高压喷射灌浆在围堰防渗中的应用思路漫谈

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【摘要】围堰渗漏现已成为大坝建设主要的安全隐患，严重威胁了大坝建设的安全性与稳定性。近年来，随着防渗技术的不断进步，高压喷射灌浆技术在围堰防渗中得到了越来越广泛的应用。本文就高压喷射灌浆技术的技术原理、施工工艺、工作参数等环节进行深入探讨，以供广大同行参考与研究。

【关键词】高压喷射灌浆；围堰防渗；原理；工艺；参数

前言

围堰是水电大坝基坑开挖时，用于阻挡水流进入的临时设施，便于水电大坝施工作业的良好开展。一般来说，围堰建设时需要做好防渗处理，降低抽水量。如果围堰防渗处理质量不高，一旦出现了围堰渗漏的情况，会对坝体产生极大的冲击，影响坝体建设工程的进展。高压喷射灌浆是目前用于围堰防渗工作中最为有效的技术之一，在国内各大水电站建设中扮演了不可或缺的角色。

一、高压喷射灌浆技术原理

高压喷射灌浆主要是通过将喷射管中的高压水、泥浆或者气体喷射出来，在喷射时，喷射管中的物质会将土体进行切分，在强大的压力冲击下形成泥浆，接着从下至上持续的灌注水泥砂浆或纯水泥浆，就可以将泥浆升扬至地面。泥浆会在地面形成一层防渗膜，该层防渗膜不仅具有较高的强度，而且渗透系数非常小，防渗性能极佳，地基承载力也得到了明显提升。

高压喷射灌浆技术还有着其他防渗技术不具备的特点，即灌浆的可灌性与可控性，主要体现在其在作业时，不会对非喷射位置产生影响，仅在射流作用的范围内进行扩散与充填。而且高压喷射灌浆形成的凝结体不是单一因素作用的结果，是通过地层因素与工作因素为主导，压力、风力因素为辅共同作用的结果。

（一）冲切掺搅作用 高压喷射灌浆技术能够通过较高压力将水、泥浆或气体喷射出来，喷射出来的物质有极强的切割作用，可以快速将土体分割冲切，破坏原本的土体结构，然后使土体碎小颗粒与浆液充分混合。

（二）升扬置换作用 高压喷射灌浆作业时，压缩空气不仅能够保护切流束，还可以在能量释放的过程中使气泡将土体颗粒携带并升扬至地表。依靠高压喷射灌浆技术，将土体中的部分颗粒置换到地面并使浆液充分填充至土体空隙中，可以明显优化地层组分，提高其地基承载力的同时具备极佳的防渗性能。

（三）填充挤压作用 在射流束终端部位，能量衰减较多，已经无法达到切割土体的目标，但是却可以对土体产生一定的挤压力，使土体与浆液紧密结合。在喷射结束后，受到静压的影响，灌浆作业不会立刻停滞，仍会对浆液与土体产生挤压力，进一步使土体与浆液结合。

（四）渗透凝结作用 高压喷射灌浆作业形成的凝结体不仅会在作业区域内起到极佳的防渗作用，还可以向作业区域周边扩散与渗透，形成一层有着一定防渗性能的渗透凝结层，一般来说，这层渗透凝结层的厚度与作业区域地层渗透性与级配有着直接的联系。因此，高压喷射作业之前需要对作业区域地层条件进行细致的考量。

二、高压喷射灌浆技术施工设备

高压喷射灌浆的方法有三种，即单管法、双管法与三管法，不过三管法以期优越的结石率与强度得到了施工人员的广泛青睐。三管法首先使用高压水将土体切割，然后再用高压浆对土体进行再次切割。两次切割时，由于两孔的间距比较大，高压水不会对高压浆产生较大的稀释作用，明显的提高了喷射灌浆半径，也从根本上提升了凝结体的强度与结石率。

用于高压喷射灌浆的主要设备有高压泥浆泵、高压水泵、钻机、泥浆泵、空压机、搅灌机、胶管等，下面进行分类阐述。

（一）钻孔设备 常用的钻孔设备有三种，即改进型工程钻机、地质回转钻机与套管跟进钻机。一般来说，用于高压喷射灌浆作业的钻孔设备多为地质回转钻机，该钻机操作极为简单，而且国内大多数围堰防渗施工作业地层较浅，其性能能够充分满足作业需求。该种钻机常备钻头有合金制、钢粒制与金刚石制三种，能够满足地质条件不甚复杂区域的作业需求，如果作业区域地质条件较为复杂，不建议采用该种钻机。

（二）高压水泵 高压水泵的主要功能是为喷射灌浆提供充足的压力，保证高压射流束能够完全将土体切割成小颗粒土块，这对射流束的压力要求极高。因此，在选择高压水泵时，尽量选择输出压力较高的水泵。

（三）空压机 空压机的主要功能是产生压缩空气保护射流束，避免射流束受到其他因素影响使能量衰减严重，降低射流束切分土体质量。一般来说，空压机的排气压力需要在7-8kg/cm2才能起到保护射流束的作用。另外空压机还能够参与升扬置换的过程，提高围堰的防渗性能。

（四）灌浆泵 灌浆泵的主要功能是将形成的浆液灌入地层中，使其充分填充于地层空隙之中并与土体紧密结合，加强围堰的防渗性能。为了实现这一目的，必须保证灌浆泵提供的压力与流量满足作业需求。一般来说，在围堰防渗施工作业中，多采用单柱塞灌浆泵，该设备的最大工作压力为1MPa，最高流量可达80L/min。

（五）喷射装置 喷射装置的主要功能是将制备完成的浆液注入地层，使浆液与地层充分结合。一般来说，喷射装置分为三个部分，即喷头、喷射管与高压龙头。采用三管法高压喷射灌浆时，需要将三管分别密封，密封性检测无误后再行作业，避免因密封性问题出现泄漏的情况。

三、高压喷射灌浆施工工艺流程与主要参数

高压喷射灌浆施工工艺主要分为六个主要流程，第一个流程为定孔，即确定钻机钻孔位置，定孔需要严格按照设计图纸进行并且还需要经过多次复核后方可确定。第二个流程为钻孔，即采用钻孔机在定孔处进行钻孔作业，钻孔作业之前需要对作业区域地层、地质条件进行充分的研究并做好整理与归纳工作，采用合适的钻头作业。第三个环节为下喷射装，即将注浆管插入地层，保证插入深度符合设计要求，为了避免出现泥沙将喷嘴堵塞的情况，可以在插管的同时喷水，控制喷水压力在1MPa以内即可。第四个环节为制浆，即喷水将土体切分并与小颗粒土体充分混合形成泥浆。第五个环节为喷射，当喷嘴抵达设计要求深度后，从下至上进行喷射作业，这一环节中的关键在于浆液初凝时间、风量、压力、注浆流量、提升速度的控制。最后一个环节为旋转、提升与定向，按照设计要求进行即可。高压喷射灌浆的施工参数是整个施工作业的核心部分，一般需要根据地层情况与单桩试验结果方可确定。

结束语

高压喷射灌浆在围堰防渗中有着极为重要的应用价值，施工的重点在于结合施工条件、地层、地质条件合理选择施工设备，确定施工参数。在实际应用过程中，施工人员需要严格按照设计标准进行作业，保证施工质量。本文就高压喷射灌浆技术的技术原理、施工工艺、工作参数等环节进行深入探讨，以供广大同行参考与研究。

参考文献

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