小议水利工程中高压喷射灌浆施工技术

王晓嵘

（山西省汾河灌溉管理局，山西 祁县 030900）

20世纪70年代初，日本将高压水射流技术应用于软弱地层的灌浆处理，成为一种新的地基处理方法--高压喷射灌浆法。它是利用钻机造孔，然后将带有特制合金喷嘴的灌浆管下到地层预定位置，以高压把浆液或水、气高速喷射到周围地层，对地层介质产生冲切、搅拌和挤压等作用，同时被浆渡置换、充填和混合，待浆液凝固后，就在地层中形成一定形状的凝结体。

通过各孔凝结体的连接，形成板式或墙式的结构，不仅可以提高基础的承载力，而且成为一种有效的防渗体。由于高压喷射灌浆具有对地层条件适用性广、浆液可控性好、施工简单等优点，近年来在国内外都得到了广泛应用。我国已运用该技术处理了近百项防渗工程，所构筑的防渗板墙约百万平方米，在大颗粒地层、动水、淤泥地层和堆石堤(坝)等场合，应用高压喷射灌浆技术具有显著的技术经济效益。

1 高压喷射灌浆作用分析

高压喷射灌浆的浆液以水泥浆为主，其压力一般在10～30MPa，它对地层的作用和机理有如下几个方面：

1.1 冲切掺搅作用。高压喷射流通过对原地层介质的冲击、切割和强烈扰动，使浆液扩散充填地层，并与土石颗粒掺混搅和，硬化后形成凝结体，从而改变原地层结构和组分，达到防渗加固的目的。

1.2 升扬置换作用。随高压喷射流喷出的压缩空气，不仅对射流的能量有维持作用，而且造成孔内空气扬水的效果，使冲击切割下来的地层细颗粒和碎屑升扬至孔口，空余部分由浆液代替，起到了置换作用。

1.3 挤压渗透作用。高压喷射流的强度随射流距离的增加而衰减，至末端虽不能冲切地层，但对地层仍能产生挤压作用；同时，喷射后的静压浆液对地层还产生渗透凝结层，有利于进一步提高抗渗性能。

1.4 位移握裹作用。对于地层中的小块石，由于喷射能量大，及升扬置换作用，浆液可填满块石四周空隙，并将其握裹；对大块石或块石集中区，如降低提升速度，提高喷射能量，可以使块石产生位移，浆液便深人到空(孔)隙中。总之，在高压喷射、挤压、余压渗透以及浆气升串的综合作用下，产生握裹凝结作用，从而形成连续和密实的凝结体。

2 高压喷射凝结体

2.1 凝结体的型式

凝结体的型式与高压喷射方式有关。常见的有3种：①喷嘴喷射时，边旋转边垂直提升，简称旋喷，可形成圆柱形凝结体；②喷嘴的喷射方向固定，则称定喷，可形成板状凝结体；③喷嘴喷射时，边提升边摆动，简称摆喷，形成哑铃状或扇形凝结体

2.2 结构布置型式

为了保证高压喷射防渗板(墙)的连续性与完整性，必须使各单孔凝结体在其有效范围内相互可靠连接，这与设计的结构布置型式及孔距有很大关系。

常用的结构布置型式中，柱摆结构和旋喷套接结构的防渗效果较好。

孔距的确定关系到凝结体间的可靠连接和工程进度与造价。孔距应根据地层条件、防渗要求、施工方法与工艺、结构布置型式及孔深等因素综合考虑，重要的工程应通过现场试验确定。

3 高压喷射灌浆的施工方法

日前，高压喷射灌浆的基本方法有：单管法、双管法、二管法及多管法等几种，它们各有特点，应根据工程要求和地层条件选用。

3.1 单管法。采用高压灌浆泵以大于20MPa的高压将浆液从喷嘴喷出，冲击、切割周围地层，并产生搅和、充填作用，硬化后形成凝结体。该方法施工简易，但有效范围小。

3.2 双管法。有两个管道，分别将浆液和压缩空气直接射人地层，浆压达45～50MP，气压 1～1.5MPa。由于射浆具有足够的射流强度和比能，易于将地层加压密实。这种方法工效高、效果好，尤其适合处理地下水丰富、含大粒径块石及孔隙率大的地层。

3.3 三管法。用水管、气管和浆管组成喷射杆，水、气的喷嘴在上，浆液的喷嘴在下。随着喷射杆的旋转和提升，先由高压水和气的射流冲击扰动地层，再以低压注入浓浆进行掺混搅拌。常用参数为：水压38～40MPa，气压0.6～0.8MPa，浆压 0.3～0.5MPa。

如果将浆液也改为高压 (浆压选20～30MPa)喷射，浆液可对地层进行二次切割、充填，其作用范围就更大，这种方法称为新三管法。

3.4 多管法。其喷管包含输送水、气、浆管、泥浆排出管和探头导向管。采用超高压水射流(40MPa)切削地层，所形成的泥浆由管道排出，用探头测出地层中形成的空间，最后由浆液、砂浆、砾石等置换充填。多管法可在地层中形成直径较大的柱状凝结体。

4 施工程序与工艺

高压喷射灌浆的施工程序主要有；造孔、下喷射管、喷射提升(旋转或摆动)、最后成桩或墙。

4.1 造孔。在软弱透水的地层进行造孔，应采用泥浆固壁或跟管(套管法)的方法确保成孔。造孔机具有回转式钻机、冲击式钻机等。目前用得较多的是立轴式液压四转钻机。为保证钻孔质量，孔位偏差应不大于1～2cm，孔斜率小于1%。

4.2 下喷射管。用泥浆固壁的钻孔，可以将喷射管直接下入孔内，直到孔底。用跟管钻进的孔，可在拔管前向套管内注八密度大的塑性泥浆，边拔边注，并保持液面与孔口齐平，直至套管拨出，再将喷射管下到孔底。将喷嘴对准设计的喷射方向，不偏斜，是确保喷射灌浆成墙的关键。

4.3 喷射灌浆。根据设计的喷射方法与技术要求，将水、气、浆送人喷射管，喷射1～3min；待注入的浆液冒出后，接预定的速度自上而下边喷射，边转动、摆动，逐渐提升到设计高度。进行高压喷射灌浆的设备由造孔、供水、供气、供浆和喷灌等5大系统组成。如图所示为高压喷射灌浆系统示意图。

高压喷射灌浆系统示意图

其中1为三角架，2为卷扬机，3流量计，4为高压水泵，5为空压机，6为孔口装置，7为搅拌机，8为储浆机，9为回浆机，10为筛，11为喷头。

[1]魏新江.浅析水利工程施工中高压喷射灌浆技术的应用[J].经营者管理，2010，23.

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