浅谈高喷灌浆在堤防工程中的应用

摘要：概述高喷灌浆工艺的演变，分析其在堤防工程中的施工原理、适用条件、施工要求、质量检查方法和加固防渗效果的工程实例。

关键词：高喷灌浆；堤防工程；施工应用

一、概述

高喷灌浆于1968年首创于日本，70年代初我国铁路及冶金系统引用，水利系统于1980年开始引用，我国山东省水利科学研究所在土坝静压灌浆和高压旋喷灌浆的基础上，研究出了高压喷射灌浆防渗技术，并研制出了相应的设备。

高喷灌浆按喷射形式分有旋转喷射、定向喷射和摆动喷射。按喷射方法分类有单管法、二管法、三管法和多管法。

目前利用最广的三管高压喷射灌浆法。在水利水电工程中常用于病险水库坝体下部河床段防渗处理、新建永久性坝基防渗和临时性围堰支护、防渗。

二、施工原理

先用钻机造孔，再将带有喷头的灌浆管下至预定位置，利用高压水泵、空气压缩机把水、气经过喷嘴形成高压高速水流、气流从喷嘴中同轴喷射，直接冲击、切割、粉碎、剥蚀地层，地层破坏后剥落下来的土石料湿化崩解、升扬置换，而在灌注的水泥浆或其他复合料浆液中，胶凝颗粒表面的

强烈吸附活性与破坏地层的土石颗粒之间发生充分的强制性掺搅混合，凝结硬化，充填挤压，移动包裹，从而构成坚固的凝结体，凝结成结构密实、强度大、有足够防渗性能的多种材料凝结体或结石。

三、主要施工机械设备

单管法需钻孔、制浆、高压泥浆泵等设备和灌浆管路，二管法需增加压缩空气系统，而三管法又比二管法增加高压水泵，并将高压灌浆改为中低压灌浆。三管高压喷射灌浆法的主要施工设备如表1所示。

表1主要施工设备

设备名称 类型或型号 功能

地质钻机 SH-50、XJ-100 造喷浆孔

高喷台车 提升喷管、控制喷射形式等

高压水泵 3XB三柱塞高压水泵 产生高压水流

空气压缩机 YV-3或6 产生低压气流

灌浆泵 BW-150、HB-80 灌送水泥浆

制浆机 ZJ-400 制备水泥浆

回浆泵 HB-50、HB-30 回收冒浆

监控设备 压力表、流量计、比重计 控制施工质量

四、主要施工技术参数

一般情况下，按工程复杂程度和地质情况，开工前应进行现场试验，以取得较适宜的符合工程实际情况的施工工艺技术参数。不同喷射类型与高压喷射灌浆施工工艺技术参数的配合，如表2所示。

五、主要板墙布置形式

要确保高压喷射灌浆的施工质量，应结合高压灌浆施工参数的确定，选取较合理而适宜的孔距与布置形式。作为防渗板墙工程出的几种常用的孔距和布置形式如表3所示。

表3高压喷射灌浆施工布置型式

上表的孔距与布置形式受水文地质影响较大，大值适用于细颗粒地层，小值适用于大颗粒地层。在相同工艺参数下，中细砂、粉砂地层，孔距可大些，一般2.0～2.5m左右，砾卵石及卵漂石地层，孔距多采用1.0～1.5m；中粗砂、壤土或杂填土层，孔距多采用1.5～2.0m。但是，对具体工程的最优孔距及布置应通过现场试验确定。

六、主要施工程序

施工程序大体分为钻孔、下置浆管、喷射提升、成桩成板或成墙等。如下图2所示。

（1）钻孔； （2）下放浆管； （3）喷射提升 （4）成桩成板或成墙

七、主要施工要点

1）施工放样：按设计图和测量资料进行测量放样确定孔位。

2）钻机就位：将钻机安置在确定的孔位上，作水平校正，使钻杆轴线垂直，对准孔位中心，保证钻孔倾斜度小于设计允许值。

3）钻孔：采用钻机钻孔、泥浆护壁。钻孔应采取措施保持垂直，使钻孔的偏斜率小于设计规定值。

4）插管：钻孔终孔后，换上注浆管插入钻孔中，使喷嘴达到设计标准，插管过程中，为防止泥沙堵塞，应采用小于1MPa的水压力边射水、边插管。

5）喷射灌浆：①灌浆施工分两序进行。②灌浆用水泥必须经验证合格,浆液应随配随用。浆液进入浆泵前应进行过滤。③当喷管插入设计孔深后，即应从下而上进行喷射作业，提升必须连续不中断且分段提升的搭接长度不得小于10cm。④灌浆过程中，因事故中断喷灌，事故处理后恢复灌浆时，喷嘴位置应伸入原停灌面下50cm以上，确保墙体结合好。⑤灌浆水、气、浆的压力和流量应严格遵照确定的参数进行。⑥当孔不返浆时，应停止或减缓提升速度；当孔口冒浆量过大时，应加大喷射压力或加快摆动提升速度。⑦喷射作业完成后，应不间断地将冒浆回灌到孔内，直到孔口孔内浆面不再下降为止。

6）冲洗：当喷浆提升到设计标高后，该孔即告结束。随后即应用清水把灌浆管等机具设备冲洗干净。

八、施工质量检查

质量检查方法有现场开挖检查、钻孔检查、围井检查、电探、渗流原体观测、载荷试验等。

1、现场开挖检查：由于开挖限制，开挖检查常用浅挖检查，但凝结体有一定强度时，才可开挖检查。检查方法可直接观察和回弹仪、测波仪、声波仪测试。

2、钻孔检查：钻孔检查多用于旋喷桩。喷射凝结体有相当强度后，用钻机在凝结体上钻孔取出样品。加工后进行室内试验，检查施工质量是否达到设计要求。在凝结体内进行压水、注水试验，测定其渗透性。通过钻孔，对凝结体进行标准贯入试验，测其坚实程度。

3、围井检查：定喷和摆喷防渗板墙的整体防渗性能检查，多采用施工板墙一侧加喷2～3个孔，与原板墙形成三边形或四边形围井。凝结一定时间后，在井内打孔，进行压水或注水试验。

4、整体效果检查：通过基坑防渗的闭气抽水试验或渗流原体观测，检查防渗板墙施工前后渗漏量的大小，对比结果，可知板墙的整体防渗效果，应作为验收的依据。

九、工程应用实例

江西省进贤县抚东大堤18+400～19+100段，属鄱阳湖区二期防洪工程，该险段地质情况极为复杂，堤身粘土厚5m左右，中粗砂层厚10m左右，砾卵石层10～15m，30m以下至堤基为卵漂石层，堤基为灰岩。每至汛期水位较高时，堤后出现大量的泡泉、管涌，为泡泉管涌的密集区，有的泡泉直径可达60cm，按设计要求，该险段采用高压喷射灌浆的微摆形式进行防渗处理。完工通过开挖探坑、钻孔取芯和围井注水试验检查，墙体有效成墙厚度35cm，最小成墙厚度15cm，芯样抗压强度在5.6～10.2MPa之间，围井注水试验渗透系数为1.63×10-7cm/s，均满足设计要求。经过4个汛期观察，未发现内堤渗水现象，取得了良好的防渗的效果。