论文部分内容阅读
[摘要]：在水库、堤防的加固和基础防渗等水利工程基础处理中常采用高压旋喷灌浆技术，结合黄壁庄水库副坝除险加固工程实例，全面介绍高压旋喷灌浆施工及质量控制的方法，从而为掌握这项技术积累了实践经验。
[关键词]：高压旋喷灌浆施工质量控制
1 工程概况
黄壁庄水库副坝除险加固为砼防渗墙，副坝防渗墙在Ⅳ标段108号槽孔（被称为1#坑）及在桩号A4+116.7—A4+130.7造孔施工过程中（被称为2#坑），发生大范围坍塌，对坍塌坝体进行高压旋喷灌浆，形成旋喷桩，以加固松散地基，对砼防渗墙造孔孔壁起到固壁支撑作用。重力坝段0+120.5～0+835段进行高喷灌浆形成防渗墙，以作为永久防渗。
2 高压旋喷灌浆的工作原理
高压旋喷灌浆是采用水、气、浆三联管旋喷设备，旋喷管底部装有喷射头，双向水喷咀，水喷咀直径1.7-1.8㎜，水气同芯，水平装置。把喷管下入到预定深度通过摆放在地面的高压设备，用38-40MPa高压水射流冲击切割地基土，与此同时，注入的浆液和空气使水泥浆液与冲下的泥土浆强制混合，待凝固后，在土中形成具有一定强度的固结体，坝体土各孔之间连续搭接，形成一道高压旋喷墙，各孔之间不连接，形成高压旋喷桩。其基本过程为冲切、掺搅、升扬、置换、位移、塑裹、湿渗固结。
主要施工机械设备：高喷台车、高压水泵3×B型75KW，空压机37KW，搅浆机、注浆泵BW150型等。
3主要施工方法和技术措施
高压旋喷灌浆施工主要工序为；布孔、造孔、制浆、旋转提升、静压回灌及封孔等几道施工工序。
3.1 布孔
依据设计图纸，利用水准仪、经纬仪、钢尺丈量，放线定位，在导浆槽上作标记，误差不小于2cm。副坝坍塌段加固，旋喷桩采用梅花形布孔，孔距3m，旋喷桩深入卵石层1-2米，重力坝高喷灌浆防渗墙作为永久防渗工程，高喷轴线距上游防渗墙1m，孔间距1m，深入基岩1m。
3.2 造孔
造孔采用XY-2B或XY-2型地质钻机，Φ130合金钻头外镶筋骨，回转钻进，泥浆护壁成孔，应经常更换泥浆浆液，以确保浓度和粘度，防止缩径、坍孔和保护孔壁稳定。在砂卵石或基岩地层，用金钢石钻头钻进。钻孔施工过程中要认真做好施工记录，准确记录变层位置，以便准确的为旋喷施工提供技术参数作依据，成孔后要始终保持孔内泥浆护壁，以防坍孔。
3.3 制浆
水泥一般采用P032.5普通硅酸盐水泥，细度、强度、安全性均达到国家标准，制浆采用两级搅拌，一级搅拌BLD-220，速比29，搅拌筒容量1300L，二级搅拌BLD-220，速比47，搅拌筒容量1500L。一级搅拌机搅拌10分钟后经过滤放入二级搅拌机，边搅拌边灌浆。制浆时严格控制水灰比0.6:1～0.66:1，浆液比重为：1.6～1.7g/cm3。应经常对其测量，保证浆液无颗粒、均匀稳定、流动性好。
3.4 高压旋喷灌浆
造孔达到设计深度后，即可将高喷台车就位，注浆前，应先进行试喷，检查水、气、浆管是否畅通，各种参数是否满足设计要求。然后垂直下入喷杆至预定深度，高压注浆时，应先送水泥浆液，后送高压水和气，待孔口返浆正常，且回浆比重不小于1.35g/cm3时，再按设计的提升速度旋喷提升，进行自下而上的旋喷作业。每孔喷射完毕后，应先停风、水，待喷杆提至孔口后，再停止送浆。其施工参数见下表。接近桩顶1米内提速变为4cm/min，旋速6 r /min。高喷注浆分二序施工，一般先喷I序孔，再喷Ⅱ序孔，Ⅱ序孔为加密孔，I序和Ⅱ序孔间隔时间一般不少于3天。
地层
技术指标 地质情况
土层 砂层 卵石 基岩
水 压力（MPa） 38-40 38-40 38-40 38-40
流量(L/min) 70-80 70-80 70-80 70-80
气压 压力（MPa） 0.6-0.8 0.6-0.8 0.6-0.8 0.6-0.8
流量(m3/min) 1.0-1.3 1.0-1.3 1.0-1.3 1.0-1.3
浆 压力（MPa） 0.2-0.5 0.2-0.5 0.2-0.5 0.2-0.5
流量(L/min) 70-90 70-90 70-90 70-90
提速 CM/min 6-8 8-10 6-8 6-8
旋速 r/min 6-8 8-10 6-8 6-8
水泥浆比重 1.5-1.71g/cm3
3.5 静压回灌封孔：
高压喷射注浆完毕后，应及时进行静压回灌，待浆液下沉，水分析出后，用水泥浓浆及时进行补充，并用杉木杆进行搅拌，以使浆液充分流入到高压水切割土体最远处，以保证墙体的连接。静压回灌要间断进行，可以用下一孔的回浆（若比重小于1.3时不可以），直至填筑到孔口，浆液不再下沉时用浓浆进行封填至孔口。
3.6 清洗管路
每孔喷灌完毕后，都要及时冲洗管路，尤其是浆液系统的管路，以免残存的泥浆堵塞管路。
3.7 施工记录
高喷灌浆属隐蔽工程，各施工工序都应有详细原始记录，（1）造孔记录内容有孔号、钻孔深度、地层情况、施工时间及钻进过程中出现的特殊情况等。（2）灌浆记录内容有日期、孔号、浆液比重、浆液流量和每孔注浆量等。（3）高喷灌浆记录主要内容有记录高喷时间、旋转、提升速度以及高喷孔口返浆等情况。同时泥浆泵的压力、流量、工作时间以及高压水泵、空压机的压力、流量都要如实记录。施工记录要每天如实填写，汇报统计以备检查验收。
4 特殊情况的处理措施
4.1 高压泵、空压机压力骤变
高压旋喷泵原理是高压泵高压水流切割土体，水风压使土体与水泥浆混合，形成一定强度的固结体。因此施工中必须确保高压泵、空压机压力，高压泵、空压机压力骤降，一般原因是，喷杆连接处密封垫损坏，密封不严，喷嘴断裂，压力骤增一般原因是，水和风嘴堵塞，处理措施：及时停喷更换密封垫使密封严密，更换水咀和风咀。
4.2 孔口不返浆或返浆异常
当遇到有较大孔隙或渗漏地层时，会造成孔口不返浆或返浆异常。此时应停止提升，降低水压和风压，增大注浆量和浆液比重。等孔口返浆正常后，开始正常压力旋喷提升。
4.3 遇到地下水丰富，渗流速度大的地层
采用重复喷射，慢速提升，加大水泥浆液浓度，减少水的供应流量等。
4.4 下喷杆困难和卡喷杆
因为缩孔或砂层坍塌。将出现下喷杆困难和卡喷杆，应采取先送浆，再送水、气、旋转喷射由上而下送入喷杆，若喷杆送不下去，就应移回钻机进行孔处理。直至下到孔底后再由下而上正常旋喷灌浆。
4.5 严重漏浆
钻孔及喷灌过程中，曾多次发生漏浆现象，尤其塌坑部位上游旋喷桩，施工初期几乎是每孔都漏浆。钻孔过程中，采取填粘土加石灰进行封堵，加大泥浆浓度；喷灌过程中应停止提升，加大浆液浓度，待补充浆液恢复原浆面后，再送高压、水、气，将喷管下入喷灌前高程0.5米处开喷，保证搭接处喷灌质量。
4.6 串孔、冒浆
因塌坑扰动较深，地层结构松散，高压喷射灌浆时孔周围地面串孔、冒气、冒浆，其范围：顺坝轴线方向直径9米，孔左侧5米，右侧4米，都有冒浆点，垂直坝轴线方向6米冒气、冒浆，据以上情况，采取降低压力，加大进浆浓度，降低提升速度进行有效充填，及时进行处理。
5 经验与建议
5.1 旋喷固结体尺寸与土的类别，喷射参数，喷咀出口处地层静水压力有着直接关系，当地层中大于2㎜的土顆粒在土层中的比例大于50%，喷射直径明显减小，土层中含有卵砾石和其他大障碍物，处理效果差。处理这些地层应重复喷灌，加大浆液浓度，保证充填率。有关试验资料证明，粘土层中加大高压泵水压力进行复喷一次，直径可增大30%，在砂层中可增大50%。
5.2 地层静水压力的影响，喷咀出口处静水压力越大，压差减小，有效喷射距离缩短，在施工中随着喷射深度增加，静水压力增大，喷射直径随之减小，桩体容易形成上粗下细形状。据有关资料证明，静水压力由2米增到20米水柱压时，喷射距离减35%～40%，在地下水位埋深较大的地层进行高喷,
应提高喷射压力，以克服静水压力损失，保持有效桩径，富水层应加大浆液浓度，降低喷杆提速和转速，并实行重复喷射。
5.3 高压旋喷防渗墙施工技术是一项新技术，对于无地下水，地层为砂层或粉细砂层、砂壤土层效果较好，在砂土层和粉细砂层，提速可适当加快，不会影响喷射效果，但可以减少水泥用量，降低工程造价。高压旋喷防渗墙作为永久性防渗墙，工程效果不如砼防渗墙效果好，但造价较低。并且还可以利用回浆，且不影响防渗效果。
5.4 高压旋喷注浆采用三管式，水、气、浆必须连续进行。拆除喷杆时，为防止浆面下流、喷杆应下至停喷前高程0.2-0.4处，再进行提喷，若因故停机超过两小时，应对泵体和输浆管路进行冲洗，重新开喷时，喷杆下至停喷前高程下至少0.5m处，以保证搭接长度。
高压旋喷灌浆施工完毕后，通过打检查孔，岩芯采取率等以检查灌浆效果，其中土层、砂层岩芯采取率较高，砂卵石层和有地下水位流速较大时，岩心采取率较低，且含泥块较多。因此地层为砂层或粉细砂层、砂壤土层采取高压旋喷灌浆进行地基处理效果较好。
6结语
高压旋喷灌浆技术在水库大坝防渗加固工程中得到了很好的应用，它具有工程造价适中、防渗效果好、施工条件要求低等优点，随着这项技术的逐步成熟，必将在更多的基础工程中推广和使用。为了确保工程质量，必须在施工前做好施工组织设计，其中关键在于成孔、浆液配合比、喷杆提速和转速控制等是施工中质量控制的重点和难点，在实际工程中，应根据具体情况制定出合理的技术方案，确保墙体达到规范和设计要求的强度以及防渗要求。
参考文献：
【1】孙志峰．钻探灌浆工（M） 北京：黄河水利出版社，1996.3
【2】孙钊．大坝岩石基础灌浆施工（M）.北京：水利水电出版社，1987.12
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
[关键词]：高压旋喷灌浆施工质量控制
1 工程概况
黄壁庄水库副坝除险加固为砼防渗墙，副坝防渗墙在Ⅳ标段108号槽孔（被称为1#坑）及在桩号A4+116.7—A4+130.7造孔施工过程中（被称为2#坑），发生大范围坍塌，对坍塌坝体进行高压旋喷灌浆，形成旋喷桩，以加固松散地基，对砼防渗墙造孔孔壁起到固壁支撑作用。重力坝段0+120.5～0+835段进行高喷灌浆形成防渗墙，以作为永久防渗。
2 高压旋喷灌浆的工作原理
高压旋喷灌浆是采用水、气、浆三联管旋喷设备，旋喷管底部装有喷射头，双向水喷咀，水喷咀直径1.7-1.8㎜，水气同芯，水平装置。把喷管下入到预定深度通过摆放在地面的高压设备，用38-40MPa高压水射流冲击切割地基土，与此同时，注入的浆液和空气使水泥浆液与冲下的泥土浆强制混合，待凝固后，在土中形成具有一定强度的固结体，坝体土各孔之间连续搭接，形成一道高压旋喷墙，各孔之间不连接，形成高压旋喷桩。其基本过程为冲切、掺搅、升扬、置换、位移、塑裹、湿渗固结。
主要施工机械设备：高喷台车、高压水泵3×B型75KW，空压机37KW，搅浆机、注浆泵BW150型等。
3主要施工方法和技术措施
高压旋喷灌浆施工主要工序为；布孔、造孔、制浆、旋转提升、静压回灌及封孔等几道施工工序。
3.1 布孔
依据设计图纸，利用水准仪、经纬仪、钢尺丈量，放线定位，在导浆槽上作标记，误差不小于2cm。副坝坍塌段加固，旋喷桩采用梅花形布孔，孔距3m，旋喷桩深入卵石层1-2米，重力坝高喷灌浆防渗墙作为永久防渗工程，高喷轴线距上游防渗墙1m，孔间距1m，深入基岩1m。
3.2 造孔
造孔采用XY-2B或XY-2型地质钻机，Φ130合金钻头外镶筋骨，回转钻进，泥浆护壁成孔，应经常更换泥浆浆液，以确保浓度和粘度，防止缩径、坍孔和保护孔壁稳定。在砂卵石或基岩地层，用金钢石钻头钻进。钻孔施工过程中要认真做好施工记录，准确记录变层位置，以便准确的为旋喷施工提供技术参数作依据，成孔后要始终保持孔内泥浆护壁，以防坍孔。
3.3 制浆
水泥一般采用P032.5普通硅酸盐水泥，细度、强度、安全性均达到国家标准，制浆采用两级搅拌，一级搅拌BLD-220，速比29，搅拌筒容量1300L，二级搅拌BLD-220，速比47，搅拌筒容量1500L。一级搅拌机搅拌10分钟后经过滤放入二级搅拌机，边搅拌边灌浆。制浆时严格控制水灰比0.6:1～0.66:1，浆液比重为：1.6～1.7g/cm3。应经常对其测量，保证浆液无颗粒、均匀稳定、流动性好。
3.4 高压旋喷灌浆
造孔达到设计深度后，即可将高喷台车就位，注浆前，应先进行试喷，检查水、气、浆管是否畅通，各种参数是否满足设计要求。然后垂直下入喷杆至预定深度，高压注浆时，应先送水泥浆液，后送高压水和气，待孔口返浆正常，且回浆比重不小于1.35g/cm3时，再按设计的提升速度旋喷提升，进行自下而上的旋喷作业。每孔喷射完毕后，应先停风、水，待喷杆提至孔口后，再停止送浆。其施工参数见下表。接近桩顶1米内提速变为4cm/min，旋速6 r /min。高喷注浆分二序施工，一般先喷I序孔，再喷Ⅱ序孔，Ⅱ序孔为加密孔，I序和Ⅱ序孔间隔时间一般不少于3天。
地层
技术指标 地质情况
土层 砂层 卵石 基岩
水 压力（MPa） 38-40 38-40 38-40 38-40
流量(L/min) 70-80 70-80 70-80 70-80
气压 压力（MPa） 0.6-0.8 0.6-0.8 0.6-0.8 0.6-0.8
流量(m3/min) 1.0-1.3 1.0-1.3 1.0-1.3 1.0-1.3
浆 压力（MPa） 0.2-0.5 0.2-0.5 0.2-0.5 0.2-0.5
流量(L/min) 70-90 70-90 70-90 70-90
提速 CM/min 6-8 8-10 6-8 6-8
旋速 r/min 6-8 8-10 6-8 6-8
水泥浆比重 1.5-1.71g/cm3
3.5 静压回灌封孔：
高压喷射注浆完毕后，应及时进行静压回灌，待浆液下沉，水分析出后，用水泥浓浆及时进行补充，并用杉木杆进行搅拌，以使浆液充分流入到高压水切割土体最远处，以保证墙体的连接。静压回灌要间断进行，可以用下一孔的回浆（若比重小于1.3时不可以），直至填筑到孔口，浆液不再下沉时用浓浆进行封填至孔口。
3.6 清洗管路
每孔喷灌完毕后，都要及时冲洗管路，尤其是浆液系统的管路，以免残存的泥浆堵塞管路。
3.7 施工记录
高喷灌浆属隐蔽工程，各施工工序都应有详细原始记录，（1）造孔记录内容有孔号、钻孔深度、地层情况、施工时间及钻进过程中出现的特殊情况等。（2）灌浆记录内容有日期、孔号、浆液比重、浆液流量和每孔注浆量等。（3）高喷灌浆记录主要内容有记录高喷时间、旋转、提升速度以及高喷孔口返浆等情况。同时泥浆泵的压力、流量、工作时间以及高压水泵、空压机的压力、流量都要如实记录。施工记录要每天如实填写，汇报统计以备检查验收。
4 特殊情况的处理措施
4.1 高压泵、空压机压力骤变
高压旋喷泵原理是高压泵高压水流切割土体，水风压使土体与水泥浆混合，形成一定强度的固结体。因此施工中必须确保高压泵、空压机压力，高压泵、空压机压力骤降，一般原因是，喷杆连接处密封垫损坏，密封不严，喷嘴断裂，压力骤增一般原因是，水和风嘴堵塞，处理措施：及时停喷更换密封垫使密封严密，更换水咀和风咀。
4.2 孔口不返浆或返浆异常
当遇到有较大孔隙或渗漏地层时，会造成孔口不返浆或返浆异常。此时应停止提升，降低水压和风压，增大注浆量和浆液比重。等孔口返浆正常后，开始正常压力旋喷提升。
4.3 遇到地下水丰富，渗流速度大的地层
采用重复喷射，慢速提升，加大水泥浆液浓度，减少水的供应流量等。
4.4 下喷杆困难和卡喷杆
因为缩孔或砂层坍塌。将出现下喷杆困难和卡喷杆，应采取先送浆，再送水、气、旋转喷射由上而下送入喷杆，若喷杆送不下去，就应移回钻机进行孔处理。直至下到孔底后再由下而上正常旋喷灌浆。
4.5 严重漏浆
钻孔及喷灌过程中，曾多次发生漏浆现象，尤其塌坑部位上游旋喷桩，施工初期几乎是每孔都漏浆。钻孔过程中，采取填粘土加石灰进行封堵，加大泥浆浓度；喷灌过程中应停止提升，加大浆液浓度，待补充浆液恢复原浆面后，再送高压、水、气，将喷管下入喷灌前高程0.5米处开喷，保证搭接处喷灌质量。
4.6 串孔、冒浆
因塌坑扰动较深，地层结构松散，高压喷射灌浆时孔周围地面串孔、冒气、冒浆，其范围：顺坝轴线方向直径9米，孔左侧5米，右侧4米，都有冒浆点，垂直坝轴线方向6米冒气、冒浆，据以上情况，采取降低压力，加大进浆浓度，降低提升速度进行有效充填，及时进行处理。
5 经验与建议
5.1 旋喷固结体尺寸与土的类别，喷射参数，喷咀出口处地层静水压力有着直接关系，当地层中大于2㎜的土顆粒在土层中的比例大于50%，喷射直径明显减小，土层中含有卵砾石和其他大障碍物，处理效果差。处理这些地层应重复喷灌，加大浆液浓度，保证充填率。有关试验资料证明，粘土层中加大高压泵水压力进行复喷一次，直径可增大30%，在砂层中可增大50%。
5.2 地层静水压力的影响，喷咀出口处静水压力越大，压差减小，有效喷射距离缩短，在施工中随着喷射深度增加，静水压力增大，喷射直径随之减小，桩体容易形成上粗下细形状。据有关资料证明，静水压力由2米增到20米水柱压时，喷射距离减35%～40%，在地下水位埋深较大的地层进行高喷,
应提高喷射压力，以克服静水压力损失，保持有效桩径，富水层应加大浆液浓度，降低喷杆提速和转速，并实行重复喷射。
5.3 高压旋喷防渗墙施工技术是一项新技术，对于无地下水，地层为砂层或粉细砂层、砂壤土层效果较好，在砂土层和粉细砂层，提速可适当加快，不会影响喷射效果，但可以减少水泥用量，降低工程造价。高压旋喷防渗墙作为永久性防渗墙，工程效果不如砼防渗墙效果好，但造价较低。并且还可以利用回浆，且不影响防渗效果。
5.4 高压旋喷注浆采用三管式，水、气、浆必须连续进行。拆除喷杆时，为防止浆面下流、喷杆应下至停喷前高程0.2-0.4处，再进行提喷，若因故停机超过两小时，应对泵体和输浆管路进行冲洗，重新开喷时，喷杆下至停喷前高程下至少0.5m处，以保证搭接长度。
高压旋喷灌浆施工完毕后，通过打检查孔，岩芯采取率等以检查灌浆效果，其中土层、砂层岩芯采取率较高，砂卵石层和有地下水位流速较大时，岩心采取率较低，且含泥块较多。因此地层为砂层或粉细砂层、砂壤土层采取高压旋喷灌浆进行地基处理效果较好。
6结语
高压旋喷灌浆技术在水库大坝防渗加固工程中得到了很好的应用，它具有工程造价适中、防渗效果好、施工条件要求低等优点，随着这项技术的逐步成熟，必将在更多的基础工程中推广和使用。为了确保工程质量，必须在施工前做好施工组织设计，其中关键在于成孔、浆液配合比、喷杆提速和转速控制等是施工中质量控制的重点和难点，在实际工程中，应根据具体情况制定出合理的技术方案，确保墙体达到规范和设计要求的强度以及防渗要求。
参考文献：
【1】孙志峰．钻探灌浆工（M） 北京：黄河水利出版社，1996.3
【2】孙钊．大坝岩石基础灌浆施工（M）.北京：水利水电出版社，1987.12
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。