高燕芳

（山西省水利水電工程建設(shè)監(jiān)理公司 山西太原030002）

在水利水電工程建設(shè)中，高壓噴射防滲墻多用于大壩基礎(chǔ)防滲，但對(duì)于礫石含量較多且礫徑較大的軟基，采用混凝土灌注樁，工期長(zhǎng)、投資多；采用振沖樁，由于礫徑太大無法施工；采用水泥黏土固結(jié)灌漿，其承載力不能滿足要求；如果軟基層較厚，換基方法也不可取；因此，對(duì)于礫石含量較多且礫徑較大的軟基，高壓旋噴樁是提高壩基承載力最有效的方法。由于壩基承載力直接關(guān)系到大壩的穩(wěn)定，其關(guān)鍵工序的質(zhì)量控制方法是工程技術(shù)人員需要探討、研究的重要課題。

1 工法的選擇

高噴灌漿工法包括單管法、雙管法、三管法。大多數(shù)人認(rèn)為，三管法是在單管法和雙管法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，水、氣、漿三種介質(zhì)分別使用三種管輸送，高壓旋噴樁使用三管法破壞土體的能量大，固結(jié)體直徑大，旋噴樁的承載力效果最好。但是，對(duì)于有動(dòng)水的河床地層，地下水滲流速度快，三管法容易造成漿液流失，形不成完整密實(shí)的旋噴樁凝結(jié)體。另外，在淤泥地層，其含水率高于液限，承載力很低，高速水流無法切出相對(duì)穩(wěn)定的溝槽，低壓水泥漿液不會(huì)被高速氣水流卷吸到被切割的淤泥地層，用三管法的效果遠(yuǎn)不如雙管法的效果好。高壓旋噴樁工法的選擇，不僅要考慮工程的設(shè)計(jì)要求，也應(yīng)考慮工程地質(zhì)、施工部位、地下水活動(dòng)等情況。

2 高噴試驗(yàn)

由于工程所處位置不同，工程地質(zhì)、地下水活動(dòng)情況也不同，在不同情況下高噴形成的旋噴樁有效直徑也不同，所以，高壓噴射灌漿機(jī)的噴射壓力、噴射流量、提升速度、高噴孔間距等施工參數(shù)都應(yīng)根據(jù)高噴試驗(yàn)進(jìn)行確定。如施工參數(shù)定得保守，則浪費(fèi)工程投資，使工期滯后；反之，則會(huì)出現(xiàn)旋噴樁直徑偏小，不能滿足大壩承載力的要求。因此，選擇有代表性的地層進(jìn)行高噴灌漿現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是必要的。

高噴灌漿試驗(yàn)內(nèi)容較多，試驗(yàn)項(xiàng)目需要有重點(diǎn)。對(duì)于礫石含量較多且礫徑較大的軟基，其目的主要是提高地基承載力，所以一定要做高壓旋噴樁體的強(qiáng)度試驗(yàn)、單樁或群樁的復(fù)合地基載荷試驗(yàn)。

3 噴嘴直徑

3.1 高壓水噴嘴直徑

三管法是用0.6～0.8 MPa的噴射氣流，包裹著35～40 MPa的高壓水噴射流，同軸噴射沖切土體，形成較大空隙，再由水泥漿液填充。當(dāng)高壓噴射灌漿參數(shù)一定時(shí)，高噴灌漿凝結(jié)體的尺寸與噴嘴的直徑和質(zhì)量有密切關(guān)系，相同質(zhì)量的噴嘴直徑越大，噴射出的流量越大，產(chǎn)生的能量越大，切割土體的范圍大，所形成的凝結(jié)尺寸也越大。適當(dāng)增加噴嘴直徑，旋噴樁徑會(huì)明顯增加?！端娝こ谈邏簢娚涔酀{技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5200—2004）中要求，水的噴嘴直徑應(yīng)為1.7～1.9 mm。如噴嘴直徑?jīng)]有達(dá)到1.7 mm，高壓氣水噴射流切割土體的能量大大減弱，旋噴樁的直徑減小，其承載力不能滿足設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員應(yīng)在地面試噴前，首先檢查噴嘴的直徑。

3.2 水泥漿噴嘴直徑

雙管法是注漿管插入預(yù)定深度后，用低壓空氣和高壓漿液形成同軸噴射流，沖切破壞土體，噴射出的流量越大，產(chǎn)生的能量越大，切割土體的范圍越大，所形成的凝結(jié)尺寸也越大。如前一次施工后沒有及時(shí)清洗噴嘴，噴嘴內(nèi)壁粘有凝結(jié)固化的水泥漿，使噴嘴的有效直徑減小，導(dǎo)致高壓氣漿噴射流切割土體的能量大大減弱，甚至形不成旋噴凝結(jié)體。規(guī)范中要求，水泥漿的噴嘴直徑為2.0～3.2 mm。

三管法沖切土體是用高壓氣水射流，要保證水泥漿液充分填充空隙，其噴嘴直徑也不能太小，規(guī)范中要求，水泥漿的噴嘴直徑為6～12 mm。

3.3 噴嘴直徑的檢查

對(duì)于單管法、雙管法、三管法成樁的機(jī)理不同，其空氣、高壓水、水泥漿的噴嘴直徑也不同。在地面試噴前，首先要明確工法及噴嘴直徑。規(guī)范中推薦的噴嘴直徑見表1。

表1 規(guī)范推薦的噴嘴直徑

4 噴射管旋轉(zhuǎn)速度

高壓噴射灌漿試驗(yàn)表明，提高或減慢噴射管旋轉(zhuǎn)速度，會(huì)使高噴射流的切割距離變短，從而達(dá)不到旋噴樁的設(shè)計(jì)直徑，其轉(zhuǎn)速應(yīng)在0.8～1.0 r/min。

5 提升速度

噴射管提升速度的快慢，直接影響旋噴樁直徑大小，甚至還會(huì)影響到旋噴樁的質(zhì)量。噴射管提升速度快，形成的樁徑??；噴射管提升速度慢，形成的樁徑大。當(dāng)其他高壓灌漿參數(shù)一定時(shí)，旋噴樁的直徑與提升速度成負(fù)相關(guān)。

施工參數(shù)確定后，必須按照試驗(yàn)確定的提升速度施工，如果為了加快工程進(jìn)度、盲目節(jié)約工程投資，旋噴樁的直徑難以保證，地基承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求，將給工程帶來安全和質(zhì)量隱患。

6 地面試噴

高壓旋噴灌漿試驗(yàn)確定施工參數(shù)后，在噴每一個(gè)孔之前，必須進(jìn)行地面試噴。盡管噴射管的旋轉(zhuǎn)速度及提升速度是通過高壓噴射臺(tái)車來調(diào)整，但是轉(zhuǎn)速和提升速度的校核都是在地面試噴階段完成；另外管路運(yùn)行情況、噴射方向也是通過地面試噴來檢查；通過地面試噴，能夠檢查噴射流的噴射距離、噴射流的形狀等。在用三管法施工進(jìn)行地面試噴時(shí)，如果噴嘴的噴射角度不同軸，高壓氣流不能有效包裹水流，水流噴出噴嘴后很快分散，切割土體的能量大大減弱，甚至形不成旋噴樁。因此，下噴射管前，應(yīng)進(jìn)行地面試噴，檢查機(jī)械及管路運(yùn)行情況，并調(diào)準(zhǔn)噴射方向和擺動(dòng)角度。

7 三管法高壓旋噴樁施工工藝

①造孔系統(tǒng)：先用鉆機(jī)鉆孔，以便噴管下到設(shè)計(jì)深度?？咨钜源┻^透水層，并且深入不透水層2 m為準(zhǔn)。

②供水系統(tǒng)：高壓泵以35～40 MPa的壓力把高壓水送出噴水嘴，送水量75 L/min。

③供氣系統(tǒng)：用空氣壓縮機(jī)以0.7 MPa的壓力，每分鐘向灌漿孔內(nèi)送入1～1.5 m3的風(fēng)。其作用有兩個(gè)：其一是氣流包圍在水流外圍，約束射出的水流，延緩分散，使射程加長(zhǎng)，切割土層長(zhǎng)度加大，其二是水氣摻攪后，把切割下來的土粒、砂粒、小石子等帶出孔口，以騰出地下空間。

④供漿系統(tǒng)：制漿站按水灰比1：1攪拌成比重1.5 g/cm3以上的水泥漿，用灌漿泵以0.1～0.6 MPa的壓力，每分鐘向灌漿孔內(nèi)注入60～80 L水泥漿，用來充填滿高壓水切割出來的地下空間，凝固后形成混凝土墻體。

⑤噴灌系統(tǒng)：主要是高噴臺(tái)車，上述水、氣、漿三個(gè)系統(tǒng)的管道，都集中在高噴臺(tái)車的龍頭上，三列灌漿管的升降速度、決定擺角的旋擺機(jī)構(gòu)等都是通過油壓系統(tǒng)自動(dòng)控制。

⑥高噴作業(yè)：拌制好漿液后，通過管道送入噴嘴，開始高噴灌漿。下噴射管前，應(yīng)進(jìn)行地面試噴，檢查機(jī)械及管路運(yùn)行情況，并調(diào)準(zhǔn)噴射方向和擺動(dòng)角度。當(dāng)?shù)貙又兴魉俣冗^大時(shí)，由于漿液難以在預(yù)定的范圍內(nèi)凝結(jié)，應(yīng)先進(jìn)行堵水處理，而后進(jìn)行高噴灌漿，待回漿比重不小于1.3 g/cm3時(shí)開始提升噴漿管，注意檢測(cè)漿液壓力和流量，高壓水壓力及流量、風(fēng)壓及風(fēng)量、提升速度等參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求，并做好記錄。開始噴射時(shí)先送水泥漿，再送高壓水，最后送氣；噴射完畢后，先停氣、再停高壓水、最后停水泥漿。如果高噴灌漿因故中斷后恢復(fù)作業(yè)，應(yīng)對(duì)中斷孔段進(jìn)行復(fù)噴，其搭接長(zhǎng)度不小于0.5 m。

8 結(jié)語(yǔ)

在高壓旋噴樁施工過程中，噴嘴直徑、提升速度、旋轉(zhuǎn)速度、水氣漿壓力、供氣量、地下水及地層土質(zhì)情況等，對(duì)高壓噴射灌漿形成的凝結(jié)體的尺寸和形狀都有不同程度的影響，掌握各種因素對(duì)高噴凝結(jié)體的影響規(guī)律，能夠有效控制高壓噴射灌漿工程的施工質(zhì)量。