高喷防渗技术在水利工程技术中的应用

水利工程一般为重大的基础性民生工程，运行周期一般为几百年，一旦渗漏将会给施工单位带来重大损失，整体渗漏，将对附近居民造成严重的生命财产损失。所以必须做到有效地防渗措施。高喷防渗是以高压设备使浆液或水成为20～40MPa左右的高压流从喷嘴中喷出来、通过冲击强烈切割和强烈忧动，使浆液在射流注入区范围内扩散，充填裂缝、土层、渗漏及危险区等，并与周围的物质掺混搅合在一起，在一定时间内硬化成凝结体与周围物质牢固结合在一起，从而达到施工的目的。根据固结体形状和喷射移动方向有关，一般分旋转喷射（简称旋喷）、摆动喷射（简称摆喷）和定向喷射（简称定喷）三种形式。是当前垂直防渗中常用的方式，其优点在于可以高空、深水和远距离作业。在水利工程中如有蓄水不需要把水库中水放空，受水深及自然条件影响较小。

一、高压喷射注浆的原理及基本种类

高压水喷射流是通过高压设备获得巨大能量后从一定形状的喷嘴，用一种特定的流体运动方式，以很高的速度连续喷射出来的、能量高度集中的一股液流。高压喷射流的能量和切割能力（破坏力）与高压水的流量、喷嘴出口面积、喷嘴入口压力、水（浆）的密度等有关。

当前，高压喷射注浆法的基本种类有单管法、二重管法、三重管法，具体应用选择，单管法在水利工程中基本不用。二重、三重可根据要求和土质条件选用。二重管法是使用双通道的二重注浆管。当双重管钻进到预定深度后，通过在注浆管底部侧面的一个同轴双重喷嘴，同时喷射除高压浆液和压缩空气两种介质的喷射流冲出破坏土体，在高压浆液流和它外圈环绕气流的共同作用下，破坏土体的能量显著增大形成固结体的直径明显增加。此法在水利工程中主要用于海堤和防洪堤，水库坝体防渗墙使用较少；三重管法：是使用分别输送水、气、浆三种介质的三重注浆管。在高压水喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大空隙，再另由注入压力0.1～1.0MPa的浆液填充，其固结体直径较大。（日本称CJPI法）。三重管法是目前国内常用的施工方法之一，在水利工程中使用较普遍，特别在水库坝体防渗施工中技术比较成熟，使用比较广泛。

二、高压喷射固化过程

高压喷射所采用的硬化剂主要是水泥。喷射固结体是一种特殊的水泥——土网络结构。在高压喷射搅拌过程中，水泥和土被混合在一起，土颗粒间被水泥浆所填满，水泥水化后在土颗粒的周围形成了各种水化物结晶，随着土体的不断被挤密，形成了一种特殊水泥土结构。在水泥胶质体凝固的作用下，固结体的强度将不断提高，具有很高耐久性，可以用在永久工程。

固结体的形状可以通过喷射参数来控制大致可喷呈圆柱状、板墙状及扇形状。三种基本形状，还有其他的形状（可根据工程需要控制），由于地层情况、喷射流脉动和提升速度等因素不均匀，固结体的周围很粗糙，呈不规则脉动，与混凝土块比较轻很多。固结体有一层较致密的硬壳，具有较好的防渗性能。

三、高喷防渗施工设备

高压喷射灌浆的设备主要包括高喷台车、高压水（浆）泵、成孔钻机、泥浆泵、空压机、泥浆搅拌机、喷射管、高压管等。

钻机一般采用回转钻机，钻孔直径φ130～φ150mm，液压100型。泥浆泵因浆液颗粒作用很容易磨损造成吸入和排出的浆液不稳定，要定期进行保养和维修。目前使用最多BW150型泥浆泵，动力7.5kw。

喷射系统是高喷灌浆的中心工作系统，非常关键，一般用16-18米垂直高架台，卷扬机、旋摆机、喷射管、喷嘴组成。喷射管上下移动是通过卷扬机实现，喷射管要实现上下无级调速移动，以旋、摆、定三种喷射形式工作。高压喷灌使用压力一般在35～40MPa，流量70～80 L/min，目前一般使用S2系列高压泵（聚能）动力75kw，流量>80L压力53MPa。。高压压力一般为35～40MPa，流量70～80 L/min，高压管采用多层钢丝缠绕胶管，工作压力60～80MPa。

四、施工方法及注意事項

1、熟悉高喷工程的设计文件和图纸及有关资料、要求、并编写施工组织设计。

2、根据施工平面图要求安装、调试好进场设备，开挖施工槽、排水沟、泥浆沉淀池，复核高喷墙轴线的桩粒和标高。

3、进行高喷试验，确定正式的技术参数，进行施工。高压喷射灌浆的施工工艺流程：

浆液一般由水泥联合制机拌制。严格根据设计要求及高喷灌浆对浆液的要求配比水和水泥用量。普通搅拌机搅拌不小于90s，高速搅拌机应不小于30s，保证浆液拌制的均匀。并在一定时间内使用，超过时间使用前要重新搅拌，防止水泥浆液析水沉淀。水泥浆液从制备至用完的时间不应超过4小时。

钻孔施工顺序应根据灌浆设计要求和现场施工方便的原则进行安排，高喷灌浆要求一般分Ⅰ和Ⅱ两道施工工序，当筑坝地质比较松散时，Ⅰ、Ⅱ序施工相隔孔过近，在高喷灌浆容易出现串孔串浆、塌孔等现象；若钻孔过近，孔中的水和泥浆将渗透整个钻孔周围，坝体土层形成饱和状态，加上高喷注入大量水分，坝体可能会出现沉降现象，出现坝体裂缝，所以必须根据现场工况情况，合理安排施工。钻孔时有时会出现螺旋孔现象，表现为孔壁不完整垂直；缩孔现象，有些地层土层为膨胀土，遇水产生后使孔径变小，沉淀物过多等，当出现这些情况时，钻孔是达不到按设计要求置入喷射管的条件的，必须进行重新扫孔处理。

高喷灌浆方法有土石坝坝体、坝基防渗处理中灌浆方法主要有均质土坝及宽心墙坝的坝体劈裂灌浆、高压喷射灌浆、坝基卵砾石层防渗帷幕灌浆等。工程具体用哪一种要根据具体情况和试验结果分析。灌浆过程中，有时会出现各参数突降或骤增，孔口回浆异常等情况，一旦出现要认真对待，仔细分析。

①当孔内不冒浆或断续冒浆时，有两种可能：一是土质松散，可采取适当复喷；二是附近有空洞、通道等，可采取不提升注浆管继续灌浆或拔出注浆管待孔内浆液凝固后适当灌浆；

②若大量冒浆，压力稍有下降，便有大量的水或浆涌出，应拔出注浆管检查是否被击穿或孔洞，

③在高压泵和注浆泵的吸水管和泥浆储备箱中适当设置过滤网喷嘴或管路被堵塞，一般被堵压力会骤然上升。

④流量或压力突然下降或排量达不到要求，要考虑存在泄露现象，要对灌浆一些部件进行检查。

五 、如何提高施工质量

1、 严格施工程序

施工人员要严格按照设计要求，施工程序和施工工艺都必须安设计图纸进行。要对设计图纸、设计说明书、施工技术要求，详细了解，对出现修订的内容要及时通知。做好施工各个环节的数据记录，规范质量检查，单元工程验收资料，制订有效的防范重大质量事故发生和补救计划。我国在高喷注浆防渗技术上，近几年通过不同规模的水工建筑积累了丰富的经验，已形成标准，所以规范要求是强制性条文，必须严格执行，才能确保工程质量。

2、进行严谨、真实的现场喷射试验

喷射试验是高喷进行各种参数设定的重要依据，对工程质量有重大影响。试验要科学地选择有代表性的地层进行高喷注浆现场试验。要采用群孔进行，以确定高喷灌浆的方法及其适用性，寻找最佳有效喷射范围、施工参数、浆液性能要求适宜的孔距排距、墙体防渗性能等，确保施工质量。

3、严格控制各施工参数

喷射布设装备时，要根据设计要求，布设防渗刺墙，墙高要符合设计标准，墙厚要与设计一致。根据多年的经验，子距L一般为2.0m，有效半径达1.8m，摆角一般为15°。提升速度一般为10cm/min.喷嘴型号为2mm，气嘴7mm，水压为29.4～34.3MPa，空气压735kPa.高喷灌浆是高喷防渗施工中一道非常重要的工序，是一项多种介质同步作用的整体性施工。涉及参数较多，在喷射灌浆中，各个参数的科学正确设计，是要保证施工质量的重要一环，一旦某一项参数发生变化有可能影响或导致固结体防渗墙的质量。有的隐患一年半载就能表现出来，有的可能十几年后出现。

4、注意各施工细节，杜绝或减少施工事故发生

高喷灌浆工艺细节比较多，每个细节都很容易导致施工质量，在施工中不要忽略一些施工细节。一般来说质量问题都出现在施工事故当中，堵绝和减少施工事故发生就是保证施工的质量。

六、结语

高压喷射是水利工程因为开挖量小，占地少，设备少 、效率高、对周围环境破坏少等特点，近几年在海堤、防洪堤及水庫坝体防渗施工中得到广泛的应用，但是因具有钻孔难度大、压力控制系统密封件易损、灌浆液参数设计难以配比、环境恶劣等等因素，给高喷防渗水利施工的质量控制带了一定的难度，作为施工技术人员，一定要熟悉施工工艺过程，控制好关键环节的质量，做好整个工程全过程的管理，保证施工质量。

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作者简介：关焕梅（1969—）女 籍贯：山西省临汾市襄汾县曹家庄乡北焦彭村，学历：本科，单位：临汾市水利机械工程局，职称：工程师，研究方向：主要从事水利水电工程施工