高壓旋噴灌漿質量控制措施

高燕芳

（山西省水利水電工程建設監理公司 山西太原030002）

在水利水電工程建設中，高壓噴射防滲墻多用于大壩基礎防滲，但對于礫石含量較多且礫徑較大的軟基，采用混凝土灌注樁，工期長、投資多；采用振沖樁，由于礫徑太大無法施工；采用水泥黏土固結灌漿，其承載力不能滿足要求；如果軟基層較厚，換基方法也不可??；因此，對于礫石含量較多且礫徑較大的軟基，高壓旋噴樁是提高壩基承載力最有效的方法。由于壩基承載力直接關系到大壩的穩定，其關鍵工序的質量控制方法是工程技術人員需要探討、研究的重要課題。

1 工法的選擇

高噴灌漿工法包括單管法、雙管法、三管法。大多數人認為，三管法是在單管法和雙管法基礎上發展起來的，水、氣、漿三種介質分別使用三種管輸送，高壓旋噴樁使用三管法破壞土體的能量大，固結體直徑大，旋噴樁的承載力效果最好。但是，對于有動水的河床地層，地下水滲流速度快，三管法容易造成漿液流失，形不成完整密實的旋噴樁凝結體。另外，在淤泥地層，其含水率高于液限，承載力很低，高速水流無法切出相對穩定的溝槽，低壓水泥漿液不會被高速氣水流卷吸到被切割的淤泥地層，用三管法的效果遠不如雙管法的效果好。高壓旋噴樁工法的選擇，不僅要考慮工程的設計要求，也應考慮工程地質、施工部位、地下水活動等情況。

2 高噴試驗

由于工程所處位置不同，工程地質、地下水活動情況也不同，在不同情況下高噴形成的旋噴樁有效直徑也不同，所以，高壓噴射灌漿機的噴射壓力、噴射流量、提升速度、高噴孔間距等施工參數都應根據高噴試驗進行確定。如施工參數定得保守，則浪費工程投資，使工期滯后；反之，則會出現旋噴樁直徑偏小，不能滿足大壩承載力的要求。因此，選擇有代表性的地層進行高噴灌漿現場試驗是必要的。

高噴灌漿試驗內容較多，試驗項目需要有重點。對于礫石含量較多且礫徑較大的軟基，其目的主要是提高地基承載力，所以一定要做高壓旋噴樁體的強度試驗、單樁或群樁的復合地基載荷試驗。

3 噴嘴直徑

3.1 高壓水噴嘴直徑

三管法是用0.6～0.8 MPa的噴射氣流，包裹著35～40 MPa的高壓水噴射流，同軸噴射沖切土體，形成較大空隙，再由水泥漿液填充。當高壓噴射灌漿參數一定時，高噴灌漿凝結體的尺寸與噴嘴的直徑和質量有密切關系，相同質量的噴嘴直徑越大，噴射出的流量越大，產生的能量越大，切割土體的范圍大，所形成的凝結尺寸也越大。適當增加噴嘴直徑，旋噴樁徑會明顯增加?！端娝こ谈邏簢娚涔酀{技術規范》（DL/T 5200—2004）中要求，水的噴嘴直徑應為1.7～1.9 mm。如噴嘴直徑沒有達到1.7 mm，高壓氣水噴射流切割土體的能量大大減弱，旋噴樁的直徑減小，其承載力不能滿足設計?，F場工程技術人員應在地面試噴前，首先檢查噴嘴的直徑。

3.2 水泥漿噴嘴直徑

雙管法是注漿管插入預定深度后，用低壓空氣和高壓漿液形成同軸噴射流，沖切破壞土體，噴射出的流量越大，產生的能量越大，切割土體的范圍越大，所形成的凝結尺寸也越大。如前一次施工后沒有及時清洗噴嘴，噴嘴內壁粘有凝結固化的水泥漿，使噴嘴的有效直徑減小，導致高壓氣漿噴射流切割土體的能量大大減弱，甚至形不成旋噴凝結體。規范中要求，水泥漿的噴嘴直徑為2.0～3.2 mm。

三管法沖切土體是用高壓氣水射流，要保證水泥漿液充分填充空隙，其噴嘴直徑也不能太小，規范中要求，水泥漿的噴嘴直徑為6～12 mm。

3.3 噴嘴直徑的檢查

對于單管法、雙管法、三管法成樁的機理不同，其空氣、高壓水、水泥漿的噴嘴直徑也不同。在地面試噴前，首先要明確工法及噴嘴直徑。規范中推薦的噴嘴直徑見表1。

表1 規范推薦的噴嘴直徑

4 噴射管旋轉速度

高壓噴射灌漿試驗表明，提高或減慢噴射管旋轉速度，會使高噴射流的切割距離變短，從而達不到旋噴樁的設計直徑，其轉速應在0.8～1.0 r/min。

5 提升速度

噴射管提升速度的快慢，直接影響旋噴樁直徑大小，甚至還會影響到旋噴樁的質量。噴射管提升速度快，形成的樁徑??；噴射管提升速度慢，形成的樁徑大。當其他高壓灌漿參數一定時，旋噴樁的直徑與提升速度成負相關。

施工參數確定后，必須按照試驗確定的提升速度施工，如果為了加快工程進度、盲目節約工程投資，旋噴樁的直徑難以保證，地基承載力不能滿足設計要求，將給工程帶來安全和質量隱患。

6 地面試噴

高壓旋噴灌漿試驗確定施工參數后，在噴每一個孔之前，必須進行地面試噴。盡管噴射管的旋轉速度及提升速度是通過高壓噴射臺車來調整，但是轉速和提升速度的校核都是在地面試噴階段完成；另外管路運行情況、噴射方向也是通過地面試噴來檢查；通過地面試噴，能夠檢查噴射流的噴射距離、噴射流的形狀等。在用三管法施工進行地面試噴時，如果噴嘴的噴射角度不同軸，高壓氣流不能有效包裹水流，水流噴出噴嘴后很快分散，切割土體的能量大大減弱，甚至形不成旋噴樁。因此，下噴射管前，應進行地面試噴，檢查機械及管路運行情況，并調準噴射方向和擺動角度。

7 三管法高壓旋噴樁施工工藝

①造孔系統：先用鉆機鉆孔，以便噴管下到設計深度?？咨钜源┻^透水層，并且深入不透水層2 m為準。

②供水系統：高壓泵以35～40 MPa的壓力把高壓水送出噴水嘴，送水量75 L/min。

③供氣系統：用空氣壓縮機以0.7 MPa的壓力，每分鐘向灌漿孔內送入1～1.5 m3的風。其作用有兩個：其一是氣流包圍在水流外圍，約束射出的水流，延緩分散，使射程加長，切割土層長度加大，其二是水氣摻攪后，把切割下來的土粒、砂粒、小石子等帶出孔口，以騰出地下空間。

④供漿系統：制漿站按水灰比1：1攪拌成比重1.5 g/cm3以上的水泥漿，用灌漿泵以0.1～0.6 MPa的壓力，每分鐘向灌漿孔內注入60～80 L水泥漿，用來充填滿高壓水切割出來的地下空間，凝固后形成混凝土墻體。

⑤噴灌系統：主要是高噴臺車，上述水、氣、漿三個系統的管道，都集中在高噴臺車的龍頭上，三列灌漿管的升降速度、決定擺角的旋擺機構等都是通過油壓系統自動控制。

⑥高噴作業：拌制好漿液后，通過管道送入噴嘴，開始高噴灌漿。下噴射管前，應進行地面試噴，檢查機械及管路運行情況，并調準噴射方向和擺動角度。當地層中水流速度過大時，由于漿液難以在預定的范圍內凝結，應先進行堵水處理，而后進行高噴灌漿，待回漿比重不小于1.3 g/cm3時開始提升噴漿管，注意檢測漿液壓力和流量，高壓水壓力及流量、風壓及風量、提升速度等參數是否符合設計要求，并做好記錄。開始噴射時先送水泥漿，再送高壓水，最后送氣；噴射完畢后，先停氣、再停高壓水、最后停水泥漿。如果高噴灌漿因故中斷后恢復作業，應對中斷孔段進行復噴，其搭接長度不小于0.5 m。

8 結語

在高壓旋噴樁施工過程中，噴嘴直徑、提升速度、旋轉速度、水氣漿壓力、供氣量、地下水及地層土質情況等，對高壓噴射灌漿形成的凝結體的尺寸和形狀都有不同程度的影響，掌握各種因素對高噴凝結體的影響規律，能夠有效控制高壓噴射灌漿工程的施工質量。