高壓噴射灌漿技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用
高壓噴射灌漿技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用
1前言
為解決水工建筑物防滲問題,，尋求一種經(jīng)濟且技術(shù)先進可靠的防滲方法，在水利工程施工當(dāng)中,，基礎(chǔ)防滲處理是水利工程施工中尤為重要的環(huán)節(jié),。當(dāng)基礎(chǔ)土質(zhì)較差，滲透性較強時,，在水流的作用下對基礎(chǔ)的危害很大,。結(jié)合高壓噴射灌漿技術(shù)在甘肅張掖大孤山水電站引水樞紐工程中的應(yīng)用，通過現(xiàn)場檢測,，明顯看出密實度和承載力均遠大于原土體,，從而提高和保證了工程質(zhì)量。
2工藝原理
2.1沖切摻攪作用
高噴技術(shù)主要是借助于高壓射流,，通過沖擊切割和強烈擾動,，使?jié){液在射流作用范圍內(nèi)擴散、充填周圍土層,，并與土石粒摻混攪合,，硬化后形成凝結(jié)體，從而改變原地層結(jié)構(gòu)和組成,，達到防滲和提高承載力的目的,。高噴凝結(jié)體是多種因素綜合作用的結(jié)果，高壓射流對地層結(jié)構(gòu)的影響范圍,，取決于比能值E的大小,，其表達式為：
E=(PQ)/(100v)
式中：E——每米旋噴柱耗用的能量（MJ/m）；
P——噴射灌漿壓力（MPa）,；
Q——射流漿量(L/min),；
v——提升速度(cm/min)。
E值大,，旋噴柱的直徑大,，一般選用50～70cm直徑較好，但最終應(yīng)通過現(xiàn)場高噴試驗確定,。
2.2升揚,、轉(zhuǎn)換作用
高噴施工時,，水、氣,、漿由噴嘴中噴出,，壓縮空氣，除能對水或漿液構(gòu)成外包氣層,，使水或漿液射流能透入地層較遠距離并維持較大壓力破碎地層結(jié)構(gòu)外,，還可產(chǎn)生升揚作用，將經(jīng)射流沖擊切削后的土石碎屑和地層中細粒,，由孔壁和噴射桿的環(huán)狀間隙中升揚帶出孔外,，空余部位由漿液替代，同時也起到了轉(zhuǎn)換作用,。
2.3擠壓、滲透作用
高噴射流強度隨射流距離的增加而較快地衰減至射流束末端,，雖不能再沖切地層,，但對地層仍產(chǎn)生擠壓作用。同時,，噴射結(jié)束后,，靜壓灌漿持續(xù)進行，對周圍土體產(chǎn)生滲透作用,，不僅可以促使凝結(jié)體與周圍土體結(jié)合更加密實,，還在凝結(jié)體外側(cè)產(chǎn)生明顯的滲透凝結(jié)層，具有較強的防滲性能,。
2.4位移握裹作用
地層中較小的塊石,，由于噴射能量大，輔以升揚,、轉(zhuǎn)換作用,，最終漿液可填滿塊石四周的空隙并將其握裹，遇到大的塊石或在塊石集中區(qū),，應(yīng)降低提升速度,，提高比能值。在強大的沖擊震動力作用下,，塊石將會產(chǎn)生位移,、松動，漿液沿塊石四周空隙或塊石間孔隙滲入,。在高壓噴射擠壓,、余壓、滲透等綜合作用下,，產(chǎn)生握裹凝結(jié)作用,，形成連續(xù)密實的凝結(jié)體,。
3凝結(jié)體的性能
水工建筑物地基防滲采用高噴施工時，要求凝結(jié)體具有良好的防滲性和穩(wěn)定性,，而對于其抗壓強度要求不高,。凝結(jié)體的防滲性能主要取決于地層組成成分和顆粒級配、施工方法,、施工工藝以及漿液材料等,。高噴形成的凝結(jié)體并不很規(guī)則，但與地層結(jié)合緊密,，由于高噴凝結(jié)體周圍除了漿皮層外,，一般還存在滲透凝結(jié)層，有著良好的復(fù)合防滲作用,，從而進一步提高了凝體的防滲性能,。
4高噴凝結(jié)體的結(jié)構(gòu)布置形式
為保證高噴防滲墻的連續(xù)性，必須要使各孔的凝結(jié)體在有效范圍內(nèi)牢固可靠連接上,，為此如何選用結(jié)構(gòu)布置形式和孔與孔的距離則很重要,。高噴形成的凝結(jié)體的形狀與噴射的形式有關(guān)，噴射形式一般有旋噴,、擺噴和定噴3種,。噴射時若邊提升邊旋轉(zhuǎn)，則凝結(jié)體的形狀為圓柱體（又稱旋噴柱）,，若邊提升邊擺動,，則形成的凝結(jié)體的形狀為啞鈴狀，若只提升和定向噴射則可形成板狀（又稱定噴板）,。目前在青海及甘肅的西南部地區(qū)常用的結(jié)構(gòu)布置形式有：定噴折線式,、 擺噴對接式和柱擺式等。
5高噴材料
三管法施工時,，多用純水泥漿,，水泥為42.5０或52.5０普通硅酸鹽水泥。由于三管法施工,，先是高壓氣,、水選自.投標(biāo)書代寫網(wǎng) yipai178.com 噴射，而后是壓力灌漿,，灌漿易被先噴入的水稀釋,，所以使用的水灰比不應(yīng)大于1∶1的濃漿。
6機械設(shè)備的組成
高噴灌漿技術(shù)有單管法,、雙管法,、三管法。在該工程中采用的是三管法,，所用主要設(shè)備有XY-2型液壓地質(zhì)鉆機,、GYP-50型高噴臺車,、XPB90E型高壓泥漿泵。
7工藝和施工要點
7.1鉆孔
泥漿固壁回轉(zhuǎn)（或沖擊）鉆進,。造孔過程中做好充填堵漏,，使孔內(nèi)泥漿保持正常循環(huán)，返出孔外,，直至終孔,。跟管鉆進，邊鉆進邊跟入套管,，直至終孔,。鉆進時應(yīng)注意保證鉆機垂直，偏斜率應(yīng)≤1%,。
7.2下入噴射桿
泥漿固壁的鉆孔可以將噴射桿直接下入孔內(nèi),，直至孔底。跟管鉆進的鉆孔,，有２種情況：一是拔管前在套管內(nèi)注入密度大的塑性泥漿,，注滿后起拔套管，邊起拔邊注入,，使?jié){面長期保持與孔口齊平,，直至套管全部拔出,，而后再將噴射桿下入孔內(nèi)直至孔底,。二是也可先在套管內(nèi)下入管壁均勻的PVC塑管，直到套管底部,，起護壁作用,，而后將套管全部拔出，再將噴射桿下入到管底部,。
7.3高噴施工
施工中所用技術(shù)參數(shù)因使用高噴的方法不同而不同,。所用的灌漿壓力不同，提升速度也有差異,。對各類地層而言,，若使用同一種施工方法則水壓、氣壓,、漿壓的變化不大,，而提升速度變化，是影響高噴質(zhì)量的主要因素,。一般情況下,，確定提升速度應(yīng)注意下列幾個問題：① 因地層而異，在砂層中提升速度可稍快,，砂卵（礫）石層中應(yīng)放慢些,，含有大粒徑（40cm以上）塊石或塊石比較集中的地層應(yīng)更慢,。② 因分序而異。先序孔提升速度可稍慢,，后序孔相對來講可稍快,。③ 高噴施工中發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)返漿量減少時宜放慢提升速度。
8施工工藝
8.1墻體位置的確定
根據(jù)設(shè)計要求平整好場地,，要求場地內(nèi)地下無障礙物,，對某些作業(yè)地基軟、不平整,，有可能引起整機翻倒引起事故的地段,，一定要采取防范措施，在平整場地上對墻體中心線進行測量定位,。
8.2噴墻管理
應(yīng)控制好掘進速度和灌漿壓力,、提升速度，送氣量的大小應(yīng)使?jié){液成沸騰狀為宜,。灌漿階段漿液不能發(fā)生離析和斷漿現(xiàn)象,，保證墻體均勻，無夾心層,，若發(fā)生管道堵塞或因故短暫停機,，應(yīng)迅速搶修。
9工程實例
在張掖大孤山水電站樞紐基礎(chǔ)防滲施工中,，所采用的噴灌方法為三管法定向噴射成墻施工,。防沖隔墻長為68m，該工程地層為砂礫土,，采用凝結(jié)體的結(jié)構(gòu)布置形式為柱擺式,，成墻深度為30m，墻厚平均為80cm,?？拙?m，噴射中心有直徑20～30cm的圓柱體,。首先用水管,、氣管、漿管同軸布設(shè)組成噴射桿,，桿底部設(shè)置有噴嘴,，氣、水噴嘴在上,，漿液噴嘴在下,，高噴時，隨著噴射桿的旋轉(zhuǎn)和提升,，采用高壓水和氣的射流沖擊擾動地層土體,，呈翻滾松散狀態(tài),，隨后以低壓注入濃漿摻混攪拌，硬化后形成凝結(jié)體,。此方法高噴質(zhì)量可滿足設(shè)計要求,，工效高、造價低,，能充分利用原地土體,，就地取材，機械化程度高,，其工藝參數(shù)為：
?、?噴嘴直徑：2～2.3０mm；（外φ5）
?、?高壓水：10MPa,，流量40L/min；
?、?氣壓：0.7０MPa,，氣量6m3/min；
?、?漿壓：0.3０MPa,，流量80m3/min；
?、?提升速度：15cm/min,；
⑥ 三重管回轉(zhuǎn)：7r/ min,；
施工完成后采用挖深坑數(shù)米,，用電子填土密實度檢測儀對周圍土體進行現(xiàn)場質(zhì)量測試,。檢測結(jié)果為土體密實度和承載力均大于原土體,，施工過程中有專人負責(zé)記錄，記錄詳實準(zhǔn)確,。
10經(jīng)濟效益和社會效益
與常規(guī)混凝土防滲墻相比,，本防滲工程可不同程度地降低工程造價，具有開挖量小,，施工方便,，占地少，對臨近建筑物影響小等特點,。此項技術(shù)很大程度地提高了防滲能力,，減輕防洪壓力，對保障人民生命財產(chǎn)安全以及社會經(jīng)濟發(fā)展將起到積極的作用,，其社會效益十分明顯
