浅谈高压灌浆技术在水利工程中的应用

　　摘要：水利工程中的高压喷射灌浆施工技术由于其特殊性，给施工质量控制工作带来一定的难度。熟悉其施工工艺原理，做好施工前期准备和全过程质量管理，以实例为依据，控制好施工关键环节，保证工程质量。
　　关键词:
　　0前言
　　高喷灌浆具有施工速度快、固结体强大、水泥灌浆不会造成环境和地下水污染，且耐久性较好、施工噪音较小等优点。为确保高喷防渗墙施工质量，必须根据不同土层，合理确定高喷施工参数，有针对性地采用不同的施工工艺，才能保证高喷施工质量，使墙体均匀，连续性好，连接可靠。
　　高喷防渗墙施工中经常会遇到因地层岩性变化带来的塌孔、雍孔、漏浆、串浆、跑浆等现象，也会发生突然停电、突发机械事故等，造成停喷事故，这些都会对工程质量造成一定影响。同时备足易损零件及处理事故所需的各种原材料，避免出现事故恶性循环。
　　1工艺原理
　　1.1冲切掺搅作用
　　高喷技术主要是借助于高压射流，通过冲击切割和强烈扰动，使浆液在射流作用范围内扩散、充填周围土层，并与土石粒掺混搅合，硬化后形成凝结体，从而改变原地层结构和组成，达到防渗和提高承载力的目的。高喷凝结体是多种因素综合作用的结果，高压射流对地层结构的影响范围，取决于比能值E的大小，其表达式为:E=(PQ)/(100v)
　　式中:E——每米旋喷柱耗用的能量(MJ/m)；
　　P——喷射灌浆压力(MPa)；
　　Q——射流浆量(L/min)；
　　v——提升速度(cm/min)。
　　E值大，旋喷柱的直径大，一般选用50～70cm直径较好，但最终应通过现场高喷试验确定。
　　1.2升扬、转换作用
　　高喷施工时，水、气、浆由喷嘴中喷出，压缩空气，除能对水或浆液构成外包气层，使水或浆液射流能透入地层较远距离并维持较大压力破碎地层结构外，还可产生升扬作用，将经射流冲击切削后的土石碎屑和地层中细粒，由孔壁和喷射杆的环状间隙中升扬带出孔外，空余部位由浆液替代，同时也起到了转换作用。
　　1.3挤压、渗透作用
　　高喷射流强度随射流距离的增加而较快地衰减至射流束末端，虽不能再冲切地层，但对地层仍产生挤压作用。同时，喷射结束后，静压灌浆持续进行，对周围土体产生渗透作用，不仅可以促使凝结体与周围土体结合更加密实，还在凝结体外侧产生明显的渗透凝结层，具有较强的防渗性能。
　　1.4位移握裹作用
　　地层中较小的块石，由于喷射能量大，辅以升扬、转换作用，最终浆液可填满块石四周的空隙并将其握裹,遇到大的块石或在块石集中区，应降低提升速度，提高比能值。在高压喷射挤压、余压、渗透等综合作用下，产生握裹凝结作用，形成连续密实的凝结体。
　　2施工前准备
　　2.1凝结体的性能
　　水工建筑物地基防渗采用高喷施工时，要求凝结体具有良好的防渗性和稳定性，而对于其抗压强度要求不高。凝结体的防渗性能主要取决于地层组成成分和颗粒
　　级配、施工方法、施工工艺以及浆液材料等。高喷形成的凝结体并不很规则，但与地层结合紧密，由于高喷凝结体周围除了浆皮层外，一般还存在渗透凝结层，有着良好的复合防渗作用，从而进一步提高了凝体的防渗性能。
　　2.2高喷凝结体的结构布置形式
　　为保证高喷防渗墙的连续性，必须要使各孔的凝结体在有效范围内牢固可靠连接上，为此如何选用结构布置形式和孔与孔的距离则很重要。喷射时若边提升边旋转，则凝结体的形状为圆柱体(又称旋喷柱)，若边提升边摆动，则形成的凝结体的形状为哑铃状，若只提升和定向喷射则可形成板状(又称定喷板)。目前在青海及甘肃的西南部地区常用的结构布置形式有:定喷折线式、摆喷对接式和柱摆式等。
　　2.3高喷材料
　　三管法施工时，多用纯水泥浆，水泥为42.50或52.50普通硅酸盐水泥。由于三管法施工，先是高压气、水喷射，而后是压力灌浆，灌浆易被先喷入的水稀释，所以使用的水灰比不应大于1∶1的浓浆。
　　2.4机械设备的组成
　　高喷灌浆技术有单管法、双管法、三管法。在该工程中采用的是三管法，所用主要设备有XY-2型液压地质钻机、GYP-50型高喷台车、XPB90E型高压泥浆泵。
　　3工程概况
　　某水库控制流域面积120km2，总库容0.78亿m3，具有防洪、工业供水、农田灌溉、发电及水产养殖等功能。水库建筑物主要为拦河坝（主、副坝）、输水洞、溢洪道、发电站4部分组成。坝体为均质粘土坝，坝长1350m，其中主坝720m，副坝630m，最大坝高主坝26.7m，副坝7.6m，坝顶防浪墙高程137.6m，坝基为砂卵石层。由于坝体初建时填筑质量差，129m高程以下为水中倒土，存在松软层，坝前水中倒土铺盖，缺少反滤层，致使大坝运行中多次出现塌坑，坝后导渗沟渗流量有突然增大的异常现象，存在渗流破坏的隐患。
　　4高喷防渗墙工程施工
　　4.1施工工艺流程
　　高喷灌浆分2序进行，即Ⅰ、Ⅱ序孔，先Ⅰ序孔后Ⅱ序孔，Ⅰ序孔与Ⅱ序孔间隔时间应＞24h。工艺过程如下：平整场地——挖排浆沟修沉浆池——放线布孔——钻机定位钻孔——高喷台车就位——地面试喷——下喷射管至设计深度——送水、气、水泥浆提升旋转——终喷回灌——管路冲洗——高喷台车迁移。
　　4.2放线定位
　　测量放线，定大坝123m平台中心线，按孔距1.0m，用短钢筋棒或小木桩标记孔位，孔位偏差≤50mm，经监理验收合格后进行下一步工序。
　　4.3造孔
　　钻孔采用XY—150型地质钻机进行。将钻机移至所定桩位，使钻头对准孔位中心。钻机底座平整牢固，杜绝用石块或铁器支垫。为保证达到设计要求的垂直度，钻机就位后必须对钻机底盘进行调平，调整水平度采用水准尺进行，并用水平尺检
　　查钻杆的垂直度，使钻杆与钻机底盘保持垂直。采用φ150合金钻头，单管钻进，钻进中采用泥浆护壁。当钻至一定深度后，可下入PVC套管并固定垂直，起导向作用。终孔后用DUZ—D型多点照相测斜仪或垂球法计算测斜，孔斜率控制在1%以内。
　　4.4喷射灌浆
　　本工程使用的高压喷射灌浆设备主要包括，高压水泵（额定最大压力50MPa，流量75L/min，额定功率75kW）、空压机（6型，压力0.8MPa，额定功率37kW）、搅拌机（3型，额定功率3.5kW）、注浆机（150型，额定功率7.5kW）、高喷台车（XP—3013型，额定功率20kW，四角架式，高18m）。成孔后，钻机移开，高喷台车就位。当喷射管下至设计高程后，由下至上进行高压喷射作业，施工参数严格按照试验确定参数执行。高喷灌注分2序进行，一序施工与二序施工的时间间隔≥48h，本工程先进行一序孔的施工，待一序完成后再进行二序孔施工，施工进度大大加快。灌浆应全孔连续作业，每次拆卸喷射管后，应进行复喷，其搭接长度≥0.2m。现场施工操作人员及值班人员必须随时注意浆液的初凝时间、注浆量、水压、气压、提升速度等参数，并做好施工记录。现场监理人员应进行24h旁站，认定喷射管下至设计深度，认定开喷时各项施工参数达到试验要求，在施工过程中记录水泥用量，不定时对各项控制指标进行抽检（如气、水、浆压力、喷射管提升速度、泥浆比重、回浆比重等），尤其是地层变化时对喷射管提升速度的控制，并做好旁站记录。
　　4.5回灌
　　注浆完成后，由于浆液的析水作用，一般固结体均有不同程度的收缩，使固结体顶部出现下沉现象，故应在完成摆喷后，停滞一定时间，根据浆液回落情况，利用孔口回浆或混合浆液及时进行回灌，直至不下沉为止。
　　4.6施工过程质量控制 
　　4.6.1施工前的质量控制
　　施工前质量控制是将工程做好的基础。首先，检查进场原材料的质量，做好原材料的检验和试验，确保不合格的原材料不被使用到工程中。其次，现场施工人员应熟悉技术规范，施工单位应安排专职技术人员进行工程技术交底，对施工图、技术规范进行详细的讲解，按施工方案的要求，对施工顺序、施工工艺标准进行讲述，明确每个人员的职责，确保施工正常有序进行。再次，对进场机械设备能力进行确认，使用符合工程情况的机械设备，做好机械设备的检查、保养工作，确保施工中机械设备的正常运行。
　　4.6.2施工中的质量控制
　　施工中的质量控制是干好工程的关键。首先，对施工放线、钻机稳固、底盘平整度、钻杆的垂直度进行检查控制，对拌制的水泥浆按照设计及实验室配合单进行控制。其次，钻机进行钻孔时，必须使钻头对准桩位，其误差≤3cm，应轻压慢转，经常校核钻杆的垂直度，误差控制在0.5mm以内，利用泥浆比重计控制护壁泥浆比重，根据孔口的返浆情况，对比重进行调整，确保成孔的质量。再次，摆喷作业前，应对台车、泵组及管线进行全面检查，在确保设备完好的情况下，在地面上进行试喷并调准喷射方向，方可下管旋喷。在各泵和输送管路上必须安装压力表对施工使用压力进行监控。在旋喷过程中，严格按照预定的技术参数进行操作，控制回浆量在注浆量的20%以内，注浆比重控制在1.6g/cm3以上，回浆比重控制在1.2g/cm3以上，浆液的密度应定时测量，一般情况下15～30min一次。在高喷注浆过程中，当出现压力突降和骤增、孔口回浆浓度过低或不回浆等异常情况时，应查明原因，及时处理。
　　4.6.3施工后的质量控制
　　施工完成后，对施工质量进行检查和验收，认真履行“三检制”，即施工班组自检、项目部专职质检员专检、监理核检，不合格时，均应进行返工。工程全部完成后，由业主、监理、监督进行联合检查验收。
　　4.7施工中异常情况的处理
　　在下管高喷灌浆时，发现孔口不反浆，立即停止提升导管，浆液正常送入，摆喷正常进行。待孔口重新反浆后，再继续提升导管。严重时可先将导管提升2～10cm，在此处喷射20～30s，再下降2～10cm，继续喷射，以此循环直至孔口冒浆。在施工过程中因停电等原因，使高喷施工突然中断的，中断后恢复施工时，应检查已喷射过的浆液情况及原孔的成孔情况，无特殊情况，进行长度≥0.5m的复喷。
　　5结语
　　与常规混凝土防渗墙相比，本防渗工程可不同程度地降低工程造价，具有开挖量小，施工方便，占地少，对临近建筑物影响小等特点。此项技术很大程度地提高了防渗能力，减轻防洪压力，对保障人民生命财产安全以及社会经济发展将起到积极的作用，其社会效益十分明显。
　　
　　参考文献
　　[1]董宏奇，李小榆.高压喷射灌浆在土坝防渗中的应用[J].土工基础，2004.
　　[2]刘发顺，龚云龙.高压喷射灌浆防渗墙施工质量控制[J].江苏水利，2006.

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