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摘要：本文分析了高压喷射灌浆的技术性能与工艺特征，并结合工程案例探讨了高喷灌浆施工技术在水工建筑防渗加固中的应用。
关键词：水工建筑；高压喷射灌浆；施工技术
高压喷射灌浆技术（jet grouting）简称高喷灌浆，是利用高压水或高压浆液形成的高压喷射流，对地层土体进行强烈的冲击、切割和破坏，并以喷出的水泥浆与土体破坏分离的土粒掺搅、混合，混合物经过凝结硬化，便形成桩柱或板墙的凝结体，以达到加固地基和防渗的目的。该技术有多种类型，按照喷射型式分为旋喷（rotating jet grouting）、摆喷（pendulum jet grouting）和定喷（directional jet grouting）；按照施工工法分为单管法（single system）、双管法（double system）和三管法（triple system）[1]。高喷灌浆适用于黏性土、砂类土、淤泥质土、黄土、人工填土等第四系地层，用途广泛，可灌性好，连接可靠，机动灵活，因而在水工建筑防渗加固方面效果显著。
1 高压喷射灌浆技术性能与工艺特征
1.1 高喷灌浆技术特性与影响因素
高喷灌浆成墙的最小厚度只需12～15cm，渗透系数可以达到10-5～10-7cm/s，抗压强度在3～20MPa，而且经过试验墙体的渗透稳定性也是可以保证的[2]。但是影响高喷灌浆体的因素较多，只有工艺参数在适宜的范围内，才能达到理想的效果，因此了解这些因素还是很有必要的。主要因素如下：（1）水。高喷灌浆离不开水，水的压力和流量对凝结体的有效长度影响显著。一般增加水量和压力可提高凝结体的有效长度，但水量太大会稀释浆液，使返浆增加，所以要将水的参数控制在合适范围内。（2）气（压缩空气）。风压、风量同样影响凝结体的有效长度和材料组成。当地层颗粒组成复杂、孔深较大时，选用较大的风量，可以增加置换效果，不过通常采用的参数为风压0.7～0.8 MPa、风量0.4～0.8m3/s。（3）液（浆液）。浆液要保证足够的稠度和数量，才能在水、气共同作用下不致太稀薄，一般浆液压力要保持在0.3 MPa左右，同时选择适宜的密度和输浆量。（4）提升速度/旋转速度/摆动速度。提升速度是影响凝结体的充填均匀性与密实性的重要因素，它同时影响凝结体的有效长度，一般提升速度在4～20cm/s较为合适，最适宜的速度应通过试验确定。同样，旋转速度和摆动速度也有一个适宜范围，一般旋转速度在5～20r/min，摆动速度在10°/s～30°/s。（5）地层颗粒度。高喷灌浆技术用于细颗粒地层一般是没有问题的，对含较多大颗粒砾石的地层要通过试验确定是否适用，不过只要工艺参数合适，一些含大颗粒地层仍能形成良好的凝结体，采用下倾斜喷射比水平喷射更有利于砾石地层。
1.2 高喷灌浆工艺特征
高喷灌浆由造孔、供水、供气、供浆和喷灌等组成。造孔一般采用立轴液压回转钻机，供水系统由高压水泵及管道组成，供气系统由空气压缩机及管路组成，供浆由搅拌机、灌浆泵、上料机等组成，喷灌系统由喷灌装置、机架、卷扬机、旋摆机构组成，此外还有回浆泵、监测装置等。施工程序如图1所示，施工流程如图2所示。
由图1可见，高喷灌浆施工包括钻孔、下注浆管、喷射、提升、成桩/成墙等程序。钻机安置妥当，校准孔位，垫平机身，即可造孔，一般要求孔位偏差不超过1～2cm，并钻至基岩下0.5～1m。成孔后放下喷射管，但振动钻是下管是与钻孔同时进行的。为避免下管时堵塞喷嘴，要求同时低压输送水、气、浆。喷射管放至设计深度，即可按设计要求喷射水、气、浆，并进行提升、旋转、摆动等动作。提升至设计高度后，停送水、气、浆。应及时清洗管路，防止堵塞。当凝结体因析水产生凹陷时，采用静压灌浆方法进行充填。
图2显示了高喷灌浆的施工流程。定孔是重要的步骤，要求根据现场试验结果选择最合理的孔距和布置形式，通常一般性工程采用单排孔即可，但重要工程往往采用2～3排孔。按照地层颗粒组成，孔距在1.0～2.5m。制浆也是重要的工序，大多情况下采用水泥浆液，也可根据需要采用水玻璃、环氧树脂、氯凝等化学浆材。水泥浆液的水灰比一般不大于1：1；如果只要求防渗而对强度没有很高要求，可掺配一定比例的黏土，以降低成本。
施工完要进行质量检查，一般通过室内试验、开挖检查、钻芯取样、围井检查、汛期高水位检查等方法进行质量评价。质量检查项目包括力学指标、渗透系数、整体性、均匀性、形状、尺寸等。
2高压喷射灌浆技术应用
2.1 工程概况
某水电站围堰采用混凝土防渗墙进行防渗，由于地层复杂，施工过程中出现了质量缺陷。按照过往的工程经验，主要有两种处理缺陷的方法[3]：一是在需要处理的防渗墙段上游一侧再做一段新墙；二是在需要处理的防渗墙段上游进行灌浆补救。灌浆方法中高压喷灌效果较好，常用来处理类似质量缺陷。根据地质勘探资料，防渗墙覆盖层为砂卵石层，内含较大块石，最大尺寸达3～5m，由于施工中出现卡钻、漏浆、塌孔等问题，防渗墙出现宽12m、高13m的“缺口”。由于工期紧，无法补做新墙，而且即使做了也难以保证质量。经过多方研究，决定在缺陷墙段清孔至卡钻顶部后直接浇筑混凝土，而在上游侧以高喷防渗墙进行处理。
2.2 高喷灌浆处理方法
高喷防渗墙采用双排孔梅花型方案，通过套接成墙，每排孔经3序完成。设计孔距为0.8m，排距0.7m，墙厚超过1.5m，下游排距混凝土防渗墙0.5m，正好避开导向槽及槽孔内的钻头，但同时又可保证与混凝土防渗墙有效搭接。在上、下游分别钻孔20个和21个。施工主要设备包括全液压履带式钻机、旋喷机、高压注浆泵、空压机、制浆机、液压拔管机等。喷射方法采用两管法。造孔深入基岩0.5m，控制孔斜不超过1.0%。风压0.6～1.0MPa，风量0.8～1.2 m3/min；浆压25～30 MPa，浆量70～100L/ min，进浆密度1.5g/cm3，回浆密度1.3 g/cm3。事故段提升速度5～8cm/min，事故段以上6～10 cm/min。共完成灌浆1412m，消耗水泥607t，用时30d。围堰闭气后，汛期高水位时渗漏量750m3/h，达到了设计标准。
3 结语
高喷灌浆技术于上世纪70～80年代开始在我国得到应用，经过几十年的探索研究，该技术在水工建筑防渗加固方面取得非常成功的业绩。在数量众多的防渗加固技术里面，高喷灌浆技术特点鲜明，适用范围广而工效较高，但是作为隐蔽性工程，需要通过完善的质量控制手段确保施工质量满足设计要求。
参考文献：
[1] 中国电力企业联合会.DL/T 5200-2004 水电水利工程高压喷射灌浆技术规范[J].北京：中国电力出版社，2005.
[2] 毛昶煦，段祥宝，李思慎，等.提防工程手册[M].北京：中国水利水电出版社，2009.
[3] 曹琳，赵正平，陈道春.高喷灌浆在阿海水电站围堰混凝土防渗墙缺陷处理中的应用[J].水利水电技术，2012，43（2）：62-65.
关键词：水工建筑；高压喷射灌浆；施工技术
高压喷射灌浆技术（jet grouting）简称高喷灌浆，是利用高压水或高压浆液形成的高压喷射流，对地层土体进行强烈的冲击、切割和破坏，并以喷出的水泥浆与土体破坏分离的土粒掺搅、混合，混合物经过凝结硬化，便形成桩柱或板墙的凝结体，以达到加固地基和防渗的目的。该技术有多种类型，按照喷射型式分为旋喷（rotating jet grouting）、摆喷（pendulum jet grouting）和定喷（directional jet grouting）；按照施工工法分为单管法（single system）、双管法（double system）和三管法（triple system）[1]。高喷灌浆适用于黏性土、砂类土、淤泥质土、黄土、人工填土等第四系地层，用途广泛，可灌性好，连接可靠，机动灵活，因而在水工建筑防渗加固方面效果显著。
1 高压喷射灌浆技术性能与工艺特征
1.1 高喷灌浆技术特性与影响因素
高喷灌浆成墙的最小厚度只需12～15cm，渗透系数可以达到10-5～10-7cm/s，抗压强度在3～20MPa，而且经过试验墙体的渗透稳定性也是可以保证的[2]。但是影响高喷灌浆体的因素较多，只有工艺参数在适宜的范围内，才能达到理想的效果，因此了解这些因素还是很有必要的。主要因素如下：（1）水。高喷灌浆离不开水，水的压力和流量对凝结体的有效长度影响显著。一般增加水量和压力可提高凝结体的有效长度，但水量太大会稀释浆液，使返浆增加，所以要将水的参数控制在合适范围内。（2）气（压缩空气）。风压、风量同样影响凝结体的有效长度和材料组成。当地层颗粒组成复杂、孔深较大时，选用较大的风量，可以增加置换效果，不过通常采用的参数为风压0.7～0.8 MPa、风量0.4～0.8m3/s。（3）液（浆液）。浆液要保证足够的稠度和数量，才能在水、气共同作用下不致太稀薄，一般浆液压力要保持在0.3 MPa左右，同时选择适宜的密度和输浆量。（4）提升速度/旋转速度/摆动速度。提升速度是影响凝结体的充填均匀性与密实性的重要因素，它同时影响凝结体的有效长度，一般提升速度在4～20cm/s较为合适，最适宜的速度应通过试验确定。同样，旋转速度和摆动速度也有一个适宜范围，一般旋转速度在5～20r/min，摆动速度在10°/s～30°/s。（5）地层颗粒度。高喷灌浆技术用于细颗粒地层一般是没有问题的，对含较多大颗粒砾石的地层要通过试验确定是否适用，不过只要工艺参数合适，一些含大颗粒地层仍能形成良好的凝结体，采用下倾斜喷射比水平喷射更有利于砾石地层。
1.2 高喷灌浆工艺特征
高喷灌浆由造孔、供水、供气、供浆和喷灌等组成。造孔一般采用立轴液压回转钻机，供水系统由高压水泵及管道组成，供气系统由空气压缩机及管路组成，供浆由搅拌机、灌浆泵、上料机等组成，喷灌系统由喷灌装置、机架、卷扬机、旋摆机构组成，此外还有回浆泵、监测装置等。施工程序如图1所示，施工流程如图2所示。
由图1可见，高喷灌浆施工包括钻孔、下注浆管、喷射、提升、成桩/成墙等程序。钻机安置妥当，校准孔位，垫平机身，即可造孔，一般要求孔位偏差不超过1～2cm，并钻至基岩下0.5～1m。成孔后放下喷射管，但振动钻是下管是与钻孔同时进行的。为避免下管时堵塞喷嘴，要求同时低压输送水、气、浆。喷射管放至设计深度，即可按设计要求喷射水、气、浆，并进行提升、旋转、摆动等动作。提升至设计高度后，停送水、气、浆。应及时清洗管路，防止堵塞。当凝结体因析水产生凹陷时，采用静压灌浆方法进行充填。
图2显示了高喷灌浆的施工流程。定孔是重要的步骤，要求根据现场试验结果选择最合理的孔距和布置形式，通常一般性工程采用单排孔即可，但重要工程往往采用2～3排孔。按照地层颗粒组成，孔距在1.0～2.5m。制浆也是重要的工序，大多情况下采用水泥浆液，也可根据需要采用水玻璃、环氧树脂、氯凝等化学浆材。水泥浆液的水灰比一般不大于1：1；如果只要求防渗而对强度没有很高要求，可掺配一定比例的黏土，以降低成本。
施工完要进行质量检查，一般通过室内试验、开挖检查、钻芯取样、围井检查、汛期高水位检查等方法进行质量评价。质量检查项目包括力学指标、渗透系数、整体性、均匀性、形状、尺寸等。
2高压喷射灌浆技术应用
2.1 工程概况
某水电站围堰采用混凝土防渗墙进行防渗，由于地层复杂，施工过程中出现了质量缺陷。按照过往的工程经验，主要有两种处理缺陷的方法[3]：一是在需要处理的防渗墙段上游一侧再做一段新墙；二是在需要处理的防渗墙段上游进行灌浆补救。灌浆方法中高压喷灌效果较好，常用来处理类似质量缺陷。根据地质勘探资料，防渗墙覆盖层为砂卵石层，内含较大块石，最大尺寸达3～5m，由于施工中出现卡钻、漏浆、塌孔等问题，防渗墙出现宽12m、高13m的“缺口”。由于工期紧，无法补做新墙，而且即使做了也难以保证质量。经过多方研究，决定在缺陷墙段清孔至卡钻顶部后直接浇筑混凝土，而在上游侧以高喷防渗墙进行处理。
2.2 高喷灌浆处理方法
高喷防渗墙采用双排孔梅花型方案，通过套接成墙，每排孔经3序完成。设计孔距为0.8m，排距0.7m，墙厚超过1.5m，下游排距混凝土防渗墙0.5m，正好避开导向槽及槽孔内的钻头，但同时又可保证与混凝土防渗墙有效搭接。在上、下游分别钻孔20个和21个。施工主要设备包括全液压履带式钻机、旋喷机、高压注浆泵、空压机、制浆机、液压拔管机等。喷射方法采用两管法。造孔深入基岩0.5m，控制孔斜不超过1.0%。风压0.6～1.0MPa，风量0.8～1.2 m3/min；浆压25～30 MPa，浆量70～100L/ min，进浆密度1.5g/cm3，回浆密度1.3 g/cm3。事故段提升速度5～8cm/min，事故段以上6～10 cm/min。共完成灌浆1412m，消耗水泥607t，用时30d。围堰闭气后，汛期高水位时渗漏量750m3/h，达到了设计标准。
3 结语
高喷灌浆技术于上世纪70～80年代开始在我国得到应用，经过几十年的探索研究，该技术在水工建筑防渗加固方面取得非常成功的业绩。在数量众多的防渗加固技术里面，高喷灌浆技术特点鲜明，适用范围广而工效较高，但是作为隐蔽性工程，需要通过完善的质量控制手段确保施工质量满足设计要求。
参考文献：
[1] 中国电力企业联合会.DL/T 5200-2004 水电水利工程高压喷射灌浆技术规范[J].北京：中国电力出版社，2005.
[2] 毛昶煦，段祥宝，李思慎，等.提防工程手册[M].北京：中国水利水电出版社，2009.
[3] 曹琳，赵正平，陈道春.高喷灌浆在阿海水电站围堰混凝土防渗墙缺陷处理中的应用[J].水利水电技术，2012，43（2）：62-65.