高压旋喷灌浆在水利工程除险加固工程中的应用

高压旋喷灌浆在水利工程除险加固工程中的应用

纪明

身份证号：320821196902073135

江苏淮源工程建设监理有限公司

摘要：20世纪以来，由于受到科技发展和资源等因素的制约，我国水利建设主要采用的是低科技的手工圬工及简易的土方施工方法，经过一段时间的运营，已出现渗漏、破损乃至局部垮塌等现象。为此，我们采用了高压旋喷注浆技术，并在此基础上提出了一种有效的防渗措施。

关键词：高压；旋喷；灌浆；水利工程；除险加固；工程；应用

1地质勘察及方案选择

1.1工程地质鉴定

在建设工程中，应先勘察该地区的地质条件，并按其具体的地质条件，选用不同类型的加固措施。项目拟对大坝基础（台肩）、大坝及附件进行勘察。该套地层的基础是石炭纪下统大塘组灰岩（C1d3)，灰色-深灰色灰岩夹灰岩，夹有灰岩。岩体强度低，层间裂缝发育，界面处未妥善处理，界面漏失较为严重。坝身填筑土料来自附近地区，其成分与两侧坡地残坡积土相同，均质不佳，且孔隙多为淤泥所填充，导致坝基渗水位过高，进而威胁到坝的稳定性。

1.2方案的比选

勘测结束后，应对坝体加固中的一些重要工艺进行比较。根据该水库的地质条件及裂缝状况，确定了三种不同的除险措施，即：第一，从坝前到坝顶铺设土工膜；方案二：在430米高的主坝坝头445米的中心位置做一排冲抓套井回填，然后进行高压喷射注浆，间距0.78米，冲抓套井回填深入基面以下1m；方案三：在大坝445米的大坝轴线上设置一列高压旋喷注浆，间距0.8米，在基面处1米处进行高压旋喷注浆。相比之下，采用土工膜进行防渗补强的方法，侧重于大坝表层，但其对大坝内侧的防渗效果并不理想，而且施工过程繁琐、工程量大。在二号工程中，采取不同的注浆方法，虽然有其可行性，但工艺比较繁琐。方案三施工工艺简便，帷幕注浆数量最小，竖向防渗系统可与下层排水沟形成良好的衔接。因此，该项目选择了三种主要采用高压旋喷法对大坝进行加固。

2高压旋喷灌浆技术的应用

2.1高压旋喷灌浆设计

在工程实施初期，要对各工艺方法进行工艺方案的工艺设计，并做好施工前的准备工作。在大坝中部，采用高压旋喷注浆工艺进行了处理。

2.1.1灌浆孔布置

注浆的地点选在大坝的上游（445米）上，采用高压旋喷注浆，起高水位444.8米，结束高度在基面下1米，与坝基和坝肩的帷幕灌浆相连接，形成一道封闭连续的不透水帷幕。

2.1.2灌浆工艺参数

在施工之前，必须对该设备的各种注浆技术参数进行设定，以保证注浆时的技术精度。首先，依据勘察的地层构造决定其注浆方式，常见的有单一介质法、二介质法和三介质法，相应的是单介质法、双重介质法和三介质法。针对该地区的地质情况，选取了具有代表性的三介质喷射灌浆工艺。通过三段式喷嘴分别将浆液、水和压缩空气分别注入到被切削的表面，从而使被切削的表面呈现圆柱形，水与压缩空气以共轴的方式被高速地注入到土壤中进行切削，当产生了一定的间隙之后，将浆液以一种比较小的气压灌注到切削和破碎的基层内。通过喷嘴的旋转和提升，使泥浆层与泥浆层结合。三介质注浆装置，该装置由气、水注浆管线、注浆提升装置、转角装置和泥浆回收装置组成。其次，对每一座大坝进行不同阶段的试验，并就其耗浆量、注浆压力和裂缝条件进行合理的确定。

2.1.3灌浆材料

注浆材料应选用具有一定强度的普通硅酸盐水泥。在该项目中，为了保证混凝土的喷浆品质，在材料的设计上，建议选用的是现浇混凝土，其强度不小于32.5MPa。因此，选用本地的优质供货商，既能保持新鲜，又能降低储存费用。

2.2高压旋喷灌浆施工过程

高压旋喷的浆液应该按一定的顺序进行。在进行高喷浆砌筑时，首先要进行多排高喷浆砌筑，然后再进行中部砌筑。同一排注浆时，要按照排孔数的次序进行，并以导孔为先进行。高压旋喷注浆工艺包括：钻机钻孔，导管下入，水冲起，成桩成壁。

2.2.1钻机就位

将所用的钻具安放在设计孔内，保证钻具与孔位中心对齐，钻孔位置误差不得超过5厘米。当钻机安装好后，利用水准尺校正机体，保证钻具与钻芯垂直，钻具的垂直度误差不超过0.5%，保证钻削的垂直度符合设计要求。

2.2.2钻孔

钻孔时应注意设备的选用，钻孔几何尺寸的确定。首先，应针对工程实际，结合工程实际，选用适当的钻具。在砂性和粘性地层中，钻孔次数不超过40次的情况下，宜采用回转式震动钻具，最大可达30米以上。在致密地层中，钻孔次数超过40次，可以使用地质钻孔机进行钻探，在砾石地层中可以使用随钻技术。在使用跟管法钻井时，首先将护壁泥浆灌入，也可以使用专门的PVC花管护墙后进行拔管。在使用过程中，要注意PVC管材的各项指标要符合设计，以免损坏后堵塞管材。其次，对井眼的形状进行了研究。根据钻孔灌注机的钻进深度，选用直径20mm的小口径钻孔。按每一段大坝的不同情况，选用不同的井深。

2.2.3制浆

该高喷浆是以P.032.5的普通硅酸盐水泥为基础，在掺入适量掺入膨润土、碳酸钠等增强其稳定性能的基础上。按规范要求选用水泥、膨润土和碳酸钠，其中水泥与膨润土的比例为1:0.03，碳酸钠加入量为3%。在此基础上，结合实验数据，选择了主注浆的原料和比例。采用实验室模拟方法，对搅拌桩的搅拌时间、密度、流动性、沉降速率、沉降稳定性、凝结时间（起、凝后）、固结体的密度、强度、弹性模量、渗透系数等进行测定。

2.2.4下入喷射管

可采用两种方法，即采用回转式凿岩机，即下钻、下钻，一次钻进，一次下钻。当采用钻井工具时，要先将上方的孔打完，然后将钻出，然后将喷嘴下入。究其原因，则是根据土壤冲击系数的大小，选用合适的钻具。在对喷嘴进行注射时，因喷嘴处在待喷的位置，喷嘴极易被泥沙阻塞。为此，必须采取相应的保护措施。一种是在下水管之前，用塑胶薄膜或橡胶软管将水管嘴封住，但是要保证下水管后的喷水能够顺畅的冲出。另外一种方式就是一边下管道，一边喷浆，但是要用低压来进行水、压缩空气和泥浆的喷洒，其喷射压力通常不会大于1MPa，以保证不会堵塞钻孔，也不会导致孔壁坍塌。

2.2.5喷射

当导管达到规定的深度时，就可以进行注浆了。三层复合式高压旋喷注浆应依次进行。首先要采用高压喷雾，然后是喷洒，然后是泥土，最后是空气，最后是压缩气体，要比泥浆晚30秒。之后，在现场进行静态喷射大约3分钟，具体过程是按照预先设定的喷射压力的改变和孔口冒浆的状况来决定的，当达到预先设定的冒浆量时，立刻进行低速回转并起吊。整个施工过程由下往上逐级进行，直至达到规定的标高后，才能逐渐提升，以保证防渗墙顶面的质量。最后，停止喷水，停止压缩空气及泥浆，起吊油管。

结语：

综上所述，高压旋喷是一种高效的深层注浆方式。它最大的特色是通过喷射式喷嘴喷射出的高压气体（压缩气体、水、泥浆）对周边土壤进行强力撞击，使其在对周边土壤造成损伤的情况下，使泥浆与土壤发生充分融合，从而构成一个远远高于原始土壤的承载体，从而实现对地下水的高效封堵和防渗。因此，在大坝的防渗工程中，采用了高压旋喷桩作为一种高效的防渗措施。

参考文献：

[1]邓承若.高压旋喷灌浆工艺在水库除险加固中的应用[J].企业科技与发展,2012(09):69-71.

[2]徐猛勇.浅析除险加固高压旋喷灌浆质量问题与对策[J].水利与建筑工程学报,2012,10(02):56-60.

[3]陈有明.高压旋喷灌浆在某水库坝体防渗施工中的应用[J].中华民居,2012(03):234-235.

[4]李宝国.旋喷灌浆基础处理在水库除险加固工程中的应用[J].山西水利科技,2012(02):38-39+44.

[5]杨志强.高压摆喷灌浆在达开水库除险加固工程的质量控制[J].企业科技与发展,2011(16):93-96.