高喷灌浆在河道堤防防渗加固中的应用

李友明，李时鸿

（南京振高建设有限公司，江苏 南京 211300）

0 引言

施工单位采用高喷灌浆技术对河道堤防实施防渗加固，要全面分析高喷灌浆在河道堤防防渗加固应用中存在的问题，将河道堤防所在地的地形地质状况摸清，掌握相关水文资料，开展现场试验，在此基础上，准确把握高喷灌浆施工技术要点，保障高喷灌浆在河道堤防防渗加固施工中的应用效果。

1 高喷灌浆技术概述

高喷灌浆技术是指通过钻机造孔，向预定的土层位置下放灌浆管，通过高压，从灌浆管喷嘴中将浆液和水喷射出来，产生喷射流对土层进行破坏冲击，土体所含土粒剥落后，部分较为细小的土粒伴随浆液从地面冒出，其余土粒与灌入土层的浆液实现混合搅拌，形成凝结体。高喷灌浆技术的原理，是通过射流作用对地层进行切割搅拌，对地层结构和具体组成进行改变，将混合浆液或水泥浆灌入土层，形成凝结体，据此实现对地基的加固防渗[1]。

高喷灌浆技术主要具有如下特点。

（1）具有良好的可灌性。该技术对土层结构进行强制破坏，将浆液灌入土层，与土层土粒进行混合搅拌，即形成防渗墙体，具有良好的可灌性。

（2）能形成可靠连接。采用高喷灌浆技术，设计合理的灌浆孔距，即能形成可靠连接。

（3）适用性强。高喷灌浆对第四系所有地层均适用，可实现对高压旋喷桩或灌浆墙板的良好构筑，基础处理深度超过80m。

（4）机动灵活。该技术具有较强的机动性和灵活性，所需的施工设备较为简单紧凑，因而具有广泛的使用范围。该技术能将工程施工需要作为依据，有效控制加固范围。

（5）固结体形态具有较强的可控性。一般情况下，为良好满足工程施工需要，在实施高喷灌浆的具体过程中，可通过提升速度、调整旋转、增加压力，或者对喷嘴进行更换等方法，调整灌浆流量，据此形成形态不同的各类凝结体。

（6）具有多样化的喷射方式。高喷灌浆包含倾斜、水平、密集等多种喷射形式，在实际施工中，可根据工程实况和施工需要，对喷射方式进行合理选择。

（7）具有较强的经济性。高喷灌浆以水泥为主要的浆液原材料，在喷射过程中，部分浆液冒出地面后，对之进行沉淀、除砂以及过滤后，能实现一定程度的回收利用，呈现出良好的经济性[2]。

2 高喷灌浆在河道堤防防渗加固应用中存在的问题

在采用高喷灌浆技术对河道堤防实施防渗加固的实践过程中，部分施工决策和技术人员缺乏对高喷灌浆各类工法及其适用条件的详细了解。各工法采用不同的破土能量载体和发生装置，具有不同的适应范围和使用条件。部分施工决策和技术人员不熟悉各工法的具体特点和各项适应条件，缺乏相关的实践经验，极易在防渗加固施工实践中出错。

施工设计人员在对高喷灌浆防渗加固应用进行设计时，通常在河道堤防施工现场开展高喷灌浆试验，以试验结果为依据，并结合安全系数，对高喷灌浆各项施工参数进行确定。但凝结体具有复杂的形成过程，受诸多因素影响。地基应力、地下水文以及施工深度等各项施工条件与现场试验条件存在较大差异，导致高喷灌浆形成的凝结体在尺寸、形状等方面与现场试验形成的凝结体存在较大差异。设计人员对各类影响因素缺乏科学估计，难以保障设计的科学性，影响高喷灌浆施工效果。

高喷灌浆施工作业具有较强的专业性，要求施工单位具有较高的综合素质。在施工过程中，施工单位未能严格遵循施工设计和相关规范，对高喷灌浆全过程缺乏严格监测，难以及时发现施工异常和潜在问题，造成施工隐患[3]。

3 高喷灌浆在河道堤防防渗加固应用中的施工技术要点

3.1 对地质材料进行分析并开展现场试验

在采用高喷灌浆技术对河道堤防实施防渗加固施工前，要将加固部位的地质地形状况和水文条件摸清，将现场实际情况作为依据，结合施工经验，对高喷墙方案进行初步选定，合理确定各项工艺参数。在此基础上，按照布置形式和各项工艺参数开展现场试验，确保试验一次成功，避免多次试验影响工期。对高喷孔完成测量放样后，为实现对地层岩性的准确掌握，并对防渗墙底线高程进行合理确定，要沿防渗墙轴线，按照10～20m 的间距布置地质先导孔，钻取芯样，对地层岩性进行鉴定，并对地质柱状图进行绘制，为施工提供指导。在全面开展高喷灌浆施工时，要对各类地质层面存在的变化进行准确掌握，对钻孔深度进行合理确定，加强凝结体与基岩面实现良好连接，将高喷灌浆施工实况作为依据，对提升、旋摆速度进行提升，保障各透水层实现高质量施工，并对材料消耗进行有效控制[4]。

3.2 对钻孔斜率进行严格控制

采用高喷灌浆技术对河道堤防实施防渗加固施工，要对钻孔斜率进行严格控制。钻孔深度通常较大，为保障防渗墙连接的有效性，要对钻孔垂直度进行严格控制，通过测斜仪测量孔斜，当孔深在30m 以下时，应控制钻孔偏斜率低于1%。在河道堤防施工现场开展试验，并结合施工经验，采取技术措施对钻孔偏斜进行有效控制。

（1）采用具有较强钻进能力的钻机，对钻机进行水平牢固安装，确保立轴中心处于与钻孔中心相同的垂直线，开孔钻尽量对大一级钻具进行采用，根据要求孔向与孔位对准后再实施开孔操作，确保钻进稳定。通过卡尺测量，确保开孔钻具对铅直状态的持续保持。

（2）钻进砂卵石层后，考虑圆滑的砾石容易导致钻头偏滑，产生不均衡阻力，对钻头前进方向造成改变，导致钻孔偏斜，要通过上下反复活动，防止地层所含的圆滑颗粒导致钻头发生滑移而造成钻孔偏斜。

（3）在钻进过程中，要对钻机进行检查，防止其发生移动，避免立轴钻进方向出现变化，及时发现异常并加以纠正；对井位测斜仪进行分段使用，实施钻孔测斜，对于不符合垂直度要求的情况，要及时实施扫孔纠偏。

（4）为避免出现孔斜，采用性能良好的施工机械，并熟练应用钻孔方法，在必要情况下，对自动纠偏钻机进行使用[5]。

3.3 对造孔和高喷施工间隔进行把握

对河道堤防实施防渗加固，要对造孔和高喷施工间隔进行把握，并通过有效措施实施护壁。高喷孔通常遵循Ⅲ序加密施工原则，先实施钻机造孔，移走钻机后，通过高喷灌浆台车实施高喷作业。高喷速度通常比钻孔速度要快。对此，一台高喷台车通常需要多台钻机进行配合。为避免工作面条件和分序施工造成的限制，防止台车频繁移动对功效造成不良影响，在施工实际中，通常先造大量的孔，再实施高喷作业。通常在造孔完成1—7d的范围内实施高喷。对于砂卵石层，采用传统工艺实施泥浆护壁，需耗用大量的塑性浆液，形成较高的护孔成本，同时，喷射导致浆液冒串，会引发严重塌孔，降低成孔率[6]。对此，向孔中下入特制带径向条缝的PVC 塑料花管实施护壁，能形成良好的护孔效果。高压射流对土层进行强力冲击，极易破坏土层，不会对高喷质量造成不良影响，还能解决塌孔问题。

3.4 对高喷回浆进行合理利用

采用老三管法实施高喷灌浆施工，会形成较大的孔口冒浆量，应对之净化回收，避免浆材浪费和环境污染。对河道堤防实施防渗加固，要在实施高喷灌浆施工的同时，对孔口返浆实施回收利用。在保障工程质量的基础上，按照回浆比重，再次开展配浆灌注[7]。对于砂卵石层和砂层形成的回浆，要利用净化池沉淀粗颗粒，对之进行利用。通常，不对淤泥层、粘土层和极细砂层形成的回浆加以利用，因为难以利用净化系统将浆液中混杂的粉细砂和泥质分离净化。

3.5 重视并加强孔口补浆

河道堤防的砂卵石层具有较强的透水性，在高喷浆液与土层颗粒混合凝固的具体过程中，受浆液析水影响，固结体顶部会形成较大沉陷，影响建筑基础与加固地基的紧密结合，容易造成脱空[8]。对此，完成喷浆后，要及时利用送浆管路将浓浆补充入孔内，直到浆面停止下沉，据此保障防渗墙质量。

3.6 加强对高喷返浆异常的处理

在施工设备正常运行，且各项工艺参数正确的情况下，相邻孔串浆和地层漏浆会导致孔口出现返浆异常。对此，要将孔口返浆实况作为依据，对异常孔段实施有效处理。

（1）当孔口出现不返浆的情况时，停止提升高喷管，实施静喷；保持原有的进浆量、风压和浆压，对水压力进行降低，将砂填入孔内，或者掺加速凝剂；为避免卡管，可将高喷管提高5cm；实施上述措施后，孔口正常返浆后，对水压以及各项参数进行调整，使之回归正常，再对高喷管进行正常提升。

（2）孔口有返浆，但状态异常时，可对高喷管实施间隔提升，返浆恢复正常后，对喷射实施正常提升。

（3）为解决卵砾石层出现的漏浆问题，可在套管中预先对水泥粘土砂浆实施静压灌注，再实施高喷灌浆[9]。

3.7 加强对高喷防渗墙体的连接处理

高喷钻孔依托高喷水泥浆液构成凝结体，各凝结体相互连接即形成防渗墙。为保障防渗墙效果，要加强对高喷防渗墙体的连接处理。

（1）加强对各高喷孔的连接。为保障高喷墙体所含的各序孔实现高质量的连接，要将透水层地质条件作为依据，综合考虑孔斜率和钻孔深度对高喷孔孔距进行确定。在开展高喷灌浆施工的实践过程中，对施工设备和各项工艺参数进行合理确定后，为方便施工，要尽量避免对浆压、风压、水压实施过大调整，对高喷孔孔距进行确定后，要控制喷射管提速，避免过大提速减小防渗凝结体的实际影响范围；避免过小提速影响功效并增加材料消耗。要将现场试验结果作为依据，结合施工经验，实施高喷灌浆，控制浆液、气压、水压和流量保持不变，将地层厚度作为依据，适当调整提速。

（2）加强防渗凝结体与坝基基岩的连接。在钻孔施工过程中，通常选取部分高喷孔开展施工，采取芯样对地层进行核对，在必要情况下，开展动力触探试验，保障高喷钻孔深入基岩1m 以上；在实施高喷灌浆的过程中，要确保高喷凝结体与基岩形成0.5m 以上的连接段。按照设计深度插入喷浆管后，及时对浆液进行输送，在预定深度实施喷头喷射时，仅对喷头进行旋转，而不对之进行提升，完成1～3min 的停留后，再对喷头进行提升，据此形成高质量的下部固结体。对基层岩实施高喷施工，要对高喷管的实际提升速度进行严格控制，在透水层可暂停提升高喷管，实施静喷。

（3）加强防渗凝结体与其他防渗体的有效连接。对河道堤防实施防渗加固，通常是对堤防固有的防渗结构存在的缺陷进行弥补，将坝基透水层存在的渗流截断。为增强防渗加固效果，实现对高水头作用的有效抵御，要加强防渗凝结体与其他防渗体的有效连接，建立健全防渗体系。要将设计水头差作为依据，结合容许渗漏坡降，对连接段实际长度进行确定，并遵循施工次序，按照质量控制要求，确保连接段形成良好胶接，据此增强防渗效果，防止渗漏通道的形成[10]。

4 结语

综上所述，高喷灌浆技术具有良好的可灌性，能形成可靠连接且适用性强，还具有机动灵活的特点，固结体形态具有较强的可控性。采用高喷灌浆技术对河道堤防实施防渗加固施工，要准确把握对钻孔斜率进行严格控制、对造孔和高喷施工间隔进行把握、对高喷回浆进行合理利用、重视并加强孔口补浆、加强对高喷返浆异常的处理、加强对高喷防渗墙体的连接处理等施工技术要点，有效保障防渗加固效果，增强河道堤防的防渗性能，实现对河道堤防的有效加固。