简述水利水电工程施工技术

【摘要】针对水利水电工程基础常用防渗技术之一——高压喷射灌浆施工技术，在明确技术原理基础上，结合贵州水库工程实例，对技术工艺方法及应用要点进行分析，最后得出基础工后渗透系数、防渗体状态均满足设计要求，技术有较高推广使用价值的结论。

【关键词】水利水电工程；高压喷射灌浆施工技术；技术应用

为提高水工建筑物的防渗水平，找出一种经济合理且技术可行的防渗措施，在我国的水利工程领域，必须做好基础防渗工作。如果基础的土质条件较差，且具有很强的渗透性，则受到水流作用，会使基础受到严重的危害。结合贵州水库工程实际情况，对高压喷射灌浆施工技术的具体应用进行分析，以探明该技术应用方法和要点，验证技术具有的作用。

1高压喷射灌浆技术原理

1.1冲切掺搅。该技术依靠高压射流形成剧烈的搅动与冲击切割，促使浆液在有效的射流作用区间内进行快速扩散，填满周边土层中存在的空隙，从而与土石颗粒混合与搅拌，在浆液完成硬化之后产生综合性凝结体，以此彻底改变原有的地层组成与结构，起到增大承载能力与防止渗漏的作用。由高压喷浆形成的综合性凝结体实质上是由多种外部因素共同作用产生的结果，对高压射流而言，其有效作用区间的大小主要和能量（E）有关，可用下列公式表达：E=（PQ）/（100v）（1）式（1）中：E表示形成射柱所需的机械能量，单位：MJ/m；P表示灌浆压力，单位：MPa；Q表示单位时间喷浆量，单位：L/min；v表示喷浆管（口）提升速度，单位：cm/min。随着E值的不断增大，射柱直径明显变大，通常情况下以50~70cm为宜，需根据现场试验结果选定最佳的射柱直径，即E值的大小[1]。1.2升扬与转换。在喷射施工过程中，浆液和水、气同时喷出，通过对空气的压缩，不仅可以在浆液外部形成气层，还能增强射流穿透能力，进而使其更有效的破碎地层，并产生与升扬相似的作用。在这种作用下，由射流不断冲击和切削形成的细粒、碎屑，都会从环状的间隙中被送出孔外，所有空余部分均由浆液填满，以此起到转换的作用。1.3挤压和渗透。高压喷射柱的强度在射流距离不断增加的情况下会很快衰减，一直到射流的末尾段，尽管无法再对地层进行冲切，但仍然可以发挥出挤压地层的作用。与此同时，喷射作业完成后，继续保持静压灌浆，可对周边的土体进行渗透，在提高土体和凝结体之间结合密实性的同时，于凝结体的外部形成凝结层，从而进一步提高防渗能力[2]。1.4位移握裹。因喷射的能力巨大，且存在升扬与转换等作用，所以在对块石周围孔隙进行有效充填的同时，使较小的块石形成握裹。在喷射至块石密集层时，应适当降低提升的速度，并增大能量。由于受到强冲击与强振动，块石会发生松动与位移，使浆液可以在松动与位移后形成的空隙中不断渗入。基于高压喷射灌浆所具有的挤压作用、渗透作用以及余压作用，可使块石与土体握裹凝结，形成密实且连续的综合凝结体。

2高压喷射灌浆凝结体基本性能与结构布置形式

2.1基本性能。当水工建筑物的基础利用高压喷射灌浆技术进行防渗技术时，其形成的凝结体必须具有足够的稳定性与防渗性，而并没有对凝结体的抗压强度提出较高的要求。对凝结体而言，其防渗能力和以下因素有关：地层组分、工艺方法、材料性质与颗粒级配。试验表明，由高压喷射灌浆所产生的综合凝结体外形并不规则，但是可以和地层之间紧密结合，此外由于综合凝结体作用范围内除浆皮层以外，还有在渗透作用下形成的凝结层，所以可提供一种复合式的防渗机理，以此在原有基础上进一步提升防渗能力[3]。2.2结构布置形式。为使防渗墙具有良好的整体性与连续性，需要使每一个灌浆孔形成的综合凝结体在其有效作用区间内进行可靠和牢固的连接。为了切实满足这一要求，必须注重灌浆孔间距确定与结构布置形式选择。通过试验可知，由高压喷射灌浆产生的综合凝结体，其形状主要取决于射流形式，常用的射流形式有三种，分别为定喷、旋喷与摆喷。将形成连续且稳定的综合凝结体为基本目标，可采用柱摆式结构布置形式、定喷折线结构布置形式或摆喷对接结构布置形式。

3高压喷射灌浆施工

3.1施工材料。在利用三管法进行施工时，通常使用纯水泥浆、52.5硅酸盐水泥。考虑到利用三管法进行施工时，首先进行高压喷水和喷气，然后在进行压力灌浆，之前喷入到孔中的浆液容易被稀释，因此所用浆液应尽量为浓浆，即将水灰比控制在1：1以内。3.2机具设备。高压喷射灌浆可划分为三种施工方法，即按照灌浆管数量进行分类：单、双、三管法。其中，三管法应用较为普遍，其机具设备包括地质钻机、台车与泥浆泵等。3.3工艺方法及施工要点。3.3.1造孔。造孔时必须充分考虑充填与堵漏，确保孔中的浆液可以顺畅循环，正常返出孔外，直到终孔。在钻进的同时进行套管，保证钻机钻杆始终处于垂直状态，要求孔斜率不得大于1%。3.3.2设置喷射杆杆。采用泥浆进行固壁的钻孔可直接设置喷射杆，对于钻进与下管同时进行的钻孔，通常分为以下两种情况：①在进行拔管之前向管中注入塑性、高密度泥浆，泥浆与上管口持平后开始拔管，在拔管的同时继续进行注浆，确保浆液的表面和管口始终保持齐平，直到完全拔出套管，随后即可在孔中设置喷射杆。②在套管中先下入PVC管，以此保护套管的内壁，然后拔出套管并设置喷射杆[4]。3.3.3灌浆施工。施工过程中采用的技术参数主要和高压喷射方式有关，而且不同灌浆压力对提升速度有不同要求。在各类地层当中，如果施工方法相同，则压力不会有太大的变化，所以提升速度是决定施工质量的重要因素。通常条件下，在选定最佳提升速度时，应重点考虑以下问题：（1）不同地层对应各自最佳提升速度，如可加快砂层当中的提升速度，减慢砾石层与砂卵石层中的提升速度等；（2）不同分序对应各自最佳提升速度，相比先序孔，后序孔的提升速度一般较快；（3）在施工过程中如果发现返浆量有明显的减少趋势，则需对提升速度进行减慢。3.3.4墙体位置选择。按设计要求对场地进行预处理，场地中与地下都不能存在障碍物和杂物，对部分不稳定或有一定引发整机翻倒危险的地段，应格外加强防范，在处理好的平整场地上进行墙体中心线测放。3.3.5喷墙管理。严格控制掘进速度、灌浆压力及提升速度，且送气量的确定一般以浆液出现类似沸腾状时为宜。施工中避免浆液离析与断浆，确保墙体的连续性和均匀性，不得存在夹心层，如果由于管道堵塞或机械故障而停止灌浆，应立即维修[5]。

4案例分析

贵州某水库工程基础采用高压喷射灌浆技术进行防渗处理，施工方法为三管法，防渗体总长380m，地层主要为粉细砂，柱摆式凝结体布置形式（图1），防渗体纵深15m，厚度均值在50cm左右，灌浆孔间距2m。由灌浆管、气管与水管构成综合喷射杆，杆底端安装喷嘴（喷浆嘴在喷水、喷气嘴以下），喷射过程中，伴随杆不断旋转与上升，借助高压水流与气流对土层进行冲击，使其松散，然后低压注浆进行混合搅拌，自然硬化之后即可形成综合凝结体。采用该方法的施工质量满足工程设计要求，且成本低、速度快，可对原土体进行充分利用，实现了就地取材的目标，有着极高的机械化程度。经现场检测可知，高压喷射灌浆施工后，承载力与密实度均明显增大，布设围井之后开展注水试验（共两处），其渗透系数均在标准要求的1.0×10-5cm/s以内（2.44×10-8cm/s与2.32×10-8cm/s），说明该方法防渗作用突出；在此基础上又进行了现场开挖试验，试验发现墙体的连续性、厚度以及均匀性都可满足要求。相比以往的混凝土防渗墙，该工程可有效降低成本，在减少开挖、方便施工、减少占地等方面有显著优势。

5结束语

高压喷射灌浆凭借其强大的冲切掺搅、升扬、转换、挤压、渗透及位移握裹作用，可使原土层与浆液形成综合凝结体，提高基础防渗能力。本工程高压喷射灌浆防渗施工顺利完成，经检验，施工后渗透系数、防渗体状态等都满足原设计要求，且大幅降低了成本，缩短工期，发挥出良好的经济效益与社会效益。

作者:姚图 石丹 单位:贵州恒河生态水利建设集团有限公司

参考文献

[1]索超.水利水电工程中高压喷射灌浆施工技术探析[J].科技创新与应用，2014（32）：218.

[2]吴国翰.水利水电施工中的高压喷射灌浆技术[J].农业科技与信息，2015（14）：108~109.

[3]马新余.水利水电施工中的高压喷射灌浆技术探讨[J].建材与装饰，2016（32）：267~268.

[4]武力.高压喷射灌浆施工技术在水利水电工程施工中的应用[J].中国新技术新产品，2016（22）：122.

[5]张树山.水利水电施工中的高压喷射灌浆施工探析[J].民营科技，2014（02）：186.