漿設(shè)計要求和現(xiàn)場施工方便的原則進(jìn)行安排，高噴灌漿要求一般分Ⅰ和Ⅱ兩道施工工序，當(dāng)筑壩地質(zhì)比較松散時，Ⅰ、Ⅱ序施工相隔孔過近，在高噴灌漿容易出現(xiàn)串孔串漿、塌孔等現(xiàn)象；若鉆孔過近，孔中的水和泥漿將滲透整個鉆孔周圍，壩體土層形成飽和狀態(tài)，加上高噴注入大量水分，壩體可能會出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，出現(xiàn)壩體裂縫，所以必須根據(jù)現(xiàn)場工況情況，合理安排施工。鉆孔時有時會出現(xiàn)螺旋孔現(xiàn)象，表現(xiàn)為孔壁不完整垂直；縮孔現(xiàn)象，有些地層土層為膨脹土，遇水產(chǎn)生后使孔徑變小，沉淀物過多等，當(dāng)出現(xiàn)這些情況時，鉆孔是達(dá)不到按設(shè)計要求置入噴射管的條件的，必須進(jìn)行重新掃孔處理。

高噴灌漿方法有土石壩壩體、壩基防滲處理中灌漿方法主要有均質(zhì)土壩及寬心墻壩的壩體劈裂灌漿、高壓噴射灌漿、壩基卵礫石層防滲帷幕灌漿等。工程具體用哪一種要根據(jù)具體情況和試驗結(jié)果分析。灌漿過程中，有時會出現(xiàn)各參數(shù)突降或驟增，孔口回漿異常等情況，一旦出現(xiàn)要認(rèn)真對待，仔細(xì)分析。

①當(dāng)孔內(nèi)不冒漿或斷續(xù)冒漿時，有兩種可能：一是土質(zhì)松散，可采取適當(dāng)復(fù)噴；二是附近有空洞、通道等，可采取不提升注漿管繼續(xù)灌漿或拔出注漿管待孔內(nèi)漿液凝固后適當(dāng)灌漿；

②若大量冒漿，壓力稍有下降，便有大量的水或漿涌出，應(yīng)拔出注漿管檢查是否被擊穿或孔洞，

③在高壓泵和注漿泵的吸水管和泥漿儲備箱中適當(dāng)設(shè)置過濾網(wǎng)噴嘴或管路被堵塞，一般被堵壓力會驟然上升。

④流量或壓力突然下降或排量達(dá)不到要求，要考慮存在泄露現(xiàn)象，要對灌漿一些部件進(jìn)行檢查。

五 、如何提高施工質(zhì)量

1、 嚴(yán)格施工程序

施工人員要嚴(yán)格按照設(shè)計要求，施工程序和施工工藝都必須安設(shè)計圖紙進(jìn)行。要對設(shè)計圖紙、設(shè)計說明書、施工技術(shù)要求，詳細(xì)了解，對出現(xiàn)修訂的內(nèi)容要及時通知。做好施工各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)記錄，規(guī)范質(zhì)量檢查，單元工程驗收資料，制訂有效的防范重大質(zhì)量事故發(fā)生和補(bǔ)救計劃。我國在高噴注漿防滲技術(shù)上，近幾年通過不同規(guī)模的水工建筑積累了豐富的經(jīng)驗，已形成標(biāo)準(zhǔn)，所以規(guī)范要求是強(qiáng)制性條文，必須嚴(yán)格執(zhí)行，才能確保工程質(zhì)量。

2、進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)、真實(shí)的現(xiàn)場噴射試驗

噴射試驗是高噴進(jìn)行各種參數(shù)設(shè)定的重要依據(jù)，對工程質(zhì)量有重大影響。試驗要科學(xué)地選擇有代表性的地層進(jìn)行高噴注漿現(xiàn)場試驗。要采用群孔進(jìn)行，以確定高噴灌漿的方法及其適用性，尋找最佳有效噴射范圍、施工參數(shù)、漿液性能要求適宜的孔距排距、墻體防滲性能等，確保施工質(zhì)量。

3、嚴(yán)格控制各施工參數(shù)

噴射布設(shè)裝備時，要根據(jù)設(shè)計要求，布設(shè)防滲刺墻，墻高要符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，墻厚要與設(shè)計一致。根據(jù)多年的經(jīng)驗，子距L一般為2.0m，有效半徑達(dá)1.8m，擺角一般為15°。提升速度一般為10cm/min.噴嘴型號為2mm，氣嘴7mm，水壓為29.4～34.3MPa，空氣壓735kPa.高噴灌漿是高噴防滲施工中一道非常重要的工序，是一項多種介質(zhì)同步作用的整體性施工。涉及參數(shù)較多，在噴射灌漿中，各個參數(shù)的科學(xué)正確設(shè)計，是要保證施工質(zhì)量的重要一環(huán)，一旦某一項參數(shù)發(fā)生變化有可能影響或?qū)е鹿探Y(jié)體防滲墻的質(zhì)量。有的隱患一年半載就能表現(xiàn)出來，有的可能十幾年后出現(xiàn)。

4、注意各施工細(xì)節(jié)，杜絕或減少施工事故發(fā)生

高噴灌漿工藝細(xì)節(jié)比較多，每個細(xì)節(jié)都很容易導(dǎo)致施工質(zhì)量，在施工中不要忽略一些施工細(xì)節(jié)。一般來說質(zhì)量問題都出現(xiàn)在施工事故當(dāng)中，堵絕和減少施工事故發(fā)生就是保證施工的質(zhì)量。

六、結(jié)語

高壓噴射是水利工程因為開挖量小，占地少，設(shè)備少 、效率高、對周圍環(huán)境破壞少等特點(diǎn)，近幾年在海堤、防洪堤及水庫壩體防滲施工中得到廣泛的應(yīng)用，但是因具有鉆孔難度大、壓力控制系統(tǒng)密封件易損、灌漿液參數(shù)設(shè)計難以配比、環(huán)境惡劣等等因素，給高噴防滲水利施工的質(zhì)量控制帶了一定的難度，作為施工技術(shù)人員，一定要熟悉施工工藝過程，控制好關(guān)鍵環(huán)節(jié)的質(zhì)量，做好整個工程全過程的管理，保證施工質(zhì)量。

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