高压喷射注浆技术在水利工程中的应用探究

郑贵亮

（中石化胜利建设工程有限公司，山东 东营257000）

1 引言

在可持续发展理念不断深化的背景下，水利工程项目数量持续增长，在推动社会经济绿色发展方面发挥了重要作用。而水利工程建设往往需要面临相对软弱的基础条件，切实做好基础加固和防渗处理才能保证工程安全稳定运行。将高压喷射注浆技术应用到水利工程基础处理中，可以改变地层结构，提高基础的承载能力和防渗能力。

2 高压喷射注浆概述

高压喷射注浆技术是借助专业的钻机设备在地基上钻孔，将附带喷嘴的注浆管插入土层预定位置，通过加压的方式，使预先配置好的浆液可以在20MPa 以上的压力下由喷嘴射出，对土体形成剪切破坏，浆液与土料能够在离心力、重力和冲击力的作用下充分混合，并依照一定的比例重新排列，待其凝结后，会在原本的地层中形成强度更好的固结体，从而提高基础承载能力，有效减少地基变形问题。高压喷射注浆技术对于基础土体的加固作用非常明显，其可以应用于工程主体施工前，也可以应用于工程建设完成后，不会对工程上部主体结构造成任何负面影响[1]。

高压喷射注浆技术的优势体现在几个方面：（1）成本低。在高压喷射注浆技术中，采用水泥浆液搭配部分化学材料，除去部分工程要求浆液速凝超早强时需要用到化学材料，一般工程只使用水泥浆液，因此，材料来源广泛，成本相对低，有良好的适用性。（2）浆液集中。在喷浆作业过程中，除因喷射参数设置不当导致部分浆液冒出，其余多数浆液会聚集在喷射流冲切通道内，浆液集中程度高，流失较少。（3）管理简单。高压喷射注浆技术使用的设备体积小，机动性强，能够适应狭窄和低矮场所施工，而且施工管理相对简单，无论是单管喷射还是二重管乃至三重管喷射，都可以通过测量吸浆量、喷射压力以及观察冒浆情况，了解喷射效果及存在的问题，及时对喷射参数做出相应的调整。（4）生产安全。在高压设备上设置有安全阀门和自动停机装置，一旦检测到压力超过规定值，阀门会自动开启泄压，可以避免堵孔升压引发的爆破事故[2]。

3 高压喷射注浆技术在水利工程中的应用

某水库建成于2003 年，一直运行良好。在2008 年7 月，巡检人员发现在水库左坝肩位置存在渗水问题，分析原因，主要是基础中的卵石混合土和低液限黏土受地下水影响，出现了失稳问题，因此，需要运用高压喷射注浆技术对相应位置的坝基进行防渗加固处理，要求注浆轴线与坝轴线重合，采用单排布孔的方式，灌浆顶线和底线分别深入坝体和基岩1m。

3.1 施工形式选择

高压喷射注浆技术在实际应用中，有3 种不同施工形式：（1）旋喷，在喷射水泥浆液时，一边提升喷嘴一边旋转，能够在土体中形成圆柱状凝结体；（2）定喷，一边提升一边喷射，喷射的方向固定，可以在土体中形成板状凝结体；（3）摆喷，摆喷指一边提升，一边将喷嘴依照一定的角度摆动，可以在土体中形成哑铃状凝结体。考虑该工程的地基防渗需求，在对比3 种形式优点的情况下，最终选择定喷[3]。

3.2 施工参数确定

施工参数主要包括以下内容：（1）应明确喷射范围。在高压喷射注浆过程中，喷射范围会对施工质量产生直接影响，施工技术人员应结合工程的实际情况对喷射范围进行确定；（2）评估单桩承载力。在地基防渗加固中，需要对单桩承载力进行评估，结合评估结果确定材料性质和成桩数量。通常可以选择使用高标号硅酸盐水泥，通过试验确定外加剂的种类和添加量，并对浆液水灰比进行明确，从降低现场环境因素影响的角度，需要借助相应的现场试验来对单桩承载力进行明确；（3）确定孔位参数。在水利工程中，高压喷射注浆需要结合地层的实际情况确定孔位参数，如果处理深度在20cm 以上，需要采用双排甚至3 排布孔，孔距约为旋喷固结体半径的1.73 倍，排距则为1.5 倍；（4）浆液用量计算。在对高压喷射注浆技术进行应用过程中，需要做好浆液用量的合理计算，具体的计算公式为：

式中，Q 为浆液用量，m3；H 为旋喷桩长度，m；q 为单位时间喷浆量，m3/min；β 为浆液损失系数，这里取0.2；v 为注浆管提升速度，m/min。

3.3 施工技术要点

3.3.1 施工准备

正式施工前，需要做好图纸核对工作，确保设计孔位处不存在妨碍施工的障碍物，对施工设备、施工材料等进行准备，确保施工的顺利进行。

3.3.2 钻孔

采用泥浆固壁回转钻进或冲击钻进的方式钻孔，在这个环节需要重视充填堵漏工作，确保孔内泥浆可以保持正常循环，一边钻进一边跟进套管。钻孔过程中，需要做好钻机垂直度的控制，确保其偏斜率不超过1%。

3.3.3 喷射杆设置

对于采用泥浆固壁的钻孔，可以将喷射杆直接下到孔底。对于跟管钻进的钻孔，可以在拔管前，于套管内注入密度较大的塑性泥浆，然后起拔套管，一边起拔一边注入，确保浆面能够与孔口保持齐平，直到套管全部拔出后，再使喷射杆下入孔内；还可以在套管内下入PVC 塑管，使其发挥出相应的护壁作用，然后拔出套管，将喷射杆下入塑管底部。

3.3.4 喷射注浆

在高压喷射注浆过程中，需要充分考虑地层的实际情况，在砂层中可以适当加快提升速度；在砾石层中应适当放慢速度；如果是在粒径超过40cm 以上的块石层中，应进一步放缓注浆速度。施工完成后，需要立即将注浆管拔出清洗，避免浆液凝固后无法拔出注浆管的情况。每个孔喷射注浆完成后，可以进行封孔操作。浆液没有硬化前，地基可能会因为外部因素的扰动而产生附加变形，导致其整体强度下降，可以通过控制注浆速度或者加快浆液凝结速度的方式对其进行调节[4]。

3.4 质量控制

施工环节需要做好试验分析，检查施工质量，确定其是否能满足要求，浆液凝结达到设计强度后，可以对凝结效果进行检查，通过抽水、压水试验和静荷载试验检验钻孔的防渗性能。安排专人做好施工质量管理和验收工作，对于无法达到工程设计施工要求的情况，需要督促施工人员及时进行处理。

4 结语

高压喷射注浆技术有非常显著的优点，将其应用到水利工程中，能够促进地基稳定性和承载能力、防渗能力的提高。在对高压喷射注浆技术进行应用的过程中，需要结合水利工程的实际情况做好现场试验，确定施工参数，加强对质量控制点的管理，规避和解决质量缺陷，以保障水利工程安全稳定运行。