趙小龍

（遼寧省營(yíng)口水文局，遼寧營(yíng)口115003）

高壓噴射灌漿是利用射流切割技術(shù)進(jìn)行原位土體加固的一種方法[1]，該方法具有可控性較好、地層適應(yīng)性廣泛、成本較低、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，在地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，施工環(huán)境困難的堤防段，具有廣闊的應(yīng)用前景。按其噴射介質(zhì)可將其分為單管法、兩管法、三管法及多管法4 種[1]；根據(jù)噴嘴的運(yùn)動(dòng)軌跡和所形成的固體的形狀，可分為旋轉(zhuǎn)噴霧、擺錘噴霧和固定噴霧；根據(jù)噴嘴的結(jié)構(gòu)，可分為重型管型和列管型。

1 高壓噴射灌漿方法流程

單管法是使用單獨(dú)的噴嘴噴泥的方法之一，切割土壤并與土壤混合以形成水泥混凝土結(jié)構(gòu)[2-5]，由于泥漿噴射能量的迅速衰減，對(duì)土壤所造成的損害不大，并且形成的冷凝物相對(duì)很小，通常只有50～60 cm。該方法操作簡(jiǎn)單，至今仍被廣泛使用。

兩管法是基于單管法基礎(chǔ)之上，通過(guò)空氣射流的能量衰減比水相對(duì)要慢得多[6]，因此，通過(guò)在泥漿管外部添加1 根氣管，壓縮空氣可以圍繞泥漿噴射流的外圍同軸噴射，從而提高了噴射流對(duì)土壤的切割能力。水泥土凝結(jié)通過(guò)兩管法來(lái)形成，其特點(diǎn)是整體質(zhì)量好，直徑大，可以超過(guò)1.0 m[6]，但缺點(diǎn)是該方法需增加較重的一些機(jī)械設(shè)備，例如空氣壓縮機(jī)。

三管法是使用高壓水切割和破壞土體，同時(shí)，周圍的氣流被用來(lái)保護(hù)水射流以增加其噴射距離[7]。低壓泥漿被用于與土體原位混合，形成不透水，該方法所形成的水泥土凝結(jié)體其直徑能夠達(dá)到1.2 m，缺點(diǎn)是增加了較重的機(jī)械設(shè)備，如高壓水泵和空氣壓縮機(jī)等，而噴灑的高壓水在一定程度上會(huì)稀釋泥漿，從而影響樁基質(zhì)量。

多管法使用插入的多重管，使超高壓水射流逐漸向下移動(dòng)，以切割和破壞周圍的土體[8]，并使用真空泵從多根管子中抽出泥漿，從而在地層中形成更大的空間。安裝在噴嘴附近的超聲波傳感器可以及時(shí)測(cè)量空間的直徑和形狀，然后根據(jù)需要選用漿液、砂漿、礫石和其他材料填充[9]，以在地層中形成大直徑柱狀固結(jié)體。用這種方法在沙土中形成樁的最大直徑可以達(dá)到4.0 m，但設(shè)備較復(fù)雜且笨重。

確定噴射介質(zhì)后，最重要的是根據(jù)工程目的、工程地質(zhì)特征和工藝水平確定施工技術(shù)參數(shù)[9]，包括提升速度、旋轉(zhuǎn)速度、擺角、進(jìn)漿的壓力和流量及料漿水灰比等，兩管法需要考慮氣壓和流量，三管法需要考慮水壓和水量，這些參數(shù)對(duì)樁的質(zhì)量和項(xiàng)目的單價(jià)都有很大的影響，必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定它們的選擇。

2 方法應(yīng)用

2.1 工程實(shí)例概況

丁東水庫(kù)自1997 年建成蓄水以來(lái)，部分壩段集水溝常年有較大滲漏積水。針對(duì)該工程實(shí)際，分別采用混凝土防滲薄墻、高壓噴射灌漿防滲墻、水泥土截滲墻等技術(shù)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，最終確定選用高壓噴射灌漿防滲墻進(jìn)行除險(xiǎn)加固。加固處理后，堵塞了上部集中的滲水通道，滲流路徑增大，出逸坡度減小，出逸點(diǎn)減少，不僅可以保證大壩的安全，而且可以有效地減小水庫(kù)滲漏損失。

2.2 工程設(shè)計(jì)

該項(xiàng)工程加固范圍確定為6+650～6+950和8+800～11+500壩段，防滲墻的軸線總長(zhǎng)度為3 000 m，設(shè)計(jì)標(biāo)高防滲體的最大高度為19.5 m（嵌入壩體2.0 m），防滲體的底部標(biāo)高為4.5 m（埋入粘土層中1.5 m，終止于底部粉砂層的頂部），防滲墻的總面積為45 000 m2。防滲墻設(shè)計(jì)為單排平板墻，布置在大壩的軸線上[6]，高噴涂不透水壁的平均厚度不小于20 cm，壁滲透率小于1×10-6cm/s，壁抗壓強(qiáng)度大于2 MPa。高壓噴射灌漿以單排孔的形式布置，采用擺式噴霧多線連接，孔距為1.5 m，夾角為15°，擺式噴霧角為25°，采用三管法施工，水泥標(biāo)號(hào)為425 普通硅酸鹽水泥。

2.3 施工組織設(shè)計(jì)

2.3.1 施工程序

施工準(zhǔn)備→設(shè)備及人員、調(diào)試設(shè)備→現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)→正式施工→工程質(zhì)量檢查→竣工資料整理。

2.3.2 施工設(shè)備選型

高噴施工時(shí)為確保鉆孔垂直度，鉆孔宜采用較大型地質(zhì)鉆機(jī)，高噴臺(tái)車宜采用第五代以上配置臺(tái)車。

2.3.3 施工方法和控制要點(diǎn)

1）高噴孔定位：根據(jù)設(shè)計(jì)要求在施工軸上進(jìn)行放線定位，每個(gè)孔都進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)。

2）打孔：地質(zhì)鉆機(jī)上的所鉆孔徑不少于127 mm ，應(yīng)使用泥漿循環(huán)護(hù)壁以確保垂直度，并且偏斜不得大于孔深度的1.5%。

3）降低噴管：首先檢查噴嘴所有部分并妥善保護(hù)，然后將噴管降低到設(shè)計(jì)深度，調(diào)整井口擺動(dòng)裝置，并在噴涂前做好準(zhǔn)備。

4）制漿：該項(xiàng)目使用的水泥為325 號(hào)普通硅酸鹽水泥，要求通過(guò)4 900 孔/cm2標(biāo)準(zhǔn)篩，其水泥細(xì)度小于5%；注漿水泥必須根據(jù)規(guī)格和樣品檢查，分批收集；灌漿水應(yīng)滿足水工混凝土攪拌的要求；制漿材料的稱量誤差必須小于5%；水泥漿的攪拌時(shí)間不少于3 min，使用前將其過(guò)篩，從制備到用盡的時(shí)間少于2 h。

5）灌漿：?jiǎn)?dòng)高壓水泵、空氣壓縮機(jī)、混合器、泥漿泵和其他輔助設(shè)備，根據(jù)設(shè)計(jì)要求調(diào)整各種工藝參數(shù)，然后開始噴射，將孔口返回漿液后，速度將根據(jù)設(shè)計(jì)要求開始增加，從底部向上形成高壓噴射灌漿攔截滲帷幕墻[9]，在灌漿過(guò)程中，應(yīng)隨時(shí)檢查泥漿的比重，并注意孔口處的泥漿滲漏現(xiàn)象，以確保防滲墻的連續(xù)性。

6）重新注水：在噴水管提到設(shè)計(jì)高度后，噴射灌漿結(jié)束，然后用滿足質(zhì)量要求的水泥漿連續(xù)填充，直到漿不再沉降為止，不滿的上部填充采用粘土回填以夯實(shí)密封孔。

7）廢漿排放：要將廢漿排放到指定位置。

2.4 質(zhì)量檢測(cè)

高噴防滲墻的滲透系數(shù)，主要通過(guò)圍井方法檢查，還可以做井內(nèi)注水或抽水試驗(yàn)[6]。高噴灌漿結(jié)束后，在指定的位置進(jìn)行鉆孔取芯檢查。鉆孔取芯宜在高噴完成28 d 后進(jìn)行。

在指定位置墻的一側(cè)開挖檢查，觀察樁完整性、連續(xù)性、成墻質(zhì)量，檢查墻體搭接和墻體傾斜情況[10]，測(cè)量?jī)蓸吨g搭接值，同時(shí)選擇有代表性區(qū)域采集墻體樣品做抗壓及滲透室內(nèi)試驗(yàn)。

3 高壓噴射灌漿法新技術(shù)

3.1 工藝技術(shù)

3.1.1 振孔旋噴技術(shù)

使用大功率高頻振動(dòng)錘，在轉(zhuǎn)彎時(shí)將特殊的高壓噴射灌漿管打入地面一定深度，并在抬起灌漿管的同時(shí)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)噴射灌漿，從而分兩步打孔和灌漿，施工和灌漿一次完成并解決。該施工方法不僅提高了施工速度，降低了工程造價(jià)，而且減少了泥墻的防護(hù)過(guò)程，從而提高了工程進(jìn)度和工程質(zhì)量[10]。

3.1.2 水漿同軸雙管施工技術(shù)

開發(fā)水漿同軸雙管施工技術(shù)，以滿足項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的要求，它的噴射介質(zhì)不同于一般的兩管旋轉(zhuǎn)噴涂工藝。 它使用高壓水射流直接切割土壤，并使用低壓漿料被填充，因此該方法可以看作是三管法的簡(jiǎn)化[11]。在地面滲漏嚴(yán)重的情況下，也可以及時(shí)將水泥雙管施工工藝改為雙液灌漿工藝，以確保樁和墻的質(zhì)量，此特征是單管工藝和雙管漿料工藝所不具備的。

3.1.3 三管法的工藝改進(jìn)

在三管施工過(guò)程中，澆注的高濃度水泥漿將被高壓水射流稀釋并帶出地面，這會(huì)影響樁的形成質(zhì)量并增加水泥消耗[11]。人們?cè)O(shè)計(jì)了一種新型的三管噴嘴，可以有效減少水射流對(duì)水泥漿的稀釋作用，該噴嘴用于拉開高壓水噴嘴與氣體噴嘴和注漿噴嘴之間的較大距離（1 500～1 600 mm）。試驗(yàn)結(jié)果表明，新工藝的水泥消耗顯著降低，而旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度相應(yīng)增加了約30%。

3.2 新材料、新設(shè)備

該方法的主要材料是水泥，水泥的量決定了項(xiàng)目的成本，因此在不降低防滲墻的抗?jié)B性能的前提下降低水泥用量非常關(guān)鍵[12，13]。主要摻和料包括粉煤灰、粘土等。

4 結(jié)語(yǔ)

高壓噴射灌漿法的工藝參數(shù)主要結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并針對(duì)特定工程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。完善的理論研究將對(duì)提高成樁質(zhì)量、降低工程造價(jià)起到積極作用，特別是高壓噴射流有效范圍、固結(jié)體的直徑與射流壓力和土體結(jié)構(gòu)的關(guān)系、高壓噴射灌漿法的漿液材料配比與固結(jié)體的力學(xué)性能指標(biāo)及抗?jié)B性能指標(biāo)的關(guān)系等。傳統(tǒng)的檢查方法包括開挖檢查，物理和機(jī)械測(cè)試以及滲透性測(cè)試[14]，從一管法、二管法到三管法，新的工藝技術(shù)都是伴隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要而發(fā)展起來(lái)的。堤防地質(zhì)條件復(fù)雜，某一種工法不能滿足工程的要求，因此針對(duì)工程特點(diǎn)，研究新的工藝技術(shù)，對(duì)高壓噴射灌漿法的應(yīng)用具有重要的意義[15，16]。