高压喷射灌浆应用研究

   [摘要]近年来，随着高喷理论、施工工艺方法及设备条件的不断改进和完善，在土层及含大颗粒的砂卵石层中构筑连续的高喷防渗墙体已不是一件难事。重点介绍了高压喷射灌浆原理、注意事项及难点处理。  

　　[关键词]高喷灌浆；原理；难点处理  

　　[中圈分类号]TV544.923  [文献标识码]B  [文章编号]1004—7042(2006)06—0096—02 

    1  灌浆工作原理  

    1. 1  基本原理 

    高喷灌浆法是利用工程钻机钻孔至设计处理的深度后，利用高压水泵，通过安装在钻杆 (喷杆)杆端置于孔底的特殊喷嘴向周围土体喷射高压水。喷流动压以脉冲形式冲击土体，使土体结构破坏出现空洞，同时压入浆液(一般为水泥浆)。钻杆以一定的速度边旋转(边摆动边或不动)、边提升，再压入高压空气(用空气压缩机压人)，这样钻杆在旋转和提升过程中，在射流后形成空隙，在喷射压力作用下，迫使土粒向与喷嘴移动相反的方向移动，土粒排出后所空下的体积由灌入的浆液补入。补入的浆液与土、砂和砂砾经高压空气并强制搅拌混合，然后析水固结，凝固后便在土体中形成具有一定性能和形状的固结体，即形成桩、板、墙、柱等。  

    1.2  喷射形式与参数  

　　固结体的形状和喷射流的移动方向有关。一般分为旋转喷射(简称旋喷)、定向喷射(简称定喷)和摆动喷射 (简称摆喷)。旋喷桩主要用于加固地基，提高地基的抗剪强度，改善地基土的变形性能，使其在上部结构荷载作用下，不至破坏或产生过大的变形。定喷固结体呈壁状，摆喷形成厚度较大的扇状固结体。定喷和摆喷通常用于地基防渗，改善地基土的水力条件及边坡稳定等工程。高喷施工的工艺参数主要有：水压一般为 34 Mpa～40 MPa；气压一般为0.5 Mpa～0.8 MPa；浆压一般为 0.1 MPa～0.5 MPa；提升速度一般为5 cm～10 cm。  

    2  施工注意事项  

　　第一，不可盲目追求钻孔进尺。在砂卵石层中造孔时，钻进效率较高，这时不可盲目加大给进压力以追求进尺，应随时注意孔口上返岩屑情况，及时调整钻压及其他钻进参数，防止因岩屑产生过多来不及返出而造成人为卡钻事故，影响钻孔工效。此外，适当加入红黏土，及时护壁。钻进过程中若遇较大粒径的块石体时，且不可强行跟进，应采用捣、打相结合的方法，防止套管卡死在孔内，造成废孔。  

　　第二，在施工中，尽量避免新旧套管混用。因为护壁套管往往是多批次、无定期的疲劳使用，部分旧套管的外壁及丝扣在使用过程中已受到不同程度的磨损，在进行深孔钻进时，随着钻孔深度的增加，套管外壁所承受的摩阻力及管体底部受到的冲击拉力也随之增大，若新旧套管混用，在孔内发生脱丝及断管的机率也会增大，影响成孔效率。  

　　第三，严格控制钻孔偏斜。在高喷施工中，钻孔偏斜是影响墙体可靠搭接的关键因素。施工时可采用如下措施以防止钻孔发生偏斜：钻机就位后，应垫稳及调整钻机，使开孔钻具始终保持在铅垂状态；开孔钻具应采用大一级钻具，在钻至卵石层后要反复上下活动，避免回填土层中的砾石造成钻孔偏斜；下人跟进套管并用水平尺反复校对垂直度，如明显有偏斜，则拔出后填入砂砾石料而后重新在原处开孔；钻进中发现套管有偏斜现象，应全部拔出重新开孔；加长钻具的长度；用测斜仪每钻进 10 m测一次斜度，发现偏斜立即纠正。  

　　第四，把握好两序孔间的施工间隔。按分序加密的原则，高喷孔多分为两序孔施工。在前一次序孔高喷施工结束后，合理确定下一次序孔的开孔时间尤为重要。一般同序孔之间以48 h左右为宜，异序孔之间以 6 d～12 d为宜。  

　　第五，尽量采用带径向条缝的特制 PVC塑料管护壁。PVC护壁管护孔效果好，且在高压射流束的强力冲击作用下极易破坏，不会影响喷射质量。  

　　第六，通过钻喷施工进一步认识地层，以指导后续施工。  

　　第七，不应忽视孔口补浆工作 (即封孔工作)。孔口补浆即在喷浆结束后，通过送浆管路及时向孔内补充地层漏失的浆液。直至浆面不下降为止。 

    3  难点处理  

    3.1  漏浆处理  

　　在高喷防渗板墙的施工中，有个别孔发生了漏浆现象，说明大坝基础存在集中渗流区，对水库大坝的稳定十分不利。因此发生漏浆时，应视严重程度采取停止提升或放慢提升速度的办法，让漏浆地层充分灌满水泥浆，从而达到灌浆的目的。施工地层为强透水层，施工过程中孔内严重漏浆，可采取以下措施进行处理：降低喷射管的提升速度或停止提升；在进浆浆液中掺加速凝剂；向孔内充填沙等堵漏材料；采用间歇灌浆法；加大进浆浆液比重。  

    3.2  孤石处理  

　　高喷过程中，根据钻孔记录，在喷至孤石深度时，采取上、下50cm加大摆角、放慢提升速度的办法，这样水泥浆就会尽可能地绕过孤石，充分将孤石用水泥浆包住，从而达到板墙充分连接的目的。  

    3.3  事故停喷  

　　采取复喷的办法，即：如果停喷时间短，就将喷管下至原来停喷时高程以下50 cm，然后继续喷孔。如果停喷时间过长，则重新扫孔至停喷时高程以下50 cm，然后继续喷孔。  

    3.4  返浆不正常的处理办法  

　　在设备及施工参数均正常的情况下，孔口返浆不正常主要有两种原因，一是地层漏浆，二是相邻孔串浆。施工时对于孔口返浆不正常的孔段根据实际情况应采取不同措施进行处理：第一，孔口不返浆时停提静喷；降低水压，但浆压、风压、进浆量不变，可孔口加砂或掺加速凝剂；可提动喷管5 cm以防止卡管。上述措施返浆后，将水压及其他参数调整正常再进行提升。第二，有返浆但不正常的孔段，采取间歇提升的方法，待返浆正常后正常喷射。第三，本孔不返浆，而邻孔返浆时，各参数不变，正常提升。第四，针对有些含砂量很少的卵砾石层，也可采用在套管中事先灌注黏土砂浆的方法以解决地层的漏浆问题。  

    4  结语  

　　针对高压灌浆工程施工的原理、特点与常见的问题，笔者认为，做好高压灌浆工程，要从以下几点抓起：第一，针对不同的工程，不同的地层，施工中严格根据设计提供参数以及开工后的现场试验，对各个参数进行具体调整，以便使工程施工更加彻底，更加完善；第二，施工中严格注意各关键部位，做到早发现，早处理，早防治；第三，施工中加强对各控制点的管理与控制，做到有的放矢。总之要不断改进施工技术，确保工程质量。