高喷灌浆工程施工

陈克均

高压喷射灌浆(简称高喷灌浆或高喷)，是一种采用高压水或高压浆液形成高速喷射流束，冲击、切割、破碎地层土体，并以水泥基质浆液充填、掺混其中，持续不断地高喷射流对周围土体产生渗透和挤压作用，促使凝结体与周围土体结合形成桩柱或板墙状的凝结体，用以提高地基防渗或承载能力的施工技术。高喷灌浆适用于淤泥质土、粉质土、粉土、砂土、砾石、卵(碎)石等松散透水地基或填筑体内的防渗工程。

概述

合水水库引水枢纽距离省道约8km，有一条3m宽的水泥路与省道相连。引水枢纽始建于1965年，包括一个溢流堰、一个冲砂闸和一个引水渠进水闸。平中陂溢流堰处于水库上游约5公里处，主要为拦截上游来水、宣泄多于水量。平中陂溢流堰下游侧消力池经过多年的渗流淘刷形成了较大的管涌现象，使得原溢流堰后消力池沉陷破损严重。见图（1-1）。

本次高喷灌浆加固段钻孔设计总长度752m，含灌浆平台回填增加量和设计灌浆长度718m。

溢流堰上游侧高喷灌浆加固段地层结构主要为中粗砂层，含少量卵、砾石。

本高喷灌浆项目2008年3月28日进场，2008年4月18日全部完成。

施工设备及人员配置

高喷孔的钻机机具应满足在施工地层中单独钻进成孔或携带喷射管钻进成孔的要求。

2.1施工设备配置

本项目高喷灌浆施工采用的主要施工设备包括：GP1800-2型高喷台车1台、XY-1型地质钻机2台、康明斯100kw发电机1台、WW-0.9/7型空气压缩机1台、潜水泵1台、高压水泵1台，灌浆泵1台，自制低速搅拌机1台；测斜仪1台，STS-750型2”全站仪1台套（也可以用经纬仪和钢卷尺进行定位）；DS3水准仪1台套；皮卡车1辆（运送桶装柴油或其他零星物品）。

图（2-1）

人员配置

根据现场情况采用二班倒的方式配置现场施工人员。管理人员2人；安全员1人（兼）；台车操作工4人；钻机操作人员6人；电工1人；试验1人；机修工1人；测量工2人；普工8人。

施工材料

3.1高喷灌浆材料宜采用水泥浆，所使用的水泥品种和强度等级，应根据工程需要确定。为防止堵塞喷射管喷嘴，须保证喷灌材料细度、纯度。

3.2水：要求采用不含杂质的清洁水源，本项目施工点地处山脚，上游来水清洁，无需处理。采用潜水泵打入水箱。

3.3水泥：宜采用普通硅酸盐水泥，水泥强度等级不低于32.5MPa。水泥细度要求通过80um方孔筛，其筛余量不大于5%。 灌浆用的水泥必须符合规定的质量标准，不得使用受潮结块的水泥，出厂超过三个月的水泥不得使用。

3.4高喷灌浆浆液的水灰比设为1.5：1～0.6：1（密度约1.4g/cm3～1.7 g/cm3）。有特殊要求时，可加入下列掺合料：

3.4.1 膨润土。膨润土具有很强的吸湿性，能吸附相当于自身体积8一20倍的水而膨胀至30倍;在水介质中能分散呈胶体悬浮液，并具有一定的粘滞性、触变性和润滑性，它和泥沙等的掺和物具有可塑性和粘结性，有较强的阳离子交换能力和吸附能力。使用时，其质量标准应满足设计要求。

3.4.2黏性土。塑性指数不宜小于14。

3.4.3粉煤灰。

3.4.4砂。宜为质地坚硬的天然砂或人工砂，最大粒径不宜大于2mm。

可根据需要，在水泥浆液中加入速凝剂、减水剂等外加剂。掺合料与外加剂的种类及掺入量应通过试验和现场高喷灌浆试验确定。制浆材料的称量误差应不大于5%。水泥浆的搅拌时间，当使用高速搅拌机时，应不小于30s；使用普通搅拌机应不少于90s。水泥浆制备至用完的时间不应超过4h。为防止堵塞喷嘴，浆液应在过筛后使用，并定时检测其密度。

在含黏粒较少的地层中进行高喷灌浆，孔口回浆应经处理后方可利用；在软塑至流速状的黏性土或淤泥质土层中，其孔口回浆不宜回收利用。

施工工序

高喷灌浆一般采用2序孔分序施工，为保证灌浆效果，本工程初步设计要求采用3序孔进行施工，终孔孔距1.5m。喷灌成墙后理论墙厚度為1800mm，最薄处墙厚为995mm。 如下图（4-1）：

图（4-1）高喷灌浆孔序布置图单位：mm

4.1灌浆施工工序，如下图（4-2）：

图（4-2）高压喷射灌浆施工程序图

施工准备

施工准备的内容包括：

4.2.1施工进场道路（满足高喷台车进场要求的道路），需注意提前考虑装运台车后的宽度和长度以及转弯半径等，以便设备顺利进入施工场地；

4.2.2高喷台车灌浆施工场地的平整压实；

4.2.3机电设备的安置（开工前设置好空气压缩机、灌浆泵、搅浆机、水箱、水泥临时堆放场地等等设备的位置）；本项目周边狭窄，在溢流堰上游围堰后回填一处平台用于现场机电设备的安置。施工区域比较狭窄，高喷灌浆水泥用量大且快，应设置至少10吨水泥的临时堆放周转场地。现场利用上游围堰作为临时工作平台。高喷灌浆配套设备就近配置。

4.2.4现场气、水、电专用管路和线路；

4.2.5现场建立临时测量控制点，并对原地形进行测量，记录并保存原始记录。

4.2.6高喷灌浆施工前，依据工程规模划分好单元工程，并对钻孔孔位进行编号。

孔位放样

孔位放样包括：对平整场地后灌浆孔位的平面位置及高程的放样。

由于本项目设计仅提供相对位置，没有提供坐标控制点。施工时以溢流堰轴线为Y轴设置临时施工坐标系，并在现场建立4处临时平面坐标及高程控制点（以便随时恢复或校正被破坏的放样孔位）。本项目现场采用STS-750型2”全站仪进行测量定位，放样I、II、III序孔的孔位后用木塞封堵孔口，并做好标记。放样孔位偏差小于1cm。以DS3水准仪测定好各个孔位的原地面高程值并记录标记清楚。

4.4钻孔

钻孔可根据现场情况可采用泥浆固壁回钻（或冲击）钻进、跟管钻进或清水钻进。

钻孔孔位与设计孔位偏差不得大于50mm。钻孔施工时，应采取预防孔斜的措施，钻机要安放平稳牢固，加长粗径钻具。钻杆和粗径钻具的垂直度偏差不应超过0.5%。孔深小于30m时，钻孔偏斜率不应超过1%。钻孔孔径应大于喷射管外径20mm以上。钻近暂停或终孔待喷时，孔口应加以保护。若时间过长，应采取防塌措施。

泥浆固壁回转（或冲击）钻进是造孔过程中做好充填堵漏，使孔内泥浆保持正常循环，返出孔外，直至终孔。

跟管钻进是，边钻进边跟入套管，直至终孔（为了防止在松散卵石层中高压旋喷前孔臂塌落，施工前可准备好护壁用的PVC管，在高压喷射施工过程中，PVC管虽然很容易被击成碎片，但其碎片并不会阻挡水泥浆的喷射）。

本项目根据先导孔采集的资料得知，灌浆部位属于较密实中粗砂并夹杂少量的砾石结构，本项目采用清水钻进在先导孔施工过程未出现坍孔现象。钻孔采用XY-1型地质钻机，合金钻头或金刚石钻头。钻孔孔位要求偏差小于5cm, 钻进时应注意保证钻机垂直，孔斜不超过孔深的1%。 如图（4-3）：现场用测斜仪对孔斜进行检查。

钻进时应详细记录孔位、孔深、地层变化和漏浆、掉钻等特殊情况及处理措施。

图（4-3）现场用测斜仪对孔位进行检测

4.5灌浆

现场高喷灌浆设备采用GP1800-2高喷台车，台车高度18.8m，长度5.5m，宽度2.3m，采用折叠式连接起落，液压步履式底架，纵向横向可灵活移动，能够快速对孔就位。该高喷台车可液压自行，纵向每步可移动1米，横向每步可移动0.4m。高喷台车对地面平整要求不高但并有足够的承载能力。本项目喷灌地段是按设计说明回填土方并压实后形成钻孔与喷灌的施工平台。

高喷灌浆分序进行，先进行I序孔的喷灌，然后进行II序孔喷灌，最后进行III序孔喷灌，相邻两孔间隔时间要求72小时。

高压喷射期间，喷射记录资料应齐全、清晰、准确，能反映喷灌的全过程，发现冒浆、漏浆现象，立即停止、提升或降低提升速度、增大水泥浆液比重喷射，恢复正常后，继续正常提升，灌浆过程中，常会有机械出现故障的情况，出现问题必须起管进行检查，清除故障后重新喷射，搭接长度不小于50cm，并如实做好中断记录。为确保防渗体的完整性，在施工期间和完工后，严禁重型车辆过往防渗体，禁止在防渗体周围进行加大扰动的施工作业。

图（4-4）高喷台车

4.6孔口回填

单孔喷灌结束后采用0.7：1的纯水泥浆进行回填灌浆，反复进行，直到灌浆液面不再下沉为止。

施工工艺

高喷灌浆施工主要分定喷、摆喷和旋喷三种，喷灌设备都可高喷台车进行，定喷是使喷射管向某一方向定向喷射，同时一面提升，在地层中形成一道薄板墙的高喷灌浆施工方法；而摆喷是使喷射管做一定角度的摆动和提升运动，在地层中形成扇形断面的桩柱体的高喷灌浆施工方法。本次加固采用单排三重管旋喷法施工。三重管也称三管法或三列管，就是喷射介质为水、水泥基质浆液和压缩空气的高喷灌浆方法。

图（5-1）三重管高压喷射灌浆示意图

5.1高喷灌浆施工技术指标

高喷灌浆施工技术要求指标：水压35～40 MPa，水量70～80L/min;；供气压力 0.5～0.8Mpa；浆液采用纯水泥浆，浆液比重1.6～1.7；灌浆压力0.3Mpa以上,浆量70～80L/min。在正常反浆的情况下，控制提升速度在3～6cm/min。按照该提升速度至设计高程即可终孔。

5.2施工工艺流程

图（5-2）高压旋喷灌浆工艺流程图

本项目设计要求利用一半一序孔作为先导孔，对基底岩土特征进行勘察、试喷，以确定高喷灌浆的方法及其适用性，确定有效桩径(或喷射范围)、施工参数、浆液性能要求、适宜的孔距排距、墙体防渗性能等。

我项目部对先导孔I-1号孔位按设计指标完成灌浆施工24小时后，在与设计、业主和监理单位开挖检查时发现实际有效桩径约为1.4m，相邻两桩不能正常搭接（而设计两桩搭接处最小厚度为955mm）。经与设计单位和监理单位研究后决定对设计桩径和孔距进行调整，设计孔距

调整为1.00m，理论搭接处厚度为97cm。

水泥浆液纯拌合时间不小于30s，保证连续制浆。临时存放浆液的浆桶待用的浆液采用低速搅拌机搅拌，以防止沉淀。制成已经超过4小时而尚未使用的浆液予以废弃。下喷管前应对喷射管或起落架上做好标记，以便确定好下落高程和喷灌终孔高程。

施工中所用技术参数根据使用高喷的方法、灌浆压力、提升速度不同进行适当调整。在水压、气压、浆压的变化不大的情况下，提升速度是影响高喷质量的主要因素。提升速度可根据下列三种情况进行调整：一、一般高喷灌浆都分序施工，先序孔提升速度可稍慢，后序孔相对来讲可稍快。二、在沙粒等松散层中提升速度可稍快，当土层中卵（砾）石较多时应放慢些，块石较大或块石比较集中的地层应更慢。三、高喷施工中发现灌浆孔内返浆量减少时应放慢提升速度。

图（5-3）喷射管喷出高压水的瞬间

在高喷灌浆过程中，供浆正常情况下，孔口回浆密度变小、出现压力骤降或骤增、孔口回浆浓度和回浆量异常，甚至不返浆等情况时，查明原因及时处理。如高喷灌浆发生串浆，则首先填堵被串孔或继续钻进。灌浆压力骤减可采取加大进浆密度或进浆量的措施予以处理。当孔内出现严重漏浆，可采取以下措施进行处理；停止提升喷射管；降低喷水压力、流量进行原地灌浆；喷射水流中掺加速凝剂；加大浆液密度或灌注水泥砂浆、水泥粘土浆；向孔内充填砂土等堵漏材料。

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，浆液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。

喷射灌浆，将高喷管下入到孔内，按造孔记录及设计板墙底线控制下入深度，然后启动高压水泵、空气压缩机，搅浆机供浆，同时全面检查各管路是否封闭，水、浆、气压力及流量是否符合设计参数要求，喷射管的喷射方向是否对正。启动设备3min后，待水泥浆从孔口返浆，再按设计提升速度开始提升。提升过程随时检查和记录水泥浆流量、浆压、浆液比重、气压、水压、提升速度，旋喷速度和角度等喷射灌浆施工控制技术参数。喷射到预定高度后，先降压进行静压回填灌浆，至液面不析水、不下沉后停止喷射。喷射管提出后立即进行冲洗。

旋喷过程中，冒浆量控制在10%～25%之间。高压喷射注浆完毕后，应迅速拔出喷射管。施工中做好泥浆处理，及时将泥浆运出。

喷射施工完成后，应把注浆管等机具采用清水冲洗干净，防止凝固堵塞。管内、机内不得残存水泥浆，一般是把浆液换成清水在地面上喷射，以便把泥浆泵、注浆泵管和软管内的浆液全部排除。

质量控制和检查

6.1钻进时应注意保证钻机垂直，偏斜率宜≤1%。孔位偏斜率可用测斜仪进行检测。

6.2高喷灌浆宜全孔至下而上全孔连续作业，灌浆阶段浆液不能发生离析并且不允许发生断浆现象，保证墙体均匀，无夹心层。若发生管道堵塞或因故短暂停机，应迅速抢修。

6.3高喷灌浆因故中断后恢复施工时，应对中断孔段进行复喷，旋喷灌浆应是一个连续的施工过程，中间因故中断超过20分钟以上，应进行搭接喷射，搭接长度不小于50cm。

6.4高喷灌浆结束后，充分利用孔口回浆或水泥浆液对已完成孔进行及时回灌，直到浆液面不再下沉为止。

6.5灰浆搅拌设备设置在临建棚内，以防雨水、灰尘对浆液质量产生较大的影响。雨水较大时，暂停施工。

6.6质量检测方法：

质量检验一般要求在旋喷注浆结束28天以后进行，检验桩的数量不小于已经完成桩数的2%～5%，不合格者进行补喷。

抽检方法分以下几种：

6.6.1开挖抽检成墙质量。待浆液凝结具有一定的强度后，即采用反铲挖掘机挖深探坑至防渗墙体检查固结体形状、水平搭接质量。

6.6.2钻取岩心检查。从固结体中钻取岩芯，进行室内物理力学性能试验。在钻孔中做压水或

抽水试验，测定其抗渗能力。

6.6.3标准贯入试验：在旋喷固结体的中部可进行标准贯入试验。

6.6.4围井试验：在板墙一侧增加喷孔，与板墙形成封闭围井，在井中进行压水和抽水两种试验，或观测井内外水位，多用于防渗效果检查。

6.6.5载荷试验：静载荷试验分垂直和水平静载荷试验两种（主要用于地基基础处理）。实际可根据灌浆要求进行相应检测或2～3种方法配套检测。过程中要有专人负责记录，记录要求详实准确。

6.7主要检查项目，见表（6-1）。

表（6-1）

序号 项目 规定值或允许偏差 检查方法

1 桩距（mm） ±100 尺量

2 桩径（mm） 不小于设计要求 尺量

3 垂直度（%） ≤1 测斜仪

4 樁长（m） 不小于设计要求 查施工记录

5 单桩注浆量 不小于设计要求 查施工记录

效果检查

经现场开挖检查和钻孔压水试验检查，高喷灌浆施工后，灌浆部位形成一堵厚度不小于80cm的连续防渗墙，渗透量在规范允许范围内，防渗效果良好，平中陂溢流堰下游原来的严重渗流现象完全消失，达到了设计效果。

8.安全环保

8.1施工进场前应对施工班组进行安全文明施工教育和文明施工交底。

8.2高压旋喷桩等机电设备在进行作业时，严格按照机械技术操作规程进行作业；做到管理人员不违章指挥，作业人员不违章操作。

8.3施工用电实行“三相五线制”和一机一闸一漏一保护的制度，并符合有关施工用电的规章制度。

8.4施工时，对高压泥浆泵要全面检查和清洗干净，防止泵体的残渣和铁屑存在；各密封圈应完整无泄漏，安全阀中的安全销要进行试压检验，确保能在额定最高压力时断销卸压；压力表应定期检查，保证正常使用，一但发生故障，要停泵停机排除故障。

8.5高压胶管不能超范围使用，防止高压爆管伤人。

8.5高压旋喷管注浆是在高压下进行，高压喷射的破坏力较强，喷射的浆液应过滤，使颗粒不大于喷嘴直径，以防堵塞喷嘴，造成事故；高压泵必须有安全装置，当超过允许泵压后，应能自动停止工作；因故需较长时间中断旋喷时，应及时地用清水冲洗输送浆液系统，以防硬化剂沉淀管路内。

8.6钻机作业中，电缆应有专人负责收放；如遇停电，应将各控制器放置零位，切断电源；如遇卡钻，应立即切断电源，停止下钻，未查明原因前，不得强行启动；严禁作业中用手清除钻杆上的泥土，发现紧固螺栓松动时，应立即停机重新紧固后方可继续作业。

8.7作业后，应先清除钻杆上的泥土，再将钻头下降接触地面，各部制动住，操纵杆放到空档位置，切断电源，清理打扫完现场，方可离开。

8.8遇到六级以上大风，应停止施工，钻杆下沉加固。必要时放倒起落架。

8.9进入现场的所有人员必须戴好安全帽。

8.10高喷灌浆工程应注意施工区域的环境保护，做好废水、废浆的处理或回收。

8.11现场水泥进行集中堆放，运输和卸运时防止遗洒扬尘。搬运和搅拌水泥作业人员必须戴好防尘罩。

8.12作业现场保持清洁整齐，施工完毕后不可随意排放多余泥浆。水泥使用完毕后剩余的水泥袋要回收存放，不可随意丢弃。

9.结束语

高喷灌浆工法简单，技术条件较成熟，施工速度快，对地基处理和基础防渗有很好的效果。

参考文献：

[1] 中华人民共和国电力行业标准.水电水利工程高压喷射灌浆技术规范. DL/T5200-2004.

[2] 阳春合水水库除险加固工程设计和施工图.