论文部分内容阅读
摘要: 本文结合工程实例，对高压喷射灌浆技术在水库坝基防渗加固中的应用进行了探讨，以供同仁参考。
关键词: 高压喷射灌浆技术；坝基防渗加固
Abstract: combining with practical engineering, the high pressure jet grouting technology in reservoir dam foundation reinforcement discussed the application, in order to offer reference to colleagues.
Keywords: high pressure jet grouting technology; Dam foundation reinforcement
中图分类号：TV697文献标识码：A 文章编号：
前言
高压喷射灌浆（简称高喷灌浆或高喷）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、破坏地层土体，并以水泥基质浆液充填、掺混其中，形成桩柱或板墙状的凝结体，用以提高地基防渗或承载能力，达到防渗加固围坝目的。本文结合工程实例，对高压喷射灌浆技术在水库坝基防渗加固中的应用进行了探讨，以供同仁参考。
二、工程概况
广东某水库工程，主坝河床段坝基础出现了严重渗水情况，经相关工程人员对渗流量的计算, 坝体及坝基的渗流量为103.15万m3/a，这样严重威胁到主坝的安全。根据工程地质钻探报告, 河床段坝基(K0+175～K0+680)的上层为中粗砂层，层厚2.5～3.3m，下层为含黏质土粉细砂，层厚4.5～6.0m, 且部分河床下游坝基最上层为含黏质土细砂，中层为中粗砂，下层为含黏质土粉细砂。根据该坝基地质情况，对坝基采取高压喷浆技术进行坝基防渗加固处理。
三、高压喷射灌浆技术施工工艺
先造孔再高喷，为避免喷浆作业时相邻孔出现串孔现象高喷分两序进行，1、2序间序喷射施工，间隔时间不小于24小时。工艺流程如图1所示。
图1两序示意图
图2 高喷施工工艺流程
四、高压喷射灌浆技术参数分析
根据质量要求，在工程范围内选择代表性坝段对孔间距离、工艺参数进行试喷，试喷后进行开挖检查并做围井渗透试验，以确认或调整设计孔间距离、工艺参数，方可作为工程施工依据。经研究，拟定在坝体桩号K0+360附近进行单喷试验及围井试验，围井布置为五边形，由5个喷孔组成，其中一边为模拟坝基防渗墙。试验结束1周后进行取芯并做开挖检查及注水试验，对结果进行分析后调整了试验参数。
调整后的参数如下:
（1）钻孔。孔径130mm，孔距1500mm，倾斜率≤1%，高噴灌浆孔位与设计孔位偏差应小于5cm。
（2）材料。主要施工材料采用32.5 级普通硅酸盐水泥，水灰比1.2∶1，相应浆液密度为1.44g/cm3，水泥掺入比不小于20%。
（3）喷浆。浆压30～35MPa，流量70～100 L/min，气压0.7MPa，气流量0.8～1.2 L/min。
（4）高喷灌浆的形式为摆喷，摆角30°。
（5）提升速度。提升速度的快慢直接影响浆液用量，提升速度过快，则墙后不稳定、易产生空洞，且切割半径不符合要求，会造成防渗墙搭接处产生薄弱环节；提升速度太慢，则冒浆量过大，造成水泥浪费，因此需根据灌浆试验确定不同土层的提升速度。本工程基岩层的提升速度为12cm/min，砾砂层的提升速度为10 cm/min，壤土层的提升速度为14cm/min。
（6）注浆水泥浆比重控制在1.5～1.7g/cm3，回浆比重控制在≥1.3g/cm3。
五、施工方法、步骤
（1）施工放样及布孔
摆喷施工时，要分段分序进行，在摆喷施工区域首先根据施工图纸进行孔位放样和编号。放样定位时，孔位中心允许偏差不得大于5cm，然后对先施工Ⅰ序孔拟定为单编号，后施工Ⅱ序孔拟定为双编号。
（2）钻孔
分两序钻孔即先施工完成单序孔，然后再施工双序孔。在钻进过程中，为防止坍塌应采用泥浆护壁。终孔待喷时间较长时，应在孔口加盖进行保护，以防杂物落入孔内。钻机就位后垫平稳牢固，采用水平尺测量机体水平、立轴垂直度，钻孔孔位与设计孔位偏差不得大于50mm。倾斜率不应大于1%。钻孔深度要求不小于设计底高程，且喷射管喷嘴必须下放到超过设计孔深至少0.5m。在钻孔过程中每钻进3m 应用水平尺测量一次，避免钻孔过程中造成的倾斜偏差。
（3）配制浆液
在监理工程师的监督下确定相应水灰比的加水高度及加灰量（1.2：1水灰比每次加入水360kg，水泥300kg），并在搅拌机上做好标记。配置过程中严格按照已标明的加水高度及加灰量进行控制，充分拌和后，用比重计对配制好的浆液密度进行测量控制浆液密度，做到每罐一测，并由专人记录所加水、灰和浆液密度等数据，符合要求后方可进行送浆。
（4）下管喷浆
高喷灌浆时应分两序进行，相邻孔序高喷灌浆间隔时间不宜少于24h。当钻孔至设计深度后即可下管，下管时，要轻、慢，防止刮塌孔壁，下放至设计深度后，校正孔深。为防止喷嘴堵塞，可采用低压送水、气、浆的方法下管，也可用胶布包扎喷嘴，下管完成后靠高压水、气鼓开胶布后喷射提升。
（5）喷浆提升
检查喷管下入至设计深度后，应依次低压送水、送浆、送风，而后再提高压力至设计值，在孔底喷射1～3min后，待孔口反浆正常后(即比重达到进浆比重)，再按要求进行摆(旋)喷提升。提升过程中应随时检查浆液的流量与性能、介质的喷射压力、提升速度等参数，并做好记录。当冒浆量超过注浆量20%或完全不冒浆时，应按照YSJ210-92、YBJ43-92 的规定进行处理。
（6）回填灌浆
为解决凝结体顶部因浆液析水而出现的凹穴，喷射结束后，及时在喷射孔内进行静压回填灌浆，直至孔口浆面不再下沉止，所用浆液应稠些，一般水灰比为0.5∶1～0.7∶1。对于孔壁不稳地层，应考虑下导浆管，下置深度视易塌孔部位而定，以防止塌落物堵塞孔口，造成漏灌。
六、质量控制措施
（1）下管时准确确定喷射方向与摆动角度，喷射前要校核，以确保凝结体的有效连接。
（2）严把“冒浆”关，冒浆不正常或不冒浆时不能提升。冒浆比重不应低于1.30, 测定比重时应先沉淀过滤，保证其合理性；冒浆量不应大于进浆量的20%。当比重过大或过小,冒浆量异常时，应及时分析原因，找出对策。冒浆是喷射灌浆时部分土颗粒随浆液从喷射管壁冒出地面。冒浆量过大和过小均属不正常，应予以处理。若系地层中有较大孔隙引起的不冒浆，其处理措施如下: ①发生漏浆、串浆时可灌注黏土浆或加细砂、中砂，待填满孔隙后再继续正常喷射；②静喷，不提升喷管，待孔口返浆后再进行正常喷射；③降低风(水)压，增大进浆液浓度和浆量，至孔口返浆后再恢复正常喷灌。若冒浆量过大，通常是有效喷射范围与注浆量不相适应有关，可通过下列措施来解决: ①提高喷射压力；②适当缩小喷嘴孔径；③提升速度适当加快。
（3）水泥浆要定期进行浆液密度等相关参数测试，保证浆液处于合格范围之内，同时，浆液要进行严格的过滤，防止喷嘴在喷射过程中堵塞。
（4）对泥浆(水)泵的压力、浆液流量、钻机转速、提升速度及耗浆量应经常进行检查。当冒浆量超过注浆量20%或完全不冒浆时，应及时采取措施进行处理。
（5）喷射完后, 应立即进行孔内静压回填灌浆, 直到浆液面穩定为止。在黏土层或淤泥层内进行喷射时, 不得将冒浆进行回填。
（6）因故停喷后重新恢复施工前，应将喷头下放30cm，采取重叠搭接喷射处理后，方可继续向上提升及喷射注浆。停机喷射超过3h，须将泵体输浆管路清洗后方可继续施工。
七、工程中异常情况处理
本工程地质情况复杂，钻进过程中，孔口不返浆；堤身孔隙较多，且有集中漏浆通道，一般采用以下措施：
（1）对局部土层有孔隙不冒浆的处理。①停止提升，浆液正常送入，摆喷正常进行；②若3~5s仍不返浆，关闭气，高压水，提升三重管，浆液继续送入孔内，并往孔内灌砂；③当灌砂无效时，采取提升2~10cm即停止，在该处喷射2~3s，继续提升2~10cm，以此周而复始直至孔口冒浆。
（2）堤坡轻微漏浆处理，其原因是存在裂缝或鼠洞等，与灌浆孔直接连通，筑堤时施工接头处碾压不实或有裂隙连通、未压实、有散水平土层，在灌浆压力作用下，浆液集中穿透土体冒浆，在堤内侧坡漏浆，可做阻浆盖解决，也可在漏浆出口处压砂做反滤层，使其清水渗出，从而封堵漏浆。并采用浓浆灌—停—灌的间歇性灌浆处理。或在灌浆液中掺入水玻璃，掺入量为0.5%~3%，加速浆液凝固，从而封堵渗漏通道。
（3）凡经特殊处理的渗漏段，待孔口返浆后均应将喷射管下至原不返浆的最下位置，再进行正常喷射（复灌），确保防渗墙墙体质量。
八、截渗墙质量检测
采用“可控源音频大地电磁法”检测截渗墙的整体性。该方法是一种无损检测方法，可以对截渗墙进行全部检测，探测深度大、分辨率较高，探测效果明显、直观。截渗墙局部检测通过以下手段进行：
（1）钻孔
平均100m坝段长度布置一个检测孔，钻孔深度小于截渗墙深度1～2m；钻孔布置在成墙单元的连接处。
（2）取样试验
每个检查孔取1组试样，共取样5组，每组做3个试件进行试验；其中3组做室内渗透系数、破坏比降试验，2组做室内弹性模量、单轴抗压强度试验。依据设计要求，成墙后28天进行钻孔取芯，对墙体的抗压强度、渗透系数、破坏比降等指标进行检测。结果显示高喷截渗墙各指标满足设计要求。
九、结 论
综上所述，高喷灌浆具有施工方便、速度快、造价低、防渗效果好等优点。高喷喷射灌浆属于地下隐蔽工程，对施工参数必须严格控制，才能保证工程的施工质量。
参考文献:
[1]DL/T5200-2004,水电水利工程高压喷射灌浆技术规范[S].
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词: 高压喷射灌浆技术；坝基防渗加固
Abstract: combining with practical engineering, the high pressure jet grouting technology in reservoir dam foundation reinforcement discussed the application, in order to offer reference to colleagues.
Keywords: high pressure jet grouting technology; Dam foundation reinforcement
中图分类号：TV697文献标识码：A 文章编号：
前言
高压喷射灌浆（简称高喷灌浆或高喷）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、破坏地层土体，并以水泥基质浆液充填、掺混其中，形成桩柱或板墙状的凝结体，用以提高地基防渗或承载能力，达到防渗加固围坝目的。本文结合工程实例，对高压喷射灌浆技术在水库坝基防渗加固中的应用进行了探讨，以供同仁参考。
二、工程概况
广东某水库工程，主坝河床段坝基础出现了严重渗水情况，经相关工程人员对渗流量的计算, 坝体及坝基的渗流量为103.15万m3/a，这样严重威胁到主坝的安全。根据工程地质钻探报告, 河床段坝基(K0+175～K0+680)的上层为中粗砂层，层厚2.5～3.3m，下层为含黏质土粉细砂，层厚4.5～6.0m, 且部分河床下游坝基最上层为含黏质土细砂，中层为中粗砂，下层为含黏质土粉细砂。根据该坝基地质情况，对坝基采取高压喷浆技术进行坝基防渗加固处理。
三、高压喷射灌浆技术施工工艺
先造孔再高喷，为避免喷浆作业时相邻孔出现串孔现象高喷分两序进行，1、2序间序喷射施工，间隔时间不小于24小时。工艺流程如图1所示。
图1两序示意图
图2 高喷施工工艺流程
四、高压喷射灌浆技术参数分析
根据质量要求，在工程范围内选择代表性坝段对孔间距离、工艺参数进行试喷，试喷后进行开挖检查并做围井渗透试验，以确认或调整设计孔间距离、工艺参数，方可作为工程施工依据。经研究，拟定在坝体桩号K0+360附近进行单喷试验及围井试验，围井布置为五边形，由5个喷孔组成，其中一边为模拟坝基防渗墙。试验结束1周后进行取芯并做开挖检查及注水试验，对结果进行分析后调整了试验参数。
调整后的参数如下:
（1）钻孔。孔径130mm，孔距1500mm，倾斜率≤1%，高噴灌浆孔位与设计孔位偏差应小于5cm。
（2）材料。主要施工材料采用32.5 级普通硅酸盐水泥，水灰比1.2∶1，相应浆液密度为1.44g/cm3，水泥掺入比不小于20%。
（3）喷浆。浆压30～35MPa，流量70～100 L/min，气压0.7MPa，气流量0.8～1.2 L/min。
（4）高喷灌浆的形式为摆喷，摆角30°。
（5）提升速度。提升速度的快慢直接影响浆液用量，提升速度过快，则墙后不稳定、易产生空洞，且切割半径不符合要求，会造成防渗墙搭接处产生薄弱环节；提升速度太慢，则冒浆量过大，造成水泥浪费，因此需根据灌浆试验确定不同土层的提升速度。本工程基岩层的提升速度为12cm/min，砾砂层的提升速度为10 cm/min，壤土层的提升速度为14cm/min。
（6）注浆水泥浆比重控制在1.5～1.7g/cm3，回浆比重控制在≥1.3g/cm3。
五、施工方法、步骤
（1）施工放样及布孔
摆喷施工时，要分段分序进行，在摆喷施工区域首先根据施工图纸进行孔位放样和编号。放样定位时，孔位中心允许偏差不得大于5cm，然后对先施工Ⅰ序孔拟定为单编号，后施工Ⅱ序孔拟定为双编号。
（2）钻孔
分两序钻孔即先施工完成单序孔，然后再施工双序孔。在钻进过程中，为防止坍塌应采用泥浆护壁。终孔待喷时间较长时，应在孔口加盖进行保护，以防杂物落入孔内。钻机就位后垫平稳牢固，采用水平尺测量机体水平、立轴垂直度，钻孔孔位与设计孔位偏差不得大于50mm。倾斜率不应大于1%。钻孔深度要求不小于设计底高程，且喷射管喷嘴必须下放到超过设计孔深至少0.5m。在钻孔过程中每钻进3m 应用水平尺测量一次，避免钻孔过程中造成的倾斜偏差。
（3）配制浆液
在监理工程师的监督下确定相应水灰比的加水高度及加灰量（1.2：1水灰比每次加入水360kg，水泥300kg），并在搅拌机上做好标记。配置过程中严格按照已标明的加水高度及加灰量进行控制，充分拌和后，用比重计对配制好的浆液密度进行测量控制浆液密度，做到每罐一测，并由专人记录所加水、灰和浆液密度等数据，符合要求后方可进行送浆。
（4）下管喷浆
高喷灌浆时应分两序进行，相邻孔序高喷灌浆间隔时间不宜少于24h。当钻孔至设计深度后即可下管，下管时，要轻、慢，防止刮塌孔壁，下放至设计深度后，校正孔深。为防止喷嘴堵塞，可采用低压送水、气、浆的方法下管，也可用胶布包扎喷嘴，下管完成后靠高压水、气鼓开胶布后喷射提升。
（5）喷浆提升
检查喷管下入至设计深度后，应依次低压送水、送浆、送风，而后再提高压力至设计值，在孔底喷射1～3min后，待孔口反浆正常后(即比重达到进浆比重)，再按要求进行摆(旋)喷提升。提升过程中应随时检查浆液的流量与性能、介质的喷射压力、提升速度等参数，并做好记录。当冒浆量超过注浆量20%或完全不冒浆时，应按照YSJ210-92、YBJ43-92 的规定进行处理。
（6）回填灌浆
为解决凝结体顶部因浆液析水而出现的凹穴，喷射结束后，及时在喷射孔内进行静压回填灌浆，直至孔口浆面不再下沉止，所用浆液应稠些，一般水灰比为0.5∶1～0.7∶1。对于孔壁不稳地层，应考虑下导浆管，下置深度视易塌孔部位而定，以防止塌落物堵塞孔口，造成漏灌。
六、质量控制措施
（1）下管时准确确定喷射方向与摆动角度，喷射前要校核，以确保凝结体的有效连接。
（2）严把“冒浆”关，冒浆不正常或不冒浆时不能提升。冒浆比重不应低于1.30, 测定比重时应先沉淀过滤，保证其合理性；冒浆量不应大于进浆量的20%。当比重过大或过小,冒浆量异常时，应及时分析原因，找出对策。冒浆是喷射灌浆时部分土颗粒随浆液从喷射管壁冒出地面。冒浆量过大和过小均属不正常，应予以处理。若系地层中有较大孔隙引起的不冒浆，其处理措施如下: ①发生漏浆、串浆时可灌注黏土浆或加细砂、中砂，待填满孔隙后再继续正常喷射；②静喷，不提升喷管，待孔口返浆后再进行正常喷射；③降低风(水)压，增大进浆液浓度和浆量，至孔口返浆后再恢复正常喷灌。若冒浆量过大，通常是有效喷射范围与注浆量不相适应有关，可通过下列措施来解决: ①提高喷射压力；②适当缩小喷嘴孔径；③提升速度适当加快。
（3）水泥浆要定期进行浆液密度等相关参数测试，保证浆液处于合格范围之内，同时，浆液要进行严格的过滤，防止喷嘴在喷射过程中堵塞。
（4）对泥浆(水)泵的压力、浆液流量、钻机转速、提升速度及耗浆量应经常进行检查。当冒浆量超过注浆量20%或完全不冒浆时，应及时采取措施进行处理。
（5）喷射完后, 应立即进行孔内静压回填灌浆, 直到浆液面穩定为止。在黏土层或淤泥层内进行喷射时, 不得将冒浆进行回填。
（6）因故停喷后重新恢复施工前，应将喷头下放30cm，采取重叠搭接喷射处理后，方可继续向上提升及喷射注浆。停机喷射超过3h，须将泵体输浆管路清洗后方可继续施工。
七、工程中异常情况处理
本工程地质情况复杂，钻进过程中，孔口不返浆；堤身孔隙较多，且有集中漏浆通道，一般采用以下措施：
（1）对局部土层有孔隙不冒浆的处理。①停止提升，浆液正常送入，摆喷正常进行；②若3~5s仍不返浆，关闭气，高压水，提升三重管，浆液继续送入孔内，并往孔内灌砂；③当灌砂无效时，采取提升2~10cm即停止，在该处喷射2~3s，继续提升2~10cm，以此周而复始直至孔口冒浆。
（2）堤坡轻微漏浆处理，其原因是存在裂缝或鼠洞等，与灌浆孔直接连通，筑堤时施工接头处碾压不实或有裂隙连通、未压实、有散水平土层，在灌浆压力作用下，浆液集中穿透土体冒浆，在堤内侧坡漏浆，可做阻浆盖解决，也可在漏浆出口处压砂做反滤层，使其清水渗出，从而封堵漏浆。并采用浓浆灌—停—灌的间歇性灌浆处理。或在灌浆液中掺入水玻璃，掺入量为0.5%~3%，加速浆液凝固，从而封堵渗漏通道。
（3）凡经特殊处理的渗漏段，待孔口返浆后均应将喷射管下至原不返浆的最下位置，再进行正常喷射（复灌），确保防渗墙墙体质量。
八、截渗墙质量检测
采用“可控源音频大地电磁法”检测截渗墙的整体性。该方法是一种无损检测方法，可以对截渗墙进行全部检测，探测深度大、分辨率较高，探测效果明显、直观。截渗墙局部检测通过以下手段进行：
（1）钻孔
平均100m坝段长度布置一个检测孔，钻孔深度小于截渗墙深度1～2m；钻孔布置在成墙单元的连接处。
（2）取样试验
每个检查孔取1组试样，共取样5组，每组做3个试件进行试验；其中3组做室内渗透系数、破坏比降试验，2组做室内弹性模量、单轴抗压强度试验。依据设计要求，成墙后28天进行钻孔取芯，对墙体的抗压强度、渗透系数、破坏比降等指标进行检测。结果显示高喷截渗墙各指标满足设计要求。
九、结 论
综上所述，高喷灌浆具有施工方便、速度快、造价低、防渗效果好等优点。高喷喷射灌浆属于地下隐蔽工程，对施工参数必须严格控制，才能保证工程的施工质量。
参考文献:
[1]DL/T5200-2004,水电水利工程高压喷射灌浆技术规范[S].
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。