高噴灌漿在河道堤防防滲加固中的應(yīng)用

李友明，李時(shí)鴻

（南京振高建設(shè)有限公司，江蘇 南京 211300）

0 引言

施工單位采用高噴灌漿技術(shù)對(duì)河道堤防實(shí)施防滲加固，要全面分析高噴灌漿在河道堤防防滲加固應(yīng)用中存在的問題，將河道堤防所在地的地形地質(zhì)狀況摸清，掌握相關(guān)水文資料，開展現(xiàn)場試驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確把握高噴灌漿施工技術(shù)要點(diǎn)，保障高噴灌漿在河道堤防防滲加固施工中的應(yīng)用效果。

1 高噴灌漿技術(shù)概述

高噴灌漿技術(shù)是指通過鉆機(jī)造孔，向預(yù)定的土層位置下放灌漿管，通過高壓，從灌漿管噴嘴中將漿液和水噴射出來，產(chǎn)生噴射流對(duì)土層進(jìn)行破壞沖擊，土體所含土粒剝落后，部分較為細(xì)小的土粒伴隨漿液從地面冒出，其余土粒與灌入土層的漿液實(shí)現(xiàn)混合攪拌，形成凝結(jié)體。高噴灌漿技術(shù)的原理，是通過射流作用對(duì)地層進(jìn)行切割攪拌，對(duì)地層結(jié)構(gòu)和具體組成進(jìn)行改變，將混合漿液或水泥漿灌入土層，形成凝結(jié)體，據(jù)此實(shí)現(xiàn)對(duì)地基的加固防滲[1]。

高噴灌漿技術(shù)主要具有如下特點(diǎn)。

（1）具有良好的可灌性。該技術(shù)對(duì)土層結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)制破壞，將漿液灌入土層，與土層土粒進(jìn)行混合攪拌，即形成防滲墻體，具有良好的可灌性。

（2）能形成可靠連接。采用高噴灌漿技術(shù)，設(shè)計(jì)合理的灌漿孔距，即能形成可靠連接。

（3）適用性強(qiáng)。高噴灌漿對(duì)第四系所有地層均適用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓旋噴樁或灌漿墻板的良好構(gòu)筑，基礎(chǔ)處理深度超過80m。

（4）機(jī)動(dòng)靈活。該技術(shù)具有較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性和靈活性，所需的施工設(shè)備較為簡單緊湊，因而具有廣泛的使用范圍。該技術(shù)能將工程施工需要作為依據(jù)，有效控制加固范圍。

（5）固結(jié)體形態(tài)具有較強(qiáng)的可控性。一般情況下，為良好滿足工程施工需要，在實(shí)施高噴灌漿的具體過程中，可通過提升速度、調(diào)整旋轉(zhuǎn)、增加壓力，或者對(duì)噴嘴進(jìn)行更換等方法，調(diào)整灌漿流量，據(jù)此形成形態(tài)不同的各類凝結(jié)體。

（6）具有多樣化的噴射方式。高噴灌漿包含傾斜、水平、密集等多種噴射形式，在實(shí)際施工中，可根據(jù)工程實(shí)況和施工需要，對(duì)噴射方式進(jìn)行合理選擇。

（7）具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。高噴灌漿以水泥為主要的漿液原材料，在噴射過程中，部分漿液冒出地面后，對(duì)之進(jìn)行沉淀、除砂以及過濾后，能實(shí)現(xiàn)一定程度的回收利用，呈現(xiàn)出良好的經(jīng)濟(jì)性[2]。

2 高噴灌漿在河道堤防防滲加固應(yīng)用中存在的問題

在采用高噴灌漿技術(shù)對(duì)河道堤防實(shí)施防滲加固的實(shí)踐過程中，部分施工決策和技術(shù)人員缺乏對(duì)高噴灌漿各類工法及其適用條件的詳細(xì)了解。各工法采用不同的破土能量載體和發(fā)生裝置，具有不同的適應(yīng)范圍和使用條件。部分施工決策和技術(shù)人員不熟悉各工法的具體特點(diǎn)和各項(xiàng)適應(yīng)條件，缺乏相關(guān)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，極易在防滲加固施工實(shí)踐中出錯(cuò)。

施工設(shè)計(jì)人員在對(duì)高噴灌漿防滲加固應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，通常在河道堤防施工現(xiàn)場開展高噴灌漿試驗(yàn)，以試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，并結(jié)合安全系數(shù)，對(duì)高噴灌漿各項(xiàng)施工參數(shù)進(jìn)行確定。但凝結(jié)體具有復(fù)雜的形成過程，受諸多因素影響。地基應(yīng)力、地下水文以及施工深度等各項(xiàng)施工條件與現(xiàn)場試驗(yàn)條件存在較大差異，導(dǎo)致高噴灌漿形成的凝結(jié)體在尺寸、形狀等方面與現(xiàn)場試驗(yàn)形成的凝結(jié)體存在較大差異。設(shè)計(jì)人員對(duì)各類影響因素缺乏科學(xué)估計(jì)，難以保障設(shè)計(jì)的科學(xué)性，影響高噴灌漿施工效果。

高噴灌漿施工作業(yè)具有較強(qiáng)的專業(yè)性，要求施工單位具有較高的綜合素質(zhì)。在施工過程中，施工單位未能嚴(yán)格遵循施工設(shè)計(jì)和相關(guān)規(guī)范，對(duì)高噴灌漿全過程缺乏嚴(yán)格監(jiān)測，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工異常和潛在問題，造成施工隱患[3]。

3 高噴灌漿在河道堤防防滲加固應(yīng)用中的施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 對(duì)地質(zhì)材料進(jìn)行分析并開展現(xiàn)場試驗(yàn)

在采用高噴灌漿技術(shù)對(duì)河道堤防實(shí)施防滲加固施工前，要將加固部位的地質(zhì)地形狀況和水文條件摸清，將現(xiàn)場實(shí)際情況作為依據(jù)，結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高噴墻方案進(jìn)行初步選定，合理確定各項(xiàng)工藝參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，按照布置形式和各項(xiàng)工藝參數(shù)開展現(xiàn)場試驗(yàn)，確保試驗(yàn)一次成功，避免多次試驗(yàn)影響工期。對(duì)高噴孔完成測量放樣后，為實(shí)現(xiàn)對(duì)地層巖性的準(zhǔn)確掌握，并對(duì)防滲墻底線高程進(jìn)行合理確定，要沿防滲墻軸線，按照10～20m 的間距布置地質(zhì)先導(dǎo)孔，鉆取芯樣，對(duì)地層巖性進(jìn)行鑒定，并對(duì)地質(zhì)柱狀圖進(jìn)行繪制，為施工提供指導(dǎo)。在全面開展高噴灌漿施工時(shí)，要對(duì)各類地質(zhì)層面存在的變化進(jìn)行準(zhǔn)確掌握，對(duì)鉆孔深度進(jìn)行合理確定，加強(qiáng)凝結(jié)體與基巖面實(shí)現(xiàn)良好連接，將高噴灌漿施工實(shí)況作為依據(jù)，對(duì)提升、旋擺速度進(jìn)行提升，保障各透水層實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量施工，并對(duì)材料消耗進(jìn)行有效控制[4]。

3.2 對(duì)鉆孔斜率進(jìn)行嚴(yán)格控制

采用高噴灌漿技術(shù)對(duì)河道堤防實(shí)施防滲加固施工，要對(duì)鉆孔斜率進(jìn)行嚴(yán)格控制。鉆孔深度通常較大，為保障防滲墻連接的有效性，要對(duì)鉆孔垂直度進(jìn)行嚴(yán)格控制，通過測斜儀測量孔斜，當(dāng)孔深在30m 以下時(shí)，應(yīng)控制鉆孔偏斜率低于1%。在河道堤防施工現(xiàn)場開展試驗(yàn)，并結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)，采取技術(shù)措施對(duì)鉆孔偏斜進(jìn)行有效控制。

（1）采用具有較強(qiáng)鉆進(jìn)能力的鉆機(jī)，對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行水平牢固安裝，確保立軸中心處于與鉆孔中心相同的垂直線，開孔鉆盡量對(duì)大一級(jí)鉆具進(jìn)行采用，根據(jù)要求孔向與孔位對(duì)準(zhǔn)后再實(shí)施開孔操作，確保鉆進(jìn)穩(wěn)定。通過卡尺測量，確保開孔鉆具對(duì)鉛直狀態(tài)的持續(xù)保持。

（2）鉆進(jìn)砂卵石層后，考慮圓滑的礫石容易導(dǎo)致鉆頭偏滑，產(chǎn)生不均衡阻力，對(duì)鉆頭前進(jìn)方向造成改變，導(dǎo)致鉆孔偏斜，要通過上下反復(fù)活動(dòng)，防止地層所含的圓滑顆粒導(dǎo)致鉆頭發(fā)生滑移而造成鉆孔偏斜。

（3）在鉆進(jìn)過程中，要對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行檢查，防止其發(fā)生移動(dòng)，避免立軸鉆進(jìn)方向出現(xiàn)變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常并加以糾正；對(duì)井位測斜儀進(jìn)行分段使用，實(shí)施鉆孔測斜，對(duì)于不符合垂直度要求的情況，要及時(shí)實(shí)施掃孔糾偏。

（4）為避免出現(xiàn)孔斜，采用性能良好的施工機(jī)械，并熟練應(yīng)用鉆孔方法，在必要情況下，對(duì)自動(dòng)糾偏鉆機(jī)進(jìn)行使用[5]。

3.3 對(duì)造孔和高噴施工間隔進(jìn)行把握

對(duì)河道堤防實(shí)施防滲加固，要對(duì)造孔和高噴施工間隔進(jìn)行把握，并通過有效措施實(shí)施護(hù)壁。高噴孔通常遵循Ⅲ序加密施工原則，先實(shí)施鉆機(jī)造孔，移走鉆機(jī)后，通過高噴灌漿臺(tái)車實(shí)施高噴作業(yè)。高噴速度通常比鉆孔速度要快。對(duì)此，一臺(tái)高噴臺(tái)車通常需要多臺(tái)鉆機(jī)進(jìn)行配合。為避免工作面條件和分序施工造成的限制，防止臺(tái)車頻繁移動(dòng)對(duì)功效造成不良影響，在施工實(shí)際中，通常先造大量的孔，再實(shí)施高噴作業(yè)。通常在造孔完成1—7d的范圍內(nèi)實(shí)施高噴。對(duì)于砂卵石層，采用傳統(tǒng)工藝實(shí)施泥漿護(hù)壁，需耗用大量的塑性漿液，形成較高的護(hù)孔成本，同時(shí)，噴射導(dǎo)致漿液冒串，會(huì)引發(fā)嚴(yán)重塌孔，降低成孔率[6]。對(duì)此，向孔中下入特制帶徑向條縫的PVC 塑料花管實(shí)施護(hù)壁，能形成良好的護(hù)孔效果。高壓射流對(duì)土層進(jìn)行強(qiáng)力沖擊，極易破壞土層，不會(huì)對(duì)高噴質(zhì)量造成不良影響，還能解決塌孔問題。

3.4 對(duì)高噴回漿進(jìn)行合理利用

采用老三管法實(shí)施高噴灌漿施工，會(huì)形成較大的孔口冒漿量，應(yīng)對(duì)之凈化回收，避免漿材浪費(fèi)和環(huán)境污染。對(duì)河道堤防實(shí)施防滲加固，要在實(shí)施高噴灌漿施工的同時(shí)，對(duì)孔口返漿實(shí)施回收利用。在保障工程質(zhì)量的基礎(chǔ)上，按照回漿比重，再次開展配漿灌注[7]。對(duì)于砂卵石層和砂層形成的回漿，要利用凈化池沉淀粗顆粒，對(duì)之進(jìn)行利用。通常，不對(duì)淤泥層、粘土層和極細(xì)砂層形成的回漿加以利用，因?yàn)殡y以利用凈化系統(tǒng)將漿液中混雜的粉細(xì)砂和泥質(zhì)分離凈化。

3.5 重視并加強(qiáng)孔口補(bǔ)漿

河道堤防的砂卵石層具有較強(qiáng)的透水性，在高噴漿液與土層顆?；旌夏痰木唧w過程中，受漿液析水影響，固結(jié)體頂部會(huì)形成較大沉陷，影響建筑基礎(chǔ)與加固地基的緊密結(jié)合，容易造成脫空[8]。對(duì)此，完成噴漿后，要及時(shí)利用送漿管路將濃漿補(bǔ)充入孔內(nèi)，直到漿面停止下沉，據(jù)此保障防滲墻質(zhì)量。

3.6 加強(qiáng)對(duì)高噴返漿異常的處理

在施工設(shè)備正常運(yùn)行，且各項(xiàng)工藝參數(shù)正確的情況下，相鄰孔串漿和地層漏漿會(huì)導(dǎo)致孔口出現(xiàn)返漿異常。對(duì)此，要將孔口返漿實(shí)況作為依據(jù)，對(duì)異?？锥螌?shí)施有效處理。

（1）當(dāng)孔口出現(xiàn)不返漿的情況時(shí)，停止提升高噴管，實(shí)施靜噴；保持原有的進(jìn)漿量、風(fēng)壓和漿壓，對(duì)水壓力進(jìn)行降低，將砂填入孔內(nèi)，或者摻加速凝劑；為避免卡管，可將高噴管提高5cm；實(shí)施上述措施后，孔口正常返漿后，對(duì)水壓以及各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使之回歸正常，再對(duì)高噴管進(jìn)行正常提升。

（2）孔口有返漿，但狀態(tài)異常時(shí)，可對(duì)高噴管實(shí)施間隔提升，返漿恢復(fù)正常后，對(duì)噴射實(shí)施正常提升。

（3）為解決卵礫石層出現(xiàn)的漏漿問題，可在套管中預(yù)先對(duì)水泥粘土砂漿實(shí)施靜壓灌注，再實(shí)施高噴灌漿[9]。

3.7 加強(qiáng)對(duì)高噴防滲墻體的連接處理

高噴鉆孔依托高噴水泥漿液構(gòu)成凝結(jié)體，各凝結(jié)體相互連接即形成防滲墻。為保障防滲墻效果，要加強(qiáng)對(duì)高噴防滲墻體的連接處理。

（1）加強(qiáng)對(duì)各高噴孔的連接。為保障高噴墻體所含的各序孔實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的連接，要將透水層地質(zhì)條件作為依據(jù)，綜合考慮孔斜率和鉆孔深度對(duì)高噴孔孔距進(jìn)行確定。在開展高噴灌漿施工的實(shí)踐過程中，對(duì)施工設(shè)備和各項(xiàng)工藝參數(shù)進(jìn)行合理確定后，為方便施工，要盡量避免對(duì)漿壓、風(fēng)壓、水壓實(shí)施過大調(diào)整，對(duì)高噴孔孔距進(jìn)行確定后，要控制噴射管提速，避免過大提速減小防滲凝結(jié)體的實(shí)際影響范圍；避免過小提速影響功效并增加材料消耗。要將現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果作為依據(jù)，結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)，實(shí)施高噴灌漿，控制漿液、氣壓、水壓和流量保持不變，將地層厚度作為依據(jù)，適當(dāng)調(diào)整提速。

（2）加強(qiáng)防滲凝結(jié)體與壩基基巖的連接。在鉆孔施工過程中，通常選取部分高噴孔開展施工，采取芯樣對(duì)地層進(jìn)行核對(duì)，在必要情況下，開展動(dòng)力觸探試驗(yàn)，保障高噴鉆孔深入基巖1m 以上；在實(shí)施高噴灌漿的過程中，要確保高噴凝結(jié)體與基巖形成0.5m 以上的連接段。按照設(shè)計(jì)深度插入噴漿管后，及時(shí)對(duì)漿液進(jìn)行輸送，在預(yù)定深度實(shí)施噴頭噴射時(shí)，僅對(duì)噴頭進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，而不對(duì)之進(jìn)行提升，完成1～3min 的停留后，再對(duì)噴頭進(jìn)行提升，據(jù)此形成高質(zhì)量的下部固結(jié)體。對(duì)基層巖實(shí)施高噴施工，要對(duì)高噴管的實(shí)際提升速度進(jìn)行嚴(yán)格控制，在透水層可暫停提升高噴管，實(shí)施靜噴。

（3）加強(qiáng)防滲凝結(jié)體與其他防滲體的有效連接。對(duì)河道堤防實(shí)施防滲加固，通常是對(duì)堤防固有的防滲結(jié)構(gòu)存在的缺陷進(jìn)行彌補(bǔ)，將壩基透水層存在的滲流截?cái)唷樵鰪?qiáng)防滲加固效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)高水頭作用的有效抵御，要加強(qiáng)防滲凝結(jié)體與其他防滲體的有效連接，建立健全防滲體系。要將設(shè)計(jì)水頭差作為依據(jù)，結(jié)合容許滲漏坡降，對(duì)連接段實(shí)際長度進(jìn)行確定，并遵循施工次序，按照質(zhì)量控制要求，確保連接段形成良好膠接，據(jù)此增強(qiáng)防滲效果，防止?jié)B漏通道的形成[10]。

4 結(jié)語

綜上所述，高噴灌漿技術(shù)具有良好的可灌性，能形成可靠連接且適用性強(qiáng)，還具有機(jī)動(dòng)靈活的特點(diǎn)，固結(jié)體形態(tài)具有較強(qiáng)的可控性。采用高噴灌漿技術(shù)對(duì)河道堤防實(shí)施防滲加固施工，要準(zhǔn)確把握對(duì)鉆孔斜率進(jìn)行嚴(yán)格控制、對(duì)造孔和高噴施工間隔進(jìn)行把握、對(duì)高噴回漿進(jìn)行合理利用、重視并加強(qiáng)孔口補(bǔ)漿、加強(qiáng)對(duì)高噴返漿異常的處理、加強(qiáng)對(duì)高噴防滲墻體的連接處理等施工技術(shù)要點(diǎn)，有效保障防滲加固效果，增強(qiáng)河道堤防的防滲性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)河道堤防的有效加固。