水利防渗工程中高压灌浆施工的质量控制

摘要: 高压喷射灌浆技术具有施工速度快、 固结体强度大、水泥灌浆不会造成环境和地下水污染等优点。 文章在集中介绍了高压喷射灌浆技术的分类及技术优势的基础上,重点介绍了高压喷射灌浆的机理、施工工艺等内容。

关键词: 高压喷射灌浆 机理 施工工艺

我国早在上世纪80年代的时候就提出了一整套较为完善的高喷灌浆防渗技术。高压喷射灌浆可以简称为“高喷灌浆”或者是“高喷”，它是一种采用高压水或高压浆液形成高速喷射流束，冲击、切割、破碎地层土体，并以水泥基质浆液填充、掺混其中，形成桩柱或板墙状凝结体，用以提高地基防渗或承载能力的施工技术。

1、高压喷射灌浆技术的优点

与其他技术相比，高压喷射灌浆不但工期短、价格低廉，而且工艺简单无公害，效果也十分明显。主要表现在以下几个方面：

（1）可应用的范围广、适应的深度大。高压喷射灌浆技术所能处理的基础深度已达80m左右，而且还能适应所有的第4系地层。

（2）可灌性和可控性好。高压喷射灌浆只要是在高压射流能破坏的地层的情况下都可以使用，因此，具有很强的可灌性。同时，这项技术还可以借助高压射流的机理，通过一系列的冲切掺搅等作用进行空间的填充和调整, 固结体形状易于控制，具有很好的可控性。

（3）机动灵活。这是高压喷射灌浆技术的最大优点。它可以直接在地基的某一深度建造符合设计要求的防渗体，而不需要对地基进行开挖。

（4）连接稳固。高压喷射灌浆板墙的自身防渗体和周围的构筑物可以实现很好的、可靠稳固的连接。

（5）高压喷射灌浆技术还具有较好的耐久性，不但设备简单、料源广阔，而且浆液集中、流失也比较少，同时管理也很方便。

2、高压喷射灌浆加固机理

高喷法是用压缩空气包裹高压喷射水流冲击、破坏、搅动土体，同时用低压灌浆泵灌入浆液，浆液被高压水、气射流卷吸带入，与被搅动土体混合形成固结体。其加固地基，形成桩、板、墙的机理可用下述五种作用来说明：

第一，高压喷射流切割破坏土体作用。喷流动压以脉冲形式冲击土体，使土体结构破坏而出现空洞。第二，混合搅拌作用。钻杆在旋转和提升过程中，在射流后面形成空隙，在喷射压力作用下，迫使土粒向与喷嘴移动相反的方向（即阻力小的方向）移动，与浆液搅拌混合后形成固结体。第三，置换作用。三管高喷法又称置换法，高速水射流在切割土体的同时，由于通入压缩空气而把一部分切割下的土粒排出灌浆孔，土粒排出后所空下的体积由灌入的浆液补入。第四，充填、渗透固结作用。高压浆液充填冲开的及原有的土体空隙析水固结，还可渗入一定厚度的砂层而形成固结体。第五，压密作用。高压喷射流在切割破碎土体过程中，在破碎带边缘还有剩余压力，这种压力对土层可产生一定的压密作用，使高喷桩体边缘部分的抗压强度高于中心部分。

3、施工工艺

（1）小口径钻进。一般使用 56mm 钻进，不取心，连续钻进。（2）孔口封闭。用 73mm 钻进 2m 后，用浓水泥浆先行镶好孔口管，封闭孔口，待凝后，再分段钻进，不卡塞。（3）全孔循环。每段钻完后，立即进行压浆，使浆液在全孔循环，除孔口第 1 段外，全孔都要经受最大压力下的反复灌浆。（4）不待凝。每段灌浆达到结束标准后，不等水泥浆凝固，立即钻进下一段，进行压水试验后即行灌浆。（5）不冲洗。除岩粉及粉细砂层外，孔内遇到夹泥层等不进行专门冲洗。（6）灌浆自上而下分段进行。一般以 5m 一段为宜，特殊情况可 2～3m 甚至 1m 一段进行。

4、施工特点

（1）浆液扩散范围大，幕体较厚，可形成 2～4m 以上的帷幕。（2）提高防渗标准，可使地层渗透性能指标 ω 值达到 0.01 L/min?m2，甚至小于 0.001 L/min?m2。（3）可将浆液压入极为细小、肉眼不易观察到的裂隙中。（4）可处理由块石、卵石 ( 或碎石 )、砂砾石、黏土等复杂成分组成的溶塌体或破碎带。（5）可将溶洞、溶隙中充填的软弱夹层进行处理，提高其防渗、抗压、抗剪性能。（6）单层帷幕深度可达 100m 以上，原则上钻孔孔斜应控制在不超过灌浆孔距 ( 一般为 2m) 的范围内。（7）工艺简易，技术易于掌握，使用机具较少。（8）高压灌浆技术施工效率高，成本低，施工强度小，安全作业保证度高。

5、高压灌浆施工的质量控制措施

5.1施工过程中的质量控制措施

（1）钻孔。孔深小于 9.0 m 的灌浆孔采用 YT28 手风钻钻孔；孔深大于 9.0 m 的灌浆孔采用 YGZ90 风动凿岩机钻孔。2 种钻孔方式孔径均为 50 mm。

（2）钻孔冲洗。钻孔结束后，应在灌浆前用大流量水进行孔壁孔底冲洗，冲净孔内的岩粉、泥渣，至回水干净为止，孔底残渣应不超过 20 cm。裂隙发育地段的灌浆孔，应采用压力水冲洗并结合灌前压水试验进行。

（3）灌前压水试验。灌前选 5% 的孔段进行简易压水试验，试验压力为 1 MPa。每 5 min 测读一次压入流量，连续 4 个读数相对稳定后即可结束，取最后的流量值计算透水率。

（4）灌浆水灰比的控制及变浆。灌浆水灰比选用3∶1、2∶1、1 ∶ 1、0.8 ∶ 1、0.6 ∶ 1 等 5 个比级，开灌水灰比根据灌前压水试验透水率 q 确定。q ≤ 30 Lu 时，采用 3 ∶ 1 浆液开灌；30Lu ＜ q ≤ 50Lu 时，采用 1 ∶ 1 浆液开灌；q ＞ 50 Lu 时，采用 0.8 ∶ 1 浆液开灌。当灌浆压力保持不变，吸浆量均匀减少，或当吸浆量不变，灌浆压力均匀升高时，不改变水灰比；当某一级水灰比浆液的灌入量达到3 000 L 以上，或灌注时间达到 1 h，而灌浆压力和注入率均无显著改变时，改浓一级浆液灌注；当注入率大于 30 L/min 时，水灰比可越级变浓。改变浆液浓度后，若灌浆压力突增或吸浆量突减，则停止灌浆，查明原因并及时处理。

（5）灌浆压力控制。一是为减少灌浆压力的波动，采用 2 个稳压器稳压。二是按照高压灌浆试验确定的压力控制方法控制压力。注入率小于 5 L/min 的孔，按升压控制办法使灌浆压力尽快达到设计压力；注入率大于 5 L/min 的孔，采用分级升压法灌注，升压幅度根据实际注入率确定，每分钟升压速率控制在 0.1 ～ 0.5 MPa 左右。三是控制好流量与压力的关系，一般情况下 PV 值＜ 40 MPa?L/min；吸浆量较大时，PV 值＜ 20 MPa?L/min；若吸浆量超过 1 000L 且无结束的征兆时，则停灌待凝 4 ～ 8 h，再扫孔复灌。四是灌浆塞位置。孔深小于 10.0 m 的孔，灌浆塞塞位在衬砌混凝土上；孔深大于 10.0 m 的孔，灌浆塞塞入孔口 1.5～2.0 m 处。

（6）灌浆结束标准。一是分段灌注第 1 段达到目标压力后，在注入率不大于 1 L/min 时，继续灌注 30 min 后即结束灌浆。二是分段灌注第 2 段和一次性灌浆孔在达到设计压力后，注入率不大于2.5 L/min，稳压 20 min 不出现劈裂现象，即结束灌浆。三是达到灌浆结束标准后，先关闭高压灌浆阀，后停灌浆泵，防止灌入浆量在卸压时瞬间流失。

5.2特殊情况的质量控制措施

（1）灌浆过程中发生串浆时，应立即停止灌浆，关闭注浆管阀门并封闭排气管，在灌浆孔达到设计压力后，再对串浆孔施灌。串浆孔达到设计压力不进浆后结束灌浆。

（2）衬砌混凝土面发生串浆、冒浆现象时，降低压力，暂停灌浆，采用速凝水泥封堵渗漏点后继续施灌。

（3）出现进浆量突增，压力锐减时，立刻停止灌浆以免造成浆液浪费。

参考文献：

[1] 刘健.高压喷射灌浆技术及其在水利工程中的应用[J].山西水利,2010(6).

[2] 徐行军. 高喷灌浆技术在水利工程中的应用 [J]. 福建建材,2011(2).