在水利水电施工中高压喷射灌浆技术的应用

杨 瑞，周 义

（1.武汉海绵城市建设有限公司，湖北 武汉 430000；2.陕西正格一建筑工程有限公司，陕西 西安 710061）

0 引言

高压喷射灌浆技术是一种通过将灌浆材料高速喷射到工程结构中的空隙或裂缝中，以填充、加固和修复结构的方法。相比传统的施工方法，高压喷射灌浆技术具有施工效率高、材料利用率高、施工质量可控等优点。它可以有效地解决工程结构中的渗漏、裂缝、变形等问题，提高工程的稳定性和安全性。在水利水电施工中，高压喷射灌浆技术的应用广泛而深入。它可以用于大坝、水闸、堤防和隧道等工程结构的灌浆加固，有效地提高了工程的抗渗能力和抗震能力。同时，在水电站的建设中，高压喷射灌浆技术也能够用于加固水电厂的水源管道、土石坝的坝体以及水电站的导流洞等关键部位，确保工程的安全运行和长期稳定。

1 工程概况

本工程的对象是位于某城市水源河流上游地区的综合性水库。该水库对城市的生产生活具有重要影响，包括防洪、供给城市用水以及下游农田灌溉等方面。该水利工程建于1963 年，并于1965 年初投入使用。在运行过程中，曾进行三次大规模的改建，并对坝体进行了加高处理。近年来，由于水库老化和周边活动的影响，各个坝段的压力水位多次超过规定要求。为了保障大坝的安全，需要采用高压喷射灌浆技术来处理，以消除大坝渗水问题。

2 高压喷射灌浆技术的概念和工作原理

高压喷射灌浆技术是一种常用于土木工程中的修补和加固方法，通过将水泥浆料或其他强固性物质以高压注入裂缝、空洞或其他损坏部位，以重新填充和加固结构体的技术。首先，需要对待修复的结构进行彻底的调查和评估。这样可以确定需要修补的位置、程度和材料选择。然后，在施工前，需要清理和准备工作区域，确保表面干燥、清洁，并移除任何杂质。接下来，准备好的水泥浆料或其他材料会被注入专用的高压喷射设备中。这些设备通常由一个高压泵和一个喷射枪组成。高压泵能够产生足够的压力，使材料能够穿透裂缝和空洞，并填充到需要修复的位置。当喷射枪接触到待修复的表面时，喷射枪会以高速喷射出浆料。高压喷射力能够将浆料强行推送到混凝土裂缝或孔洞内部，填充它们并与周围的结构紧密结合。喷射枪通常具有可调节的压力和喷射速度，以便根据具体情况进行调整。在喷射过程中，操作人员需密切关注施工区域，确保材料均匀的填充，并有效地修补损坏部位[1]。一般来说，高压喷射灌浆技术可以用于处理混凝土结构中的底部裂缝、墙体裂缝、梁和柱的损坏以及管道或管线的泄漏等问题。

高压喷射灌浆技术具有以下优点：首先，它能够快速、有效地修复损坏结构，减少结构进一步恶化的风险。其次，喷射灌浆可以达到很高的精度和控制度，确保修复材料的均匀性和一致性。此外，该技术具有耐久性和耐腐蚀性，能够提供长期的结构强度和稳定性。

3 水利水电施工中高压喷射灌浆技术应用过程

3.1 准备阶段

施工前，必须对工程地区进行详细的勘察，了解地形地貌、地质构造及地下水情况等。同时，根据实际情况进行设计，确定喷射灌浆的参数和方案，包括压力、灌浆材料和施工方法等。高压喷射灌浆需要使用专门的设备和工具，如高压泵、喷射枪、搅拌机等，其技术设备基本结构如图1 所示。在施工前，需要对这些设备进行检查、维修和调试，确保其正常运行和安全可靠。高压喷射灌浆所使用的材料包括水泥、石英砂、高岭土等。在施工前，需要对这些材料进行验收，检查其质量和性能是否符合规定标准。同时，确保材料存放的环境干燥、通风，并按照工程需要进行配比和搅拌。

图1 高压喷射注浆灌浆技术设备基本结构

3.2 制浆与设备的试运行

在施工前，需要根据工程设计要求和施工图纸确定灌浆材料的种类、比例及配合比。常用的灌浆材料包括水泥、砂浆、高岭土等。根据实际情况选择合适的材料，并进行小样试验，以确保制浆材料的质量和稳定性。在制浆过程中，需要按照严格的工艺流程进行操作。首先，根据设计要求，准确称取所需材料。然后，将水泥和砂浆按一定比例放入搅拌机或搅拌桶中，并加入适量的清水进行搅拌，直至达到均匀的浆体。在搅拌过程中，应注意控制水灰比，以确保浆体的流动性和黏结性。

接下来，进行试运行前的设备检查和调试。确保高压喷射灌浆设备的各项参数正常，并进行润滑、清洗等工作。同时，对设备的安全性进行检验，如检查电气设备的接地是否良好、防护装置是否完好等。首先，需要选择适当的试验段落进行试运行。在试验段落中，根据设计要求，进行不同条件下的试验操作，如调整喷射压力、控制喷射速度、观察喷射效果等。通过试运行，评估设备的稳定性和工作性能，以确保其能够满足工程要求。其次，在试运行过程中，应注意进行实时监测和记录。使用合适的仪器设备对喷射压力、浆体流动性、浆液均匀性等关键参数进行监测，并记录下试运行过程中的数据和问题。如果发现设备故障或操作不当等问题，应及时进行处理和调整[2]。最后，在试运行结束后，根据试验数据和现场实际情况，评估制浆和设备的运行情况。对于出现的问题，及时总结经验教训，并进行调整和改进。同时，记录下相应的技术文件和报告，为施工提供参考。

3.3 定位与钻孔

在进行高压喷射灌浆施工前，需要对工程现场进行详细的勘察和测量。通过使用全站仪、GPS 等测量仪器，确定施工区域的地形地貌、地下水位、土体性质等参数。这些数据会为后续的定位与钻孔施工提供参考依据。在施工过程中，需要根据设计要求和勘察结果确定灌浆点的位置。一般来说，灌浆点应该选择在渗漏较为严重或者土体松软的位置。通过对工程地质的分析，结合现场勘察的数据，可以确定灌浆点的具体位置。接下来是钻孔施工。钻孔是进行高压喷射灌浆的前提，其质量直接影响到后续灌浆效果。在进行钻孔施工时，需要根据设计要求确定钻孔的位置和数量。钻孔的位置应与灌浆点相对应，钻孔之间的距离也需要符合设计要求。在进行钻孔施工时，需要选择合适的钻孔机械设备和工具。根据工程的具体情况，可以采用旋转钻孔、回转钻孔或者冲击钻孔等不同的钻孔方式。同时，还需要根据设计要求选择合适的钻孔直径和深度。钻孔施工过程中，还需要注意控制钻孔的垂直度和直径。通过使用水平仪、测量工具等设备，实时监测钻孔的垂直度，并及时进行调整。另外，还需要使用合适的套管材料来保持钻孔的直径，以防止土体塌方和水泥浆液流失。钻孔完成后，需要对钻孔进行清洁。清洁钻孔可以排除钻屑和杂质，提高灌浆效果。清洁钻孔的方式可以通过气压吹扫、水冲洗等方法进行。

3.4 下喷射杆

在进行下喷射杆施工之前，首先要对施工区域进行清理和检查，确保施工区域没有杂物和障碍物。同时，需要安排专业人员进行勘测和测量，明确喷射杆的布置位置和深度。喷射杆施工所需的主要材料包括注浆剂、喷射杆、压力泵等。在施工前，需要对这些材料进行检查，确保其质量合格，并根据实际情况计算所需材料的数量。根据设计要求，确定喷射杆的布置位置和间距。使用钻机或人工开挖孔洞，将喷射杆嵌入孔洞中。在嵌入喷射杆的过程中，要保证喷射杆的垂直度和稳固性，避免出现倾斜或移位的情况。将喷射杆与注浆泵连接，并确保连接牢固和密封。在连接过程中，要注意检查连接处是否存在漏水现象，及时进行修复和处理。根据设计要求和施工实际情况，对注浆泵的压力进行调节。通过调整压力，可以控制喷射杆注浆的速度和流量，确保施工效果的稳定和均匀。开始注浆前，需要在喷射杆上设置好注浆孔和喷嘴[3]。然后，将注浆剂注入注浆泵的容器中，开启注浆泵，通过喷嘴将注浆剂喷射到喷射杆内部。在注浆过程中，要控制好喷射时间和注浆量，确保喷射杆内充满注浆剂，并使其充分渗透到周围土体中。在喷射杆施工的过程中，需要进行实时监测和记录。通过使用压力表、流量计等设备，对注浆压力和流量进行监测，确保施工过程的稳定和可控。当喷射杆注浆到设计要求的深度后，停止注浆，并进行喷射杆的固化和加固。

3.5 高压喷射

高压喷射是高压喷射灌浆技术中的核心步骤，其介质包括高压空气、水泥泥浆和高压水3 种成分。技术人员通过下入喷射管将3 种成分按照预定的顺序进行输送，一般情况下，在此过程中，要保持2~3min 时长的静喷处理，同时要根据技术参数的要求，设定喷射流量，确保记录数据的准确性。在以往的施工过程中，高压喷射灌浆过程中，会受到外界条件的影响，从而造成相应的隐患。因而在施工过程中，必须在施工准备阶段就做好相应的质量控制工作，减少隐患的产生。

4 高压喷射灌浆施工中的问题及其处理措施

4.1 冒浆问题

（1）合理选择灌浆材料。应根据工程要求和地质条件，选择具有良好抗冲刷性能和适当流动性的灌浆材料。同时，对于需抗渗性能较高的区域，可以选用具有较高黏结力的材料，以减少冒浆现象的发生。

（2）优化施工工艺。在高压喷射灌浆施工过程中，需要控制灌浆速度和压力，避免过大的冲击力造成地质体破坏和冒浆现象的产生。此外，还要合理确定喷孔位置和间距，以确保灌浆材料充分渗透并填充空隙，从而减少冒浆的可能性。

（3）加强监测和控制。在施工过程中，应设置合理的监测点位，定期对冒浆情况进行监测和记录。一旦发现异常情况，及时采取相应的控制措施，如调整喷射压力、更换灌浆材料等，以避免冒浆问题进一步扩大。此外，还可以通过增加注视孔或检测孔来实时观察灌浆效果和冒浆情况，以便根据实际情况进行及时调整[4]。

（4）进行事后处理和修复。若出现冒浆问题，要及时进行事后处理和修复，以确保工程质量。可采用重灌、封堵等方法，修复冒浆部位，并加强对该区域的监测，防止再次发生类似问题。

4.2 灌浆面凸起和灌浆柱断开

对于灌浆面凸起的问题，可以考虑调整灌浆材料的配方。通过改变水泥与砂浆、填充剂等材料的比例，可以使灌浆材料具有更好的可控性和流动性。此外，适当调整灌浆压力和流量也是关键，以确保灌浆材料均匀分布在工程中，避免出现凸起现象。

针对灌浆柱断开的问题，可以采取多种手段来有效解决。一方面，可以加强灌浆管道的设计和安装，确保其密封性和抗压性能。另一方面，可以增加灌浆管道的支撑和固定，防止其受到外部力的影响而导致断开。此外，合理控制施工过程中的施工速度和灌浆量，避免过快或过大的压力造成柱断开的情况发生。

最后，为了更好地解决灌浆施工中的问题，还可以通过引入先进的监测技术和自动化设备来提高工程质量。例如，可以利用传感器监测灌浆材料的流量、压力和温度等参数，及时调整施工参数，保证施工质量。同时，可以使用机器人施工设备进行灌浆作业，减少人为因素对施工质量的影响[5]。

4.3 固结体不垂直

在实际应用中，由于地形的限制和场地的复杂性，固结体的施工可能受到各种因素的影响，导致灰浆不垂直。这会严重影响施工质量和效率，甚至会危及工程安全。

为了解决这个问题，需要采取有效的措施。首先，在施工前，必须对场地进行详细的调查和测量，了解地形、岩层、水文等情况，并根据这些情况设计出合理的施工方案。其次，在施工过程中，必须选择合适的喷射机，并进行精确的调试和校准，以确保喷浆方向的准确性和稳定性。此外，还可以在固结体周围设置支撑结构，避免物料溢出和固结体偏移。同时，还可以采用一些新技术和新材料来解决这个问题。例如，利用激光测距仪等高科技设备，实现快速准确的测量和控制。同时，也可以使用各种新型材料，如聚合物灰浆、石膏灰等，来提高固结体的稳定性和垂直度。

5 结语

高压喷射灌浆技术不仅能够有效地加固岩石和土壤，提高工程的稳定性和安全性，还能够修复和加固水利水电工程中的裂缝和漏洞，确保工程的长期可靠运行。在施工过程中高压喷射灌浆技术不仅具备灵活性和高效性，而且能够适应不同地质条件和工程要求，为施工提供了极大的便利和保障。