趙小龍

（遼寧省營口水文局，遼寧營口115003）

高壓噴射灌漿是利用射流切割技術進行原位土體加固的一種方法[1]，該方法具有可控性較好、地層適應性廣泛、成本較低、施工方便等優(yōu)點，在地質(zhì)條件相對復雜，施工環(huán)境困難的堤防段，具有廣闊的應用前景。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)噴嘴的運動軌跡和所形成的固體的形狀，可分為旋轉噴霧、擺錘噴霧和固定噴霧；根據(jù)噴嘴的結構，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構[2-5]，由于泥漿噴射能量的迅速衰減，對土壤所造成的損害不大，并且形成的冷凝物相對很小，通常只有50～60 cm。該方法操作簡單，至今仍被廣泛使用。

兩管法是基于單管法基礎之上，通過空氣射流的能量衰減比水相對要慢得多[6]，因此，通過在泥漿管外部添加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土壤的切割能力。水泥土凝結通過兩管法來形成，其特點是整體質(zhì)量好，直徑大，可以超過1.0 m[6]，但缺點是該方法需增加較重的一些機械設備，例如空氣壓縮機。

三管法是使用高壓水切割和破壞土體，同時，周圍的氣流被用來保護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體其直徑能夠達到1.2 m，缺點是增加了較重的機械設備，如高壓水泵和空氣壓縮機等，而噴灑的高壓水在一定程度上會稀釋泥漿，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，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測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體。用這種方法在沙土中形成樁的最大直徑可以達到4.0 m，但設備較復雜且笨重。

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參數(shù)[9]，包括提升速度、旋轉速度、擺角、進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)對樁的質(zhì)量和項目的單價都有很大的影響，必須通過實驗確定它們的選擇。

2 方法應用

2.1 工程實例概況

丁東水庫自1997 年建成蓄水以來，部分壩段集水溝常年有較大滲漏積水。針對該工程實際，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進行經(jīng)濟技術比較，最終確定選用高壓噴射灌漿防滲墻進行除險加固。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，出逸點減少，不僅可以保證大壩的安全，而且可以有效地減小水庫滲漏損失。

2.2 工程設計

該項工程加固范圍確定為6+650～6+950和8+800～11+500壩段，防滲墻的軸線總長度為3 000 m，設計標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。防滲墻設計為單排平板墻，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，水泥標號為425 普通硅酸鹽水泥。

2.3 施工組織設計

2.3.1 施工程序

施工準備→設備及人員、調(diào)試設備→現(xiàn)場試驗→正式施工→工程質(zhì)量檢查→竣工資料整理。

2.3.2 施工設備選型

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

2.3.3 施工方法和控制要點

1）高噴孔定位：根據(jù)設計要求在施工軸上進行放線定位，每個孔都進行統(tǒng)一編號。

2）打孔：地質(zhì)鉆機上的所鉆孔徑不少于127 mm ，應使用泥漿循環(huán)護壁以確保垂直度，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，然后將噴管降低到設計深度，調(diào)整井口擺動裝置，并在噴涂前做好準備。

4）制漿：該項目使用的水泥為325 號普通硅酸鹽水泥，要求通過4 900 孔/cm2標準篩，其水泥細度小于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%；水泥漿的攪拌時間不少于3 min，使用前將其過篩，從制備到用盡的時間少于2 h。

5）灌漿：啟動高壓水泵、空氣壓縮機、混合器、泥漿泵和其他輔助設備，根據(jù)設計要求調(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)設計要求開始增加，從底部向上形成高壓噴射灌漿攔截滲帷幕墻[9]，在灌漿過程中，應隨時檢查泥漿的比重，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：在噴水管提到設計高度后，噴射灌漿結束，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

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

在指定位置墻的一側開挖檢查，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]，測量兩樁之間搭接值，同時選擇有代表性區(qū)域采集墻體樣品做抗壓及滲透室內(nèi)試驗。

3 高壓噴射灌漿法新技術

3.1 工藝技術

3.1.1 振孔旋噴技術

使用大功率高頻振動錘，在轉彎時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進行旋轉噴射灌漿，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，而且減少了泥墻的防護過程，從而提高了工程進度和工程質(zhì)量[10]。

3.1.2 水漿同軸雙管施工技術

開發(fā)水漿同軸雙管施工技術，以滿足項目現(xiàn)場的要求，它的噴射介質(zhì)不同于一般的兩管旋轉噴涂工藝。 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化[11]。在地面滲漏嚴重的情況下，也可以及時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

在三管施工過程中，澆注的高濃度水泥漿將被高壓水射流稀釋并帶出地面，這會影響樁的形成質(zhì)量并增加水泥消耗[11]。人們設計了一種新型的三管噴嘴，可以有效減少水射流對水泥漿的稀釋作用，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）。試驗結果表明，新工藝的水泥消耗顯著降低，而旋轉強度相應增加了約30%。

3.2 新材料、新設備

該方法的主要材料是水泥，水泥的量決定了項目的成本，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鍵[12，13]。主要摻和料包括粉煤灰、粘土等。

4 結語

高壓噴射灌漿法的工藝參數(shù)主要結合實踐經(jīng)驗，并針對特定工程進行現(xiàn)場試驗確定。完善的理論研究將對提高成樁質(zhì)量、降低工程造價起到積極作用，特別是高壓噴射流有效范圍、固結體的直徑與射流壓力和土體結構的關系、高壓噴射灌漿法的漿液材料配比與固結體的力學性能指標及抗?jié)B性能指標的關系等。傳統(tǒng)的檢查方法包括開挖檢查，物理和機械測試以及滲透性測試[14]，從一管法、二管法到三管法，新的工藝技術都是伴隨著經(jīng)濟發(fā)展的需要而發(fā)展起來的。堤防地質(zhì)條件復雜，某一種工法不能滿足工程的要求，因此針對工程特點，研究新的工藝技術，對高壓噴射灌漿法的應用具有重要的意義[15，16]。