水利水电工程高压旋喷灌浆施工质量控制技术研究

寇社民

(南水北调中线干线工程建设管理局 河北分局邢台管理处，河北 邢台 054000)

0 引 言

随着经济的不断进步，各类工程建设迅速拓展，水利水电施工工程的规模不断增大，高压旋喷灌浆工程在不同的控制技术下有着不同的施工效果。高压旋喷灌浆以高压旋喷柱为基础，喷嘴将水泥浆喷入土层并与土体混合，形成连续搭接的水泥加固体[1]。综合考虑水利水电工程地基类型和性质，控制水利水电工程高压旋喷灌浆施工质量，可以严格掌控地下原有构筑物的结构，将灌浆与冲刷后的构筑物凝结为一体,制约原有技术存在渗透的不足[2]。根据不同的施工环境，常用的高压喷射灌浆的方式有单管、二管、三管及多管法，利用喷灌浆自身的射流作用强制性破坏原地层结构，联合各种工程器件，实现与工程中各种器件的三维连接[3]。传统的施工质量控制技术控制的施工工程会形成很大的渗水面积，水利水电工程高压旋喷灌浆施工质量控制技术可以改善这一不足，适合在实际施工中运用[4]。

1 水利水电工程高压旋喷灌浆施工质量控制技术研究

1.1 估算喷射直径

影响喷射直径的主要因素有摆动角度、土粒组成、提升速度、转动频率，所以在构建估算公式时，喷射直径D就是上述因素的综合函数，函数式为：

D=f(N,Pi,V,θ)

(1)

其中：D为喷射柱的直径；N为土层的标贯击数；Pi为喷射管的转动频率；V为提速；θ为摆动的角度。

随机选用水利水电工程中的各项实践数据，采用三管法将施工过程中的浆流量、气流量、水流量设置为定值，忽略喷射过程中的喷灌浆压与气压，保证转动频率在6～12 r/min[5-7]，综合考量旋喷桩加固的点，最终使用式(1)计算得到D～N坐标曲线，见图1。

图1 D～N曲线

由图1可知，使用Pmax/P变换图1中纵坐标，设此时的提升速度最大值Vmax为15 cm/min，对上述的曲线回归处理，计算得到：

(2)

其中：pmax为最大压力；b,d为回归系数。

将喷射直径长度和摆角绘制上曲线图中，此时的式(2)就可变换为：

(3)

其中：a1,b1,m为回归系数。

式(3)表示水利水电工程在同一地层条件下喷摆、定喷与高压旋喷射柱体直径的关系，所以在估算喷射直径时，规定高压旋喷灌浆的转动频率与喷射压力，直接利用(3)式，即可估算出喷射直径[7-9]。

1.2 设计施工防渗形式

水利水电工程底部土层较软，抗剪强度较低，为了防止施工过程中护坡桩产生“踢脚”，在设定施工防渗形式时，沿护坡桩对工程内部土体进行加固，缩短支护桩桩长来控制施工质量，见图2。

由图2所示的加固形式，可以增加工程内土的抗剪强度和被动土压力[10-11]。此时，工程侧壁止水帐幕的平面结构和高压旋喷灌浆桩共同组成止水支护墙体结构，竖向结构下部相对不透水层的悬挂式帷幕上方放置支护桩[12]。最终形成的施工防渗形式，见图3。

图2 加固形式

图3 设计的防渗形式

由图3所示的防渗形式，利用水平止水帷幕以旋喷体套接的形式形成水平止水板，与竖向帷幕形成一个封闭的“箱形”，形成一个五面止水结构形式，防止施工过程中的意外渗水，保证施工质量[13-14]。

1.3 实现施工质量控制

采用上述的防渗形式，在实现施工质量控制时，还需设置孔距和布置形式。根据水利水电工程的特性，采用交叉折线形连接旋喷与摆喷，将连接方向与轴向夹角控制在20°～40°之间，按照由疏到密的原则分序施工，先喷一序孔，再喷二序孔[15-17]。当出现转折孔时，适当调整孔距和喷射角，保证转折孔与邻孔墙体之间的紧密连接，最终在旋喷套接防渗墙的桩径的布置形式，形成表1所示的参数。

表1 布置参数

不断变换表1中的布置参数，保证施工质量的强度和刚度[18-19]。用混凝土将接头管内浇注满，待与其相接的地下墙施工完毕后，在其坑(槽)外用旋喷将该接头管与混凝土地下墙接头外填满水泥加固土，用以挡土截水，最终实现对水利水电工程高压旋喷灌浆施工质量的控制[20]。

2 实 验

2.1 实验准备

实验准备高压喷射灌浆的工艺技术参数，见表2。

表2 实验主要工艺技术参数

使用表2中的各项参数，在控制高压喷射灌浆时，一部分浆液搅浑进入地层，另一部分浆液由孔壁流出地面。使用三管法控制浆液的流向，控制过程中所使用的试验机械设备及规格见表3。

表3 实验所需机械设备表

设定水利水电工程地面高程为50.7 m，根据水泵出水量以及抽水历时折算渗水量，使用西定律的经验公式计算控制技术的渗水面积，计算公式如下：

K=Q/Ai

(4)

其中：K为渗透系数；Q为渗透流量，取常数1.4 m3/h；A水利工程渗透面积；i为渗透坡度。

分别使用两种传统质量控制技术与水利水电工程高压旋喷灌浆施工质量控制技术进行实验，对比3种控制技术下水利水电工程的渗水面积。

2.2 实验结果分析

基于上述准备，最终得到的3种控制方法下的工程渗水面积实验结果，见图4。

图4 3种控制技术最终的实验结果

由图4可知，在相同的水利水电工程中运用3种不同的控制技术，传统控制技术1控制下的工程共有两处20 m×20 m的渗水区域，渗水区域面积共为800 m2；传统控制技术2控制下的工程区域共有两处10 m×10 m的渗水区域，共计200 m2，而水利水电工程高压旋喷灌浆施工质量控制技术控制的工程共有两处5 m×5 m的渗水区域，共计50 m2，渗水面积更小。综上所述，与两种传统施工质量控制技术相比，水利水电工程高压旋喷灌浆施工质量控制技术控制下的水利水电工程面积内的渗水面积最小，适合在实际工程质量控制中运用。

3 结 语

随着我国城市化建设的不断发展，水利水电工程已经成为现代化建设的重要工程，不同的施工场所有着不同的地质条件，研究工程中高压旋喷灌浆施工质量控制技术，能够针对不同基础施工的特点，改善传统质量控制技术中的不足，将水利水电工程控制在安全、高效的层面上，增强质量控制技术的科学性，减少施工过程中的各项损耗，节省水利水电工程的损耗成本，减少资源浪费。