高壓擺噴灌漿是一種采用高壓水或高壓漿液形成高速噴射流，沖擊、切割、破碎地層土體,并以水泥為基質(zhì)漿液充填、摻混于其中，使其形成較厚的板墻狀的凝結(jié)體,用以提高地基防滲能力或承載能力的施工技術(shù)。高壓擺噴灌漿具有工效較高、設(shè)備簡(jiǎn)單、造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn),尤其是在工期緊、施工干擾大的情況下,具有不需開(kāi)挖的優(yōu)勢(shì),為處理堤壩基礎(chǔ)防滲提供了一個(gè)新的途徑。
1、工程概況
承德雙岔河水庫(kù)大壩為均質(zhì)土壩，左右壩肩上部存在砂層及泥質(zhì)砂層，其等透水和弱透水的特性導(dǎo)致了壩體出現(xiàn)滲漏。由于左壩肩砂層分布厚度較大，故繞壩滲漏在左壩肩處尤為嚴(yán)重。此次除險(xiǎn)加固的一項(xiàng)主要任務(wù)，就是采用高壓擺噴灌漿技術(shù)對(duì)大壩進(jìn)行防滲處理。
本工程所采用的噴灌方法為三管法噴射成墻施工。防滲墻長(zhǎng)380m, 在主壩上游坡3.8m平臺(tái)處進(jìn)行高壓擺噴灌漿。設(shè)計(jì)灌漿孔平行于壩軸線單排布置。該壩體主要為粉細(xì)砂及泥質(zhì)砂層,采用凝結(jié)體的結(jié)構(gòu)布置形式為柱擺式,成墻深度為10--25m,墻厚平均為50cm，孔距1.2m。噴射中心有直徑20-30cm的圓柱體。根據(jù)單樁及多樁搭接試驗(yàn)和圍井試驗(yàn)成果,采用擺噴折接形式,擺角30°,擺噴中心線與板墻中心軸線的夾角為15°;噴射孔采用間隔性Ⅰ序孔、Ⅱ序孔相間，為使防滲墻與基巖良好結(jié)合,灌漿深度控制在壩基弱風(fēng)化層以下1.0 m。
2、高壓擺噴灌漿機(jī)理
高壓擺噴灌漿是置換灌漿,即利用置于鉆孔中的噴射管,通過(guò)高壓水、氣、漿同軸噴射,在提升過(guò)程中,高壓水、氣、漿噴射流使土體沖切,經(jīng)高壓水、氣、漿的攪拌作用成為泥漿;同時(shí),由下而上灌注純水泥漿或水泥砂漿,使泥漿升揚(yáng)置換到地面,形成滲透系數(shù)小、具有一定強(qiáng)度的凝結(jié)體,達(dá)到壩體防滲和提高地基承載力的作用。從理論和工程實(shí)踐分析,高噴灌漿的作用機(jī)理主要有以下幾個(gè)方面:
2.1沖切摻攪作用
噴射流能量直接對(duì)土體產(chǎn)生沖切作用,造成土體結(jié)構(gòu)破壞,并使?jié){液與被沖切下來(lái)的土體顆粒摻攪。
　2.2升揚(yáng)置換作用
噴射流在沖切過(guò)程中能攜帶被沖切下來(lái)的土體顆粒沿空隙內(nèi)升揚(yáng)到孔口,這樣土體部分顆粒被升揚(yáng)置換出地面。同時(shí)漿液灌入地層,使地層成分產(chǎn)生變化。
　2.3充填擠壓作用
射流束末端,能量衰減,雖不能沖切土體,但對(duì)土體產(chǎn)生擠壓力,同時(shí)噴射結(jié)束后,靜壓灌漿作用仍在進(jìn)行,對(duì)周圍土體和漿液不斷產(chǎn)生擠壓作用,促使凝結(jié)體與周圍土體結(jié)合更為緊密。
　2.4滲透凝結(jié)作用
噴射灌漿除在沖切范圍內(nèi)形成凝結(jié)體外,還可以向沖切范圍外的土體產(chǎn)生漿液滲透作用,形成滲透凝結(jié)層。
　3、施工過(guò)程
3.1主要施工設(shè)備
地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)、液壓鉆機(jī)，泥漿泵，高壓清水泵，空壓機(jī)，高壓擺噴灌漿臺(tái)車，灰漿攪拌機(jī)。
3.2施工準(zhǔn)備工作
灌漿施工前需在設(shè)計(jì)灌漿部位先布設(shè)先導(dǎo)孔。本工程沿設(shè)計(jì)灌漿軸線每50m布置一個(gè)先導(dǎo)孔。利用鉆孔采取芯樣，了解各壩段土質(zhì)類別、地層變化及分部深度、滲漏程度、基巖深度等情況。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)采取合理的工藝參數(shù)。提升速度和旋轉(zhuǎn)速度是噴射流相對(duì)性移動(dòng)的速度，它是決定噴射流沖擊切割土層時(shí)間長(zhǎng)短的兩個(gè)主要因素，因此提升速度和旋轉(zhuǎn)速度的相互配合是至關(guān)重要的。旋噴或擺噴時(shí)，提升速度過(guò)慢影響工效，增加耗漿量；旋轉(zhuǎn)速度過(guò)快樁徑太小，影響施工質(zhì)量。一般控制在每旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，提升0.5～1.25cm，這樣可使土體充分沖切，且破壞土顆粒較為均勻利于和漿液摻攪。
3.3施工工藝流程
施工工藝流程主要有：鉆機(jī)定位→鉆孔→制漿→下噴射管→供壓縮空氣、高壓水、水泥漿→擺動(dòng)、提升→噴射完成→孔內(nèi)靜壓充填灌漿→高壓擺噴灌漿完成→移機(jī)。
3.3.1.制漿
本工程漿液為純水泥漿，采用普通硅酸鹽325水泥，配置成比重為1.6-1.7的水泥漿。水泥漿攪拌分兩級(jí)進(jìn)行,初級(jí)攪拌桶攪拌水泥漿液后,經(jīng)篩網(wǎng)過(guò)濾放入二級(jí)攪拌桶進(jìn)行攪拌。水泥漿液攪拌時(shí)間應(yīng)大于90 s。當(dāng)環(huán)境溫度≤10℃時(shí)，漿液存儲(chǔ)時(shí)間≤5h；當(dāng)環(huán)境溫度>10℃時(shí)，存儲(chǔ)時(shí)間≤3h。
3.3.2.鉆孔
采用回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆機(jī)成孔，φ110mm硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn)。首先把鉆機(jī)對(duì)準(zhǔn)孔位，用水平尺掌握機(jī)身水平，墊穩(wěn)、墊平機(jī)架，控制孔位偏差≤1～2cm。鉆孔深度應(yīng)深入基巖或相對(duì)不透水層0.5-1.0m，且超設(shè)計(jì)孔深0.3m后停止鉆進(jìn)，單孔鉆孔任務(wù)結(jié)束。鉆孔嚴(yán)格控制孔斜，以保證兩孔間所形成的防滲凝結(jié)體結(jié)合，不留孔隙。每鉆進(jìn)3～5m，用測(cè)斜儀量測(cè)1次，發(fā)現(xiàn)孔斜率超過(guò)規(guī)定應(yīng)隨時(shí)糾正。
3.3.3.下噴射管
噴射管下入前，先送水、氣進(jìn)行試噴1min左右，把各噴射參數(shù)調(diào)至符合要求的參數(shù)。試噴正常后，為了避免噴嘴堵塞用膠布包扎噴嘴，將注漿管下到預(yù)定孔深，下管時(shí)采取低壓送水、氣、漿方法，防止噴嘴的堵塞。
3.3.4.擺噴灌漿
造孔完畢，經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后，即可將高噴臺(tái)車就位，
調(diào)整擺噴角度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，當(dāng)噴射管下到設(shè)計(jì)深度時(shí)，先按規(guī)定參數(shù)送水、氣、漿進(jìn)行靜噴，靜噴3min待漿液返出孔口，開(kāi)始向孔內(nèi)輸送高壓水、氣、漿，到水壓和風(fēng)壓升至設(shè)計(jì)規(guī)定值時(shí)，試噴2一3min，到孔口返漿正常后，噴射管方可按設(shè)計(jì)參數(shù)搖擺提升，進(jìn)行由下而上的高壓灌漿作業(yè)。噴射時(shí)采用間歇提升法，每提升30cm，停5min。
擺噴灌漿開(kāi)始后，值班技術(shù)人員必須時(shí)刻注意檢查注漿的流量、氣量、壓力以及旋、擺、提升速度等參數(shù)是否符合要求，如實(shí)記錄高噴灌漿的各項(xiàng)參數(shù)、漿液材料用量、異常現(xiàn)象及處理情況等。1
3.3.5. 回填封孔及清洗管路
高噴灌漿至設(shè)計(jì)頂部高程后，噴頭提出孔口，繼續(xù)向孔內(nèi)注入水泥漿，保證孔內(nèi)漿面高度，保持孔內(nèi)漿注壓力，隨沉隨補(bǔ)，直到孔口漿液不再下沉為止，把高噴臺(tái)車移至下一孔位處作業(yè)。每孔噴灌完畢停工時(shí)都要及時(shí)清洗管路，特別是對(duì)漿液系統(tǒng)的清洗，保證無(wú)殘留的水泥漿堵塞管路。
4、施工中特殊情況的處理
4.1漏漿處理
高噴時(shí)孔口返漿是確保板墻質(zhì)量的重要措施之一，如地層漏漿過(guò)大，出現(xiàn)不返漿時(shí)應(yīng)立即停止噴漿，采取下列措施：靜噴，不提升噴射管，待孔口恢復(fù)返漿后，再繼續(xù)進(jìn)行提升噴灌；降低注漿壓力、增大返漿濃度和注漿量。恢復(fù)返漿后，將漿壓調(diào)至規(guī)定值再進(jìn)行高噴；降低提升速度，上下重復(fù)噴灌；對(duì)于漏漿嚴(yán)重地段，可向孔內(nèi)回填砂土或其它顆粒材料進(jìn)行堵漏，同時(shí)加大水泥漿比重和摻加速凝劑。
4.2中斷噴漿的處理
高噴灌漿應(yīng)全孔作業(yè),當(dāng)拆卸噴射管或突然停電、高壓泵壓力不夠、供漿量不足等原因，會(huì)造成注漿中斷。為保證防滲墻的連續(xù)性和可靠性，當(dāng)恢復(fù)噴漿時(shí)，必須復(fù)噴0.5m。間隔時(shí)間小于2 h時(shí),將噴桿下插0.5m;若間隔時(shí)間大于2 h,則需重新鉆孔進(jìn)至頂噴高程以下1.0 m,洗孔后靜噴5 min,并將噴桿下插0.5m進(jìn)行復(fù)噴。
4.3不正常返漿的處理
返漿量不正常時(shí)，應(yīng)及時(shí)查明原因，采取措施處理。若地層中有較大空隙而不返漿，可在漿液中加入適量的速凝劑，縮短固結(jié)時(shí)間，使?jié){液在一定時(shí)間內(nèi)凝固，也可增大注漿量。如果返漿量過(guò)大，說(shuō)明有效噴射范圍與注漿量不相適應(yīng)，可采取提高噴射壓力或減少注漿量、適當(dāng)縮小噴嘴孔徑、加快提升和擺動(dòng)速度等措施。
5、質(zhì)量檢測(cè)措施
高壓擺噴灌漿工程是用于防滲加固為目的的隱蔽性工程，其施工質(zhì)量的好壞，一般不易直接觀察，必須采取必要的方法和手段進(jìn)行檢查。本工程的墻體連接形式為擺噴折接，宜采用圍井檢查法。依據(jù)《水利水電高壓擺噴灌漿技術(shù)規(guī)范》（DL/T5200-2004）的要求，灌漿結(jié)束后，分別在壩左右岸坡處及主壩段等地層結(jié)構(gòu)滲漏嚴(yán)重的不同部位，布置了圍井檢測(cè)，分別在圍井中心鉆孔進(jìn)行了注水試驗(yàn)。通過(guò)注水檢驗(yàn)，滲透系數(shù)均達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求。原壩體滲漏處未見(jiàn)管涌滲流等現(xiàn)象，防滲效果良好。
6、結(jié)語(yǔ)
高壓擺噴灌漿技術(shù)作為一種新型的施工技術(shù)，施工速度快、質(zhì)量可靠,具有較好的可灌性、可控性,比較經(jīng)濟(jì),在水利工程防滲中應(yīng)用的前景很好，在施工過(guò)程中嚴(yán)格按照設(shè)定好的技術(shù)參數(shù)和相關(guān)規(guī)范規(guī)程要求施工，避免人為或其它因素的破壞而產(chǎn)生缺陷影響防滲效果，就能夠保證施工質(zhì)量。