高压喷射注浆法在水利工程地基加固中的应用

摘要：在水利工程施工中，地基的稳固对于工程的质量和正常使用是十分重要的，所以在施工过程中，都特别重视地基的加固，以确保工程稳定和使用期限达到预期。但在实际施工中，由于地形的复杂多变，地质的千差万别等情况，给施工带来了一定的难度。近年来，高压喷射注浆法在水利工程地基加固中广泛采用，有效的解决了特殊地形地基施工困难的问题。

关键词：高压喷射；三管法；钻孔

中图分类号： TV52文献标识码：A 文章编号： 1674-0432（2014）-12-51-1

1 高压喷射注浆技术

首先要用钻机进行钻孔，深度以设计深度为标准，钻完孔后，利用高压泥浆泵，把很高压力的水泥浆（或其他凝固液）通过钻杆顶端的特殊喷嘴喷出，同时钻杆以一定的速度向上提升，同时进行旋转，这样高压的水泥射流把一定范围内的土体破坏，这些土体与水泥浆液混合，凝结后形成固结体，起到加固地基的作用。喷射流的移动方向决定了固结体的形状，在实际施工中，根据不同的工程需要，来进行调整喷射流的方向。如果是用于地基加固，可采用旋转喷射，注完浆后会形成旋喷桩，能大大提高地基强度；如果要用于地基防渗，改善地基土的水力条件及边坡稳定等，多采用定喷和摆喷，定喷就是定向喷射，可以形成壁状固结体，摆喷是在喷浆过程中，让喷嘴按一定幅度摆动，能形成厚度较大的扇状固结体。这种方法改变了原地层的结构或全置换成新复合材料结构，提高承载力或原地基的防渗能力，达到加固地基和防渗的目的。

2 高压喷射法的加固机理

高喷法在实际施工中有三管法、单管法和双管法三种施工方式，在加固过程中，高压喷射流对土体有切割破坏的作用，在钻杆提升和旋转时，高强度的喷射会使土体和浆液混合搅拌，在三管法施工时，喷射的是水射流，水射流切割土体后形成的泥浆会被吸管吸走，喷浆管再喷射凝固浆液，这样产生置换作用，凝固浆液的填充、渗透固结都会在砂层或土层中形成固结体，同时对于破坏的土体产生一定的压力，这几方面的作用使得喷浆后的地基得到加固。

3 浆液材料

高压喷射所使用的喷射浆液多是以水泥为基本材料，根据不同的工程需要调整水灰比，适应不同的工程需求，一般没有特殊工程需求的，不使用外加剂，就是采用普通硅酸盐水泥，但如果遇到地下水位较高或早期就要承担荷载的工程时，就要在水泥中加入引起速凝的早强剂，以提高凝结速度；如果荷载较大，就要使用高标号的水泥，提高凝结体的强度；如果用于防渗，则要在水泥中加入一些水玻璃、膨润土等“柔性材料”以提高凝结体的抗渗性能。

4 高压喷射灌浆的优点

这种方法是在注浆法的基础上发展起来的，是一种新的地基加固方法，适用范围较广，特别适合水利工程的一些不便于挖掘的复杂地形。在施工上相对简便，避免传统注浆法的大面积挖掘，节省了大量的财力物力，而且有较好的耐久性。施工周期短，地基的固结体强度大。由于施工时高速射流被限制在土体破碎范围内，因此浆液不易流失，能保证预期的加固范围和控制固结体的形状。另外在地下喷射，采用水泥浆液，不会造成环境和地下水的污染。

5 施工程序及要点

5.1 钻孔

钻孔的深度一般可达30米以上，钻孔的方法也很多，要综合考虑，总之要以施工方便，成本低，效果好为原则。如果遇到较坚硬土层，一般多采用地质钻机进行钻孔，若采用二管法或三管法喷浆，多采用地质钻机进行钻孔。

5.2 插管

在实际施工中，随着技术的发展，有的设备在钻孔时就可以把喷管直接插入孔中，插管与钻孔同时进行。如果不能同时进行的，在钻完孔后就要立即把喷浆管插入孔中预定的深度。如果用地质钻机钻孔，要首先拔出岩芯管，然后再插入喷射管，插管过程中，要边射水、边插管，这样可以避免泥砂堵塞喷嘴，同时要控制好水的压力，不能超过1兆帕，防止射塌孔壁。

5.3 喷浆

喷浆时要自下而上进行，调整好喷浆的压力、流量、提升速度、旋转的快慢，要按操作规程进行。根据工程需要进行原位第二次喷射（复喷），复喷有增加固结体直径的效果。

5.4 补浆

由于喷射的浆液在凝固后，都会析出一定量的水分，这就会造成凝结体的体积相对于浆液的体积会减小，存在一定程度的收缩，凝结体会出现顶部凹陷，这对于地基的加固及工程的防渗堵水有很大影响，所以在施工中，常要进行第二次注浆，或是直接从喷射孔口注入浆液填满收缩空洞，确保地基的稳固。

6 喷射时应注意的情况

在灌浆深度较大时，很容易出现凝固体上面粗而下面细的情况，这样的固结体的承载力及抗渗性能力肯定会减弱，所以在喷射时要采用增大压力和流量减少这种方式，另外也可以采取降低提升和旋转的速度加以补救。

在喷浆时，由于施工、地质、人员、浆液析水等原因，往往会出现喷浆量达不到设计要求或固结体顶部出现凹穴的情况，对地基加固及防渗不利。这时要采用静压灌浆或浆液中添加膨胀材料，或采用复喷技术，进行第二次喷浆进行补救。

当冒浆量大于灌浆量的20%时，可采用提高喷射压力、缩小喷嘴直径、加快提升速度和旋转速度等措施，对冒出的浆液，可回收利用；根据工程需要调节喷射压力和灌浆量，改变喷嘴移动方向和速度，控制喷射固结体的形状，即圆盘状、圆柱状、大底状、糖葫芦状、大帽状和墙壁状。

作者简介：程树华，公主岭市水利建设开发总公司，工程师，研究方向：水利水电工程管理。