高壓噴射灌漿在圍堰防滲中的應(yīng)用思路漫談

【摘要】圍堰滲漏現(xiàn)已成為大壩建設(shè)主要的安全隱患，嚴(yán)重威脅了大壩建設(shè)的安全性與穩(wěn)定性。近年來，隨著防滲技術(shù)的不斷進(jìn)步，高壓噴射灌漿技術(shù)在圍堰防滲中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。本文就高壓噴射灌漿技術(shù)的技術(shù)原理、施工工藝、工作參數(shù)等環(huán)節(jié)進(jìn)行深入探討，以供廣大同行參考與研究。

【關(guān)鍵詞】高壓噴射灌漿；圍堰防滲；原理；工藝；參數(shù)

前言

圍堰是水電大壩基坑開挖時(shí)，用于阻擋水流進(jìn)入的臨時(shí)設(shè)施，便于水電大壩施工作業(yè)的良好開展。一般來說，圍堰建設(shè)時(shí)需要做好防滲處理，降低抽水量。如果圍堰防滲處理質(zhì)量不高，一旦出現(xiàn)了圍堰滲漏的情況，會(huì)對壩體產(chǎn)生極大的沖擊，影響壩體建設(shè)工程的進(jìn)展。高壓噴射灌漿是目前用于圍堰防滲工作中最為有效的技術(shù)之一，在國內(nèi)各大水電站建設(shè)中扮演了不可或缺的角色。

一、高壓噴射灌漿技術(shù)原理

高壓噴射灌漿主要是通過將噴射管中的高壓水、泥漿或者氣體噴射出來，在噴射時(shí)，噴射管中的物質(zhì)會(huì)將土體進(jìn)行切分，在強(qiáng)大的壓力沖擊下形成泥漿，接著從下至上持續(xù)的灌注水泥砂漿或純水泥漿，就可以將泥漿升揚(yáng)至地面。泥漿會(huì)在地面形成一層防滲膜，該層防滲膜不僅具有較高的強(qiáng)度，而且滲透系數(shù)非常小，防滲性能極佳，地基承載力也得到了明顯提升。

高壓噴射灌漿技術(shù)還有著其他防滲技術(shù)不具備的特點(diǎn)，即灌漿的可灌性與可控性，主要體現(xiàn)在其在作業(yè)時(shí)，不會(huì)對非噴射位置產(chǎn)生影響，僅在射流作用的范圍內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散與充填。而且高壓噴射灌漿形成的凝結(jié)體不是單一因素作用的結(jié)果，是通過地層因素與工作因素為主導(dǎo)，壓力、風(fēng)力因素為輔共同作用的結(jié)果。

（一）沖切摻攪作用 高壓噴射灌漿技術(shù)能夠通過較高壓力將水、泥漿或氣體噴射出來，噴射出來的物質(zhì)有極強(qiáng)的切割作用，可以快速將土體分割沖切，破壞原本的土體結(jié)構(gòu)，然后使土體碎小顆粒與漿液充分混合。

（二）升揚(yáng)置換作用 高壓噴射灌漿作業(yè)時(shí)，壓縮空氣不僅能夠保護(hù)切流束，還可以在能量釋放的過程中使氣泡將土體顆粒攜帶并升揚(yáng)至地表。依靠高壓噴射灌漿技術(shù)，將土體中的部分顆粒置換到地面并使?jié){液充分填充至土體空隙中，可以明顯優(yōu)化地層組分，提高其地基承載力的同時(shí)具備極佳的防滲性能。

（三）填充擠壓作用 在射流束終端部位，能量衰減較多，已經(jīng)無法達(dá)到切割土體的目標(biāo)，但是卻可以對土體產(chǎn)生一定的擠壓力，使土體與漿液緊密結(jié)合。在噴射結(jié)束后，受到靜壓的影響，灌漿作業(yè)不會(huì)立刻停滯，仍會(huì)對漿液與土體產(chǎn)生擠壓力，進(jìn)一步使土體與漿液結(jié)合。

（四）滲透凝結(jié)作用 高壓噴射灌漿作業(yè)形成的凝結(jié)體不僅會(huì)在作業(yè)區(qū)域內(nèi)起到極佳的防滲作用，還可以向作業(yè)區(qū)域周邊擴(kuò)散與滲透，形成一層有著一定防滲性能的滲透凝結(jié)層，一般來說，這層滲透凝結(jié)層的厚度與作業(yè)區(qū)域地層滲透性與級配有著直接的聯(lián)系。因此，高壓噴射作業(yè)之前需要對作業(yè)區(qū)域地層條件進(jìn)行細(xì)致的考量。

二、高壓噴射灌漿技術(shù)施工設(shè)備

高壓噴射灌漿的方法有三種，即單管法、雙管法與三管法，不過三管法以期優(yōu)越的結(jié)石率與強(qiáng)度得到了施工人員的廣泛青睞。三管法首先使用高壓水將土體切割，然后再用高壓漿對土體進(jìn)行再次切割。兩次切割時(shí)，由于兩孔的間距比較大，高壓水不會(huì)對高壓漿產(chǎn)生較大的稀釋作用，明顯的提高了噴射灌漿半徑，也從根本上提升了凝結(jié)體的強(qiáng)度與結(jié)石率。

用于高壓噴射灌漿的主要設(shè)備有高壓泥漿泵、高壓水泵、鉆機(jī)、泥漿泵、空壓機(jī)、攪灌機(jī)、膠管等，下面進(jìn)行分類闡述。

（一）鉆孔設(shè)備 常用的鉆孔設(shè)備有三種，即改進(jìn)型工程鉆機(jī)、地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)與套管跟進(jìn)鉆機(jī)。一般來說，用于高壓噴射灌漿作業(yè)的鉆孔設(shè)備多為地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，該鉆機(jī)操作極為簡單，而且國內(nèi)大多數(shù)圍堰防滲施工作業(yè)地層較淺，其性能能夠充分滿足作業(yè)需求。該種鉆機(jī)常備鉆頭有合金制、鋼粒制與金剛石制三種，能夠滿足地質(zhì)條件不甚復(fù)雜區(qū)域的作業(yè)需求，如果作業(yè)區(qū)域地質(zhì)條件較為復(fù)雜，不建議采用該種鉆機(jī)。

（二）高壓水泵 高壓水泵的主要功能是為噴射灌漿提供充足的壓力，保證高壓射流束能夠完全將土體切割成小顆粒土塊，這對射流束的壓力要求極高。因此，在選擇高壓水泵時(shí)，盡量選擇輸出壓力較高的水泵。

（三）空壓機(jī) 空壓機(jī)的主要功能是產(chǎn)生壓縮空氣保護(hù)射流束，避免射流束受到其他因素影響使能量衰減嚴(yán)重，降低射流束切分土體質(zhì)量。一般來說，空壓機(jī)的排氣壓力需要在7-8kg/cm2才能起到保護(hù)射流束的作用。另外空壓機(jī)還能夠參與升揚(yáng)置換的過程，提高圍堰的防滲性能。

（四）灌漿泵 灌漿泵的主要功能是將形成的漿液灌入地層中，使其充分填充于地層空隙之中并與土體緊密結(jié)合，加強(qiáng)圍堰的防滲性能。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，必須保證灌漿泵提供的壓力與流量滿足作業(yè)需求。一般來說，在圍堰防滲施工作業(yè)中，多采用單柱塞灌漿泵，該設(shè)備的最大工作壓力為1MPa，最高流量可達(dá)80L/min。

（五）噴射裝置 噴射裝置的主要功能是將制備完成的漿液注入地層，使?jié){液與地層充分結(jié)合。一般來說，噴射裝置分為三個(gè)部分，即噴頭、噴射管與高壓龍頭。采用三管法高壓噴射灌漿時(shí)，需要將三管分別密封，密封性檢測無誤后再行作業(yè)，避免因密封性問題出現(xiàn)泄漏的情況。

三、高壓噴射灌漿施工工藝流程與主要參數(shù)

高壓噴射灌漿施工工藝主要分為六個(gè)主要流程，第一個(gè)流程為定孔，即確定鉆機(jī)鉆孔位置，定孔需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行并且還需要經(jīng)過多次復(fù)核后方可確定。第二個(gè)流程為鉆孔，即采用鉆孔機(jī)在定孔處進(jìn)行鉆孔作業(yè)，鉆孔作業(yè)之前需要對作業(yè)區(qū)域地層、地質(zhì)條件進(jìn)行充分的研究并做好整理與歸納工作，采用合適的鉆頭作業(yè)。第三個(gè)環(huán)節(jié)為下噴射裝，即將注漿管插入地層，保證插入深度符合設(shè)計(jì)要求，為了避免出現(xiàn)泥沙將噴嘴堵塞的情況，可以在插管的同時(shí)噴水，控制噴水壓力在1MPa以內(nèi)即可。第四個(gè)環(huán)節(jié)為制漿，即噴水將土體切分并與小顆粒土體充分混合形成泥漿。第五個(gè)環(huán)節(jié)為噴射，當(dāng)噴嘴抵達(dá)設(shè)計(jì)要求深度后，從下至上進(jìn)行噴射作業(yè)，這一環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵在于漿液初凝時(shí)間、風(fēng)量、壓力、注漿流量、提升速度的控制。最后一個(gè)環(huán)節(jié)為旋轉(zhuǎn)、提升與定向，按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行即可。高壓噴射灌漿的施工參數(shù)是整個(gè)施工作業(yè)的核心部分，一般需要根據(jù)地層情況與單樁試驗(yàn)結(jié)果方可確定。

結(jié)束語

高壓噴射灌漿在圍堰防滲中有著極為重要的應(yīng)用價(jià)值，施工的重點(diǎn)在于結(jié)合施工條件、地層、地質(zhì)條件合理選擇施工設(shè)備，確定施工參數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用過程中，施工人員需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行作業(yè)，保證施工質(zhì)量。本文就高壓噴射灌漿技術(shù)的技術(shù)原理、施工工藝、工作參數(shù)等環(huán)節(jié)進(jìn)行深入探討，以供廣大同行參考與研究。

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