高压摆喷灌浆技术在水利工程施工中的应用方法研究

唐新宇，李 达

（赤峰市金川市政建设工程有限公司，内蒙古 赤峰 024000）

1 高压摆喷灌浆技术概述

1.1 高压摆喷灌浆技术的原理

高压摆喷灌浆技术是利用由特殊坚硬金属特制的合金喷嘴的注浆管下探到有专业人员预先选定的位置，然后用具有高压（20MPa～40MPa）的水泵或者泥泵通过特殊合金喷嘴将其中具有高压的水或者泥浆摆动喷射出来，巨大的压力混合水或者泥浆冲击在土体上，击碎原本土体让土壤碎屑和喷射出的水或者泥浆充分混合搅拌在一起，混合浆液在高压的作用下以一定的比例和大小按照特有的规律重新的排列组合到一起[1]。高压下的浆液和水会破坏、冲击和切割土地，以达到目的，在这个过程中，摆动喷射流束会形成冲击力、离心力和重力，在它们的共同作用下，碎石、泥浆、得到充分混合，碎石土块之间的间隙得到充分填充，在高压摆喷的作用下逐渐形成扇状固结体，运用此项技术，其作用在于巩固加强地基的承载能力和防渗能力，最终的目的是加固防渗围坝[2]。

经过几十年的实践积累，工人发现土质较软，含沙土，小石粒、泥土等同系列土壤的地层都可以使用喷射处理的方式，可以达到加固、防渗的目的，长时间的实践证明建筑效果卓著[3]。如果是直径过大的石粒或者较大较硬卵粒石含量过高的土层将由专业人员现场制定相对应的施工试验对策。如果是含有大量漂石或块石的地层并不建议使用此类方法。

高压喷射灌浆有3种常见的方法，分别是单管法、二管法、三管法[4]。以下就是3种方法的简单介绍。

单管法是水泥浆在高压（20MPa～25MPa）作用下，通过特殊合金喷嘴喷射而出，形成具有巨大破坏力的流动水泥浆柱，其形成的强大冲击力可以破坏土体，与此同时，将喷射管进行旋转和提升，把喷射出的水泥浆液和喷射过程中击碎的沙石土壤混合物充分的进行了融合，通过一段时间后，混合物自然凝固，在地下形成凝结体。使用此类方式，所形成的凝结体往往出现直径和凝结体面积比较小的状况，普遍情况下，桩径在0.5～0.9m，而形成的板状凝结体会比桩状的大，其长度可延伸至1～2m。总体来说，单管法施工周期短，速度快，如果工期较急且条件符合，还是比较建议使用的。

二管法具有两个喷射管道，将高压泥浆泵等高压发生装置形成的高压（20MPa～25MPa）与压缩空气机形成的0.7～0.8MPa压缩空气同时释放共同作用，使经过高压处理的水浆液和压缩空气通过不同的通道喷出，在射管底部和侧面的同轴双重喷嘴出形成喷射流，强大的冲击力破坏了土体，它的直径可以达0.8～1.5m。

三管法相比前两种喷射方法，其操作和工作原理较为复杂。如三管法名字所示，他的完成需要三个输送管道，首先经过空气压缩机，具有压力0.7MPa～0.8MPa的压缩空气从外喷嘴中喷出，与从内喷嘴喷出的具有超高压30MPa～50MPa的高压水流形成巨大的冲击力，将需要破坏土体击碎，接着用泥浆泵灌注混合拌好的水泥浆，使得达到标准的水泥浆液充分置换充填。三管法浇筑通常都能达到1～2m的大直径，与二管法比较略大，与单管法比较要大出1～2倍。

1.2 高压摆喷灌浆技术的特点

高喷法有很多优点，如材料和人工成本低、施工速度快、过程相对简单、固结体强度大、可靠性高等，远远优于普通灌浆法。高喷法是利用具有高压的水流或者是水泥浆通过喷嘴射出高压射流，具有巨大破坏力的射流冲击土体，被击碎的土体与泥浆形成凝结体，在这个过程中覆盖层的可灌性不纳入考虑范围之内。与此同时，在施工过程中，破碎的土体大大限制了高速射流的范围，使得浆液不易发生流失的情况，极大地增加了摆喷过程中预期固结体形状形成的概率。高喷法的施工难度较低，可以在钻孔形成的孔体底部或者中部完成喷射，没有很高的技术要求，除此之外，在喷射过程中不对喷射方向做出要求，可以水平也可以倾斜施工。高喷法使用的原料一般为水泥浆，不会有别的有害物质的掺假，这大幅度减少了对环境和地下水的污染，并且提高了工程的耐久性。施工也不会形成噪声污染，而且单管和二管法的施工过程都比较简便[5]。

2 工程的概况

以下是对某项工程建设实例的施工技术的分析。水库的使用年限长达50余年，坝体的长达到了320m左右，顶部宽4.2m，最高坝体达到了13.6m。因为水库在最初建造时是利用土壤（含粗砂和细石）进行填筑的，所以坝体并不能长时间承受水的浸泡侵蚀，现如今，该水库在防渗性能方面存在着很大的安全隐患，已经在多个部位出现了渗漏的现象，因此需要针对水库出现的问题采取相应的措施。本文针对以上坝体出现的问题选用高压摆喷灌浆技术修复。

3 高压摆喷灌浆技术施工方案

首先，专业技术人员针对水库的坝体做了全方面的评估，根据不同方位的破损程度，制定了具有针对性的较为完善的施工计划，然后根据具体需要施工的内容，决定用三管法摆喷的灌浆技术进行修复，为此次修复工程设计了两个工序，施工期间还会使用到交叉间隔式的施工方式，第一道工序与第二道工序之间需要间隔几天。

其次，要准备好三管法摆喷的灌浆所需要的机械设备，施工前做好充足准备，检查好机械设备是否符合施工标准，最主要的就是三管高压喷射的装置。施工前期，要先检查设备内部的主要装置，如导浆液的搅拌机、钻孔机、高喷台车、泥浆泵等设备。要想保证在施工过程中设备装置可以顺利使用，相关设备要有一定的整合度，以此在最大程度上避开可能出现意外的可以预想到的情况。除此之外还需要明确掌握工程中所需要的一些重要参数，避免拖慢施工进程。三管法摆喷灌浆技术施工步骤非常一定，步骤如下：定孔位→钻孔→制浆→下喷射管→喷射→定向、摆动、提升→成墙→回灌→拔管冲洗→返浆回灌→结束清理现场。

高压摆喷灌浆施工技术参数如表1所示。

表1 高压摆喷灌浆施工技术参数

从表1可以看出，应该在以上参数范围之内选取适合本工程的参数，每个工程情况都不相同，应该以实际工程情况作为判断标准。本项工程利用高压摆喷的灌浆技术对水库年久、渗透的问题制订有针对性的计划，需要注意的是以上孔距、钻进深度、水泥浆液比重、轴线和摆喷方向夹角、摆喷角度、提升速度、摆动速度、水泥浆泵压、气压这九个参数的选取，需按照表1标准数据合理选择。

4 高压摆喷的灌浆技术

4.1 确定孔位

在进行坝体灌溉之前，要多次确定孔位，以确保施工达到预期效果，放线定位这一工序需使用专业的测量人员完成这一项步骤，每个控制桩之间应间隔20个孔位，这样就有效的保证了在施工过程中，施工人员可以准确地找到需要的孔位，并迅速下泥浆完成施工动作。这一工程对钻孔的技术要求较高，要求依据防渗墙轴线的走向来确定坝体的钻孔的位置。再使用钻机，将其放在选定的孔位进行打孔，矫正钻机，还要确保钻头与预设的孔位相对应，最后将其固定。钻机固定好后再进行钻孔工作。在这一步骤实施过程中，在孔位对正的前提下，还要核对主轴的垂直度，保持立轴垂直于地面的水平线。除此之外，在施工的过程中，将所有的钻机进行有序的排序，以避免产生不必要的误差，编号应按照一定的顺序，秉承连续性的原则，注重防渗墙所处的位置，严格按照设计图纸和事先计划的施工次序，按顺序进行钻孔。然后，根据轴线的方向进行轴线校对钻孔，每两个钻孔之间间隔30m，在具体实施的过程中，要严格遵守规定，精确测量，误差不大于30mm，以减小误差。因此，在进行钻孔工作之前，要实现对地下的结构进行探测，并做出地质剖面图，这在实际施工中钻机操作人员就有一定依据，这为工程建设节省了很多时间，并且在施工过程中，要随时监测地下的情况，出现变化是及时做出调整。钻孔过程中，要确保钻孔的铅直，孔斜的误差保持在1%之内。为将误差降到最低，制定了一下几个方案。首先，在开孔时，要多次测试钻机支垫的平稳性，以此确保主机钻孔的铅直；其次，在开孔时，要降低钻孔的速度，慢慢下钻，确保孔位的垂直性，当钻孔的深度有一定深度后用超过5cm的钻具，继续接下来的工程。另外钻进中，要随时监测孔斜，即每隔10m检测一次，若发现孔斜，立刻采取相应措施来纠正。

4.2 钻孔施工

在下钻之前，施工人员需要检查钻杆是否垂直，钻杆是否垂直直接对施工的质量造成很大影响。钻孔位置确定之后，对钻孔机的位置做出相应的调整，对钻杆的垂直度进行双重的保障。开始钻孔时，应控制钻孔机的速度，防止在钻孔过程中出现泥浆的回浆或者渗漏的现象，假如出现了，就是施工过程未达到标准。需要对泥浆和钻孔进度的配合比重新进行调整，确保施工质量达到标准水平。除此之外，要想施工更加准确，可以采用护臂，有两种方式分别是孔内沉降和泥浆护臂。如若采用护臂，应该在施工前对施工坝体的地质情况进行调查，对坝体土壤的情况十分了解，如果一切准备工作都符合施工要求就可以进行此次工程。还要时刻关注钻井内情况，严格记录施工中的信息，如若出现意外立刻中止，如果需要较长的停止施工时间，必须遮盖防护钻孔，避免意外事件的发生。最后，在钻孔施工完工之后，及时清理钻孔，一般情况下采用新配制好的泥浆喷射到孔壁上，对孔内部含有的杂物起到了清理作用，确保充分发挥导管的作用，以保障工程的质量。

4.3 水泥浆拌制

制造水泥浆需要在泥浆制备池中搅拌而成，在施工的整个过程中，施工人员会利用制备池中的搅拌叶，采用2级拌制水泥的方式拌制，为保证水泥浆达到施工所需要求，对水泥浆的拌制时间也有严格的限制，拌制时间必须控制在2min以上，在进行材料拌制时，需要确保搅拌叶的质量可以承受满足施工要求的工作强度，在选择搅拌叶时，要选择适当合理的直径的搅拌叶。在水泥浆进行一级搅拌之后，需要使用筛网进行过滤，再引入二级制备池中，开始进行二级拌制，过滤掉的杂物要集中处理，严禁将杂物二次使用。

4.4 高压摆喷灌浆

在高压摆喷灌浆施工的过程中，必须遵守施工顺序。钻孔达到一定的深度后要及时把钻杆取出，然后放置实现备好的喷射导管，将其放置到指定的位置，在此之前，要在地面上进行低压射水的工作，以检测喷嘴的畅通程度，确保工作的顺利完成。将喷管下放以后，需要立刻启动搅拌机，制作浆液，再将拌制好的浆液通过管道运送到喷嘴中去，然后依据原定计划进行原位喷射，若灌浆施工正常，但孔口有返浆现象的出现时，才可以进行提升喷射的操作，另外，必须精确检测风量、浆液压力、摆动、风压和提升的速度，确保相关数据在设计要求范围内。其次，在灌溉施工的过程中，要严格按照孔口的编号顺序依次进行，在一序孔和二序孔之间的时间间隔必须大于等于4d，然后当待喷管升高至原定高度时，结束高喷作业。

5 结语

在水利工程建设的实际操作中，灌浆技术是不可或缺的一部分，在实际施工过程中得到广泛的应用，高压摆喷的灌浆技术和传统的灌浆技术相比，其具有操作方法简便，施工成本低的优势，更适合解决水利工程中的问题，高压摆喷的灌浆技术能够一直沿用至今，也说明了其在施工建设中的优越性。本文主要对管喷技术中的三管法的摆喷灌浆技术进行了阐述分析，并深度讨论了这种方法的施工工艺以及注意事项。在实际的灌浆操作中，需将施工过程中的每一个步骤把控在可控范围内，这在很大程度上确保了施工的质量和水平达到更高的质量，也最大化的发挥出了水利工程的使用功能。高压摆喷灌浆技术就是水利工程中的极其重要的步骤，所以必须提高对其的重视度。