1、高喷灌浆技术在水利工程中的应用一、高喷灌浆技术概述高压喷射灌浆技术自二十世纪七十年代由日本引进我国，后逐渐在各建筑行业领域推广应用。先普遍应用於建筑物的地基加固，提高地基承载能力，在该领域取得了令人满意的效果，在理论上对软基处理有了新的模式。后期在水电水利工程中进行高喷防渗处理取得成功的经验。高喷灌浆在水电水利行业中广泛地应用於水工程建筑物的防渗工程中，水工建筑高喷灌浆防渗墙有别於地基加固，如何在复杂的地层下建筑高标准的防渗墙，又提出了一个高新的课题。高喷灌浆防渗墙适用认淤泥质土，粉质粘土、粉土、砂土、砾石、卵（碎）石等松散透水地基或填筑体内的防渗，由於高喷灌浆射流的能量很大，当它连续和集中地
2、作用在土体上，压应力和冲蚀等多种因素在很小的区域内产生效应，从粒径很小的细粒土到含有颗粒直径较大的卵石、碎石土、均有具大的冲击和搅动作用。将注入的浆液和土搅混拌和凝固成新的凝结体，从而起到了良好的防渗效果。但对含有较多漂石、块石的地层以及坚硬密实的其它土层，因高压喷射流可能受到阻挡或削弱冲击破碎力和影响范围急剧下降，防渗效果可能达不到预期防渗目的。多年来水电水利行业在复杂多变的地质条件下，在多种规模的水土建筑物中，建成了大量的高喷灌浆防渗墙。对高喷技术有了新的发展和要求，重要的地层、复杂的或深度较大的高喷墙工程，都要进行施工现现场试验，即选择有代表性的地层，试验采用单孔和不同孔距、排距的成墙，
3、确定高喷灌浆的方法、有效的施工参数、浆液性能、适宜的孔距、排距及墙体防渗性能。二、高喷墙的结构形式与作用水工建筑物防渗工程高喷灌浆墙属于地下隐蔽工程，由所在工程要求和地质条件而决定高喷形式，一般可采用旋喷、摆喷、定喷三种形式，每种形式又可采用三管法、双管法和单管法。由此组成高喷墙的基本组合结构形式：1、旋喷套接；2、摆喷对接；3、摆喷折接；4、定喷对接；5、定喷折接；基它高喷墙的结构形式都采用此组合派生出来的结构形式。如：旋喷摆喷搭接；旋喷定喷搭接；双排定喷墙；多排旋喷组合结构形式。各种形式的高喷墙基适应范围所要求的地层条件是不同的。定喷和小角度摆喷适用于粉土和砂土地层；大角度摆喷和旋喷适用於
4、泥质土、粉质粘土、粉土、砂土、砾石、卵（原碎）石等松散透水地基；承受水头较小的或历时较短的高喷墙，可采用摆喷折接或对接，定喷折接形式；在卵（碎）砾石地层中，深度小于 20m 时 ，可采用摆喷对接或折接形式；对摆喷角不宜小于 60。，折接 摆角不宜小于 30。；深度大於 20m小於30m 时，宜采用两排或三排旋喷套接形式或基它组合形式。高喷墙体渗透系数，抗压强度与多种因素有关，高喷墙体的渗透破坏比降更不易准确确定，有资料提出破坏比降为5002000，允许比降 80100，作为参考值进行设计施工。三、高喷防渗墙成墙工作原理高喷施工方法在工程实际应用中均是采用地质钻机预先进行引孔作业，成孔后，由高喷
5、台车进行高压喷浆作业，采用三管工艺施工摆喷防渗墙。三管摆喷工作原理：经由三个同心的三重管，分别喷射高压水、压缩空气和水泥浆液。灌浆管底段设有两个喷嘴，下边是水泥浆喷口，上面是一个同心环形的水、气喷口，由高压水泵提供高压水，通过高压水管输至喷杆内，由水嘴喷出，形成高压射流切割破坏地层。当它连续和集中的作用在土体上，压应力和冲蚀等多种因素在很小的区域内产生效应，对从粒径很小的细粒土到含有颗粒直径较大的卵石、碎石土均有巨大的冲击和搅动作用，空压机产生的压缩空气从气嘴中喷出，在高压水射流外圈形成保护导，防止高压水束能量过早扩散，压缩气被切割的地层起搅拌和置换作用，同时喷入水泥浆与土体搅拌混合，充填与置
6、换形成水泥土混合体。喷射时在一定角度内来回摆动并提升喷杆，形成一个扇形，凝固成新的凝结体，从而起到了良好的防渗效果。四、高喷防渗墙施工设计高喷防渗墙设计分别为高压摆喷防渗墙和静压灌浆防渗墙。防渗墙最小厚度不小于 12cm，摆喷防渗墙设计为折线形式，固结体轴线与钻孔中心线成 25。夹 角，摆喷角度25。30 。高喷墙质量技术指标要求：墙体有效厚度：摆喷20cm墙体最小厚度：摆喷12 cm抗压强度：R284Mpa墙体渗透系数：Ki10 -7cm(1i60五、高喷防渗墙的施工准备1、 测量放线根据水设院戡测提供的大地坐标点，进行复核并布设施工测量控制网，复核所提供的坐标点，布设一条二级复合导线；水准
7、高程控制按四等水准测量，做一条复合路线和闭合线路。施工放样测量利用二级导线点的测量成果，根据图纸提供的防渗墙起点、终点坐标，施放到实际位置，确保位置准确无误以便施工。2、 先导孔施工为探明施工区域内地质情况，确保防渗墙底线深度，并为施工高喷防渗墙作好准备。沿防渗轴线为每 40m 布置一个先导孔。、1、 、根据布置的先导孔孔位，测量其地面高程，并根据防渗轴线纵剖面图所示防渗墙底线深度以孔深大于防渗墙设计深度 5m 的原 则确定先导孔孔深。（2）、采用地质钻机施工先导孔，钻孔取出的芯样按照取样顺序存放天岩心箱内。现场描述地层情况，并拍照记录。（3）、先导孔施工完毕后，采用粘土球进封填。主要工序：确
8、定孔位钻孔取芯地层描述封孔根据钻孔取芯所反映的地址情况，绘制钻孔柱状图及地质剖面图，分析设计高喷防渗墙底线处地质情况，以满足防渗墙底线进入相对不透水层不小于 1.0m 的设计要求。现场整孔注水试验日期序号 孔号 位置 试验日期 渗透系数（Cm/s）M1 s-3 1+053.9 2004 年 7 月 25 日 1.7*10-72 s-7 0+218.7 2004 年 10 月 10日 1.8*10-7高喷防渗墙钻孔取芯检查结果试验结果序号 位置 试验日期抗压强 度(MPa) 渗透系数(cm/s) 试验比降1 5M 2004 年 8 月 2 日 16.2 2*10-8 902 10M 2004 年
9、 8 月 2 日 12 6*10-8 1003 15M 2004 年 8 月 2 日 10 1*10-8 1104 18M 2004 年 8 月 2 日 8.6 3*10-8 120高喷防渗墙施工工艺参数序号 参数名称 三管摆喷压力（MPa） 3437水量（L/min） 70801水喷嘴直径（个数） 1.8(2)压力 0.60.7风量 0.81.52空气环状间隙（个数） 1.01.5(2)压力 0.21.0喷嘴直径 12流量 6080水灰比 1.551.653水泥比重 1.4g/cm31.7g/cm 34 提升速度 1014摆动频率 8145 摆角 30。7 摆喷体中心与轴线夹角 25。8 孔
10、距 1.89 孔口返浆密度 1.251.3510 钻孔直径 130六、高喷防渗墙施工本工程高压摆喷轴线长度为 1300m，防渗墙施工总面积19500 m2，防渗墙顶部做 CI5 砼帽梁，并用土工合成材料与防渗墙相接，连接处上下游部分回填 Im 宽的粘土体系，详风图。根据地层构成情况以及上述场地施工条件，采用三重管高压喷射注浆法施工摆喷防渗体，1、 高喷防渗生产性试验三重管高压摆喷单桩试验1在施工坝段先选择有代表性的地段进行三重管高压摆喷试验，试验在防渗墙轴线上游进行，三管摆喷单桩试验，孔距 1.8m，孔深 15m，通过开挖检查板墙 的搭接情况来选择最优施工参数，摆喷试验施工孔号为：1、2、3、
11、4、5、6、7、8、9、10，试验参数见表。高压摆喷围井试验，围井法计算渗透系数 K 传值，机2理明确，成果可信，在井内中心钻孔进行注水试验，钻孔孔径13cm，并深至井底，全孔下入过滤花管，采用注水试验，渗透系数 K 按下式进行 计计算：K=2QT/I（H+hO）（H-hO）式中：K渗透参数，m/dQ稳定流量，m 3/dT高喷墙 平均厚度，mI围井周边高喷墙轴线长，mH围井内试验水位到井底的深度，mHO地下水位至井底的深度，m通过对高喷防渗墙试验开挖检查。经分析得知，在人工填土层中，因填土类型不同夹杂土类不同，高喷成墙质量差异较大，施工难度较大，但能形成胶结稳定的防渗墙体，而在粉质壤土、砂壤土
12、等地层中形成的防渗墙质量很后保证，在施工过程中根据地层情况，有针对性地施工参数进行调整，使高喷防渗墙完全能够满足防渗墙设计防渗要求。2、 高喷防渗墙施工参数通过现场生产性试验确定施工参数，以指导施工，选择的施工参数见表。3、 高喷防渗墙施工工艺七、高喷防渗墙施工质量控制在立库防渗隐蔽工程质量控制重点在每道工序的质量控制即过程控制，在施工过程中为便于操作和严把质量关，将各工序可归纳如下要点：1、 孔位控制按照设计要求布设孔位，保证定位偏差小于 2cm，同时II 序孔点两个单元引一个“ 基准点”，即在孔位两侧引两个木桩，定好方向并测量距一侧木桩的距离，做好记录，以便在孔位被破坏时进行恢复。2、垂直
13、度控制钻机四周着地点用硬币石块和方木垫平，严禁钻机着地点出现局部接触，造成临时性“假平稳 ”，避免在开钻振动下使钻机出现再度倾斜。开钻前利用水平尺配合坡度尺（或地质罗盘）将钻机调平并在钻进 2m 时及以后进尺 35m 时侧 斜校正一次。倾斜合格标准是以水平尺和坡尺上反映的读数无倾斜偏差，保证孔斜率控制在职 1%以内。3、钻头直径及钻杆长度根据施工工艺，喷车喷管直径的选用不同的钻头直径进行引孔施工。保证喷管与孔壁环状间隙不小于 2cm。同时根据施工坝段最大孔深的要求。4、 摆喷方向控制编制高喷防渗墙施工记录或控制表。质检员、技术员现场检查并填写各孔记录、各序孔摆向完成情况，摆喷方向控制的好坏是高
14、喷墙体是否搭接的关键，每孔开喷提升前，必须有现场技术员调整好，喷射方向，每 30min 检查一次，在现场做好施工记录，做到摆向不发生错误、不丢孔、不漏孔。5、 浆液比重及将量控制浆液水灰比控制在 1：1，即比重不小于 1.50g/cm3,根据各机组织高压泵性能不同确定相应供泵档位以满足施工工艺对浆量的要求。6、提升速度控制施工过程每 30min 检查一次提升的速度，严格将进升速度控制在要求提速之内，确保墙体均匀固结。7、浆液回灌高喷作业完成后，由于浆液的析水作用，一般固结体均有不同程度的收缩，使固结体局部出现凹陷，为防止这种现象的出现，将正在高喷的孔口反浆在地面引到已完成的孔口处，使冒出的浆液
15、不停地回流到已完咂浆孔内。直到孔内浆面不再下沉为止。八、特殊情况处理1、 冒浆的处理高喷注浆过程中冒浆量小于注浆量的 20%时为正常，超过 20%或完全不冒浆时及时采取措施。在水压正常的情况下，孔口回浆密度较小回浆量增大，适当降低风压并加大进浆密度或进浆量。若回浆密度正常，而回浆量较大可适当加快提升速度。冒浆量很小，如果是沙、壤土属于正常，否则降低提升速度，必要时掺入速凝剂或加大浆液浓度等措施。2、 串浆的处理若发生串浆，立即封堵被串孔口或回填砂及粘土待串浆孔喷浆结束，尽快进行被串孔的扫孔施工，并重新高喷藻浆。3、 孔口不返浆若系地层中有较大空隙引起的不返浆，可在空隙地段增大注浆量，填满空隙后
16、再继续正常高喷作业。九、高喷防渗墙质量检测与试验1、冒浆试快：每个水泥批号，每种主要地层做三组，每组件，规格 70.7mm3。养 护后送试验室进 行 28 天抗压强度试验。序号 名 称 主要地层名称 试验结果（MP）1 冒浆试块 粉细砂层 12.52 冒浆试块 粉质粘土 5.72、开挖检查：每 400m 进行一处开槽检查，挖槽长 5m 左右、深 34 墙体结合部连接可靠厚度满足要求。3、钻孔取芯检查，沿高喷墙轴线平均 300m 段布置一个检查孔，钻孔深度小于墙深 2m 钻孔是不使用泥浆，在检查孔中部和低部钻钻取芯样，做室内抗压强度、渗透系数、破石坏比降试验。4、防渗墙注水试验，为确定高喷防渗效果达到设计标准，进行现场围井注水实验。取芯检查结果序号 位置 试验日期 抗压强度 (MPa) 渗透系数 (cm/s) 试验比降1 1+030 200 年 7 月 25 日 7.5 7.9*10-8 1352 1+035 200 年 7 月 25 日 7.5 7.9*10-8 1353 1+045 200 年 7 月 25 日 7.5 7.9*10-8 135现场办围井注水试验序号 位置 试验日期 渗透系数(cm/s)1 0+218 2004 年 8 月 25 日 8.3*10-72 1+053 2004 年 7 月 25 日 8.0*10-7浅论高喷灌浆技术在水利工程中的应用二四年七月
