高压旋喷注浆法在水利工程坝基防渗中的应用

罗奎

摘要：高压旋喷注浆在上游水库坝基淤泥质土、砂土粒中注浆防渗的应用，以及高压旋喷的操作要点、质量要求和防渗效果。

关键词：高压注浆施工质量和防渗效果

高压旋喷注浆法就是利用三重管和底端带有特殊喷嘴的旋转喷射装置，置入加固土层，以高压力喷射水流，配合气、水泥浆液三种介质强力冲击、扰动、破坏土体，使喷射有效范围内水泥浆液与淤泥质土、砂土粒切割搅拌混合，快速凝结固化提高强度，形成渗透率较小的圆柱状混合体，以达到防渗要求。嵩明县上游水库坝基淤泥质土、砂土层防渗帷幕就是根据高压旋喷注浆的基本原理，在施工中用三重管旋转提升高压喷射水流和同轴气流以脉冲形式冲切淤泥质土、砂土粒，形成较大空隙，再由泥浆泵注入较低压力水泥浆液充填，使水泥浆液与淤泥质土、砂土粒混合形成较大的圆柱状固结防渗体，其防渗体直径在本工程中可达1.8m。

一、高压旋喷注浆的特点

1、不破坏上部拦河坝结构和不影响水库正常使用功能。2、施工简便。3、固结防渗体形状为圆柱形。4、固结防渗体强度较高。5、有很好的耐久性。6、水泥浆液集中，流失较少。7、设备简单，管理方便。

二、施工前准备工作

1、调配施工人员，对施工人员进行技术交底和安全操作培训。

2、配置适合工程所需的机具和辅助设备，并进检修和保养，备足机械易损件。

3、依据设计施工图定出桩位。

4、安装施工机械设备就位，逐项进行试运行，首先进行空运行，然后根据设计要求进行负荷运行。

5、搭建临时工棚，备足符合水利工程行业规范和设计要求的固化水泥料。

6、根据上游水库坝基防渗施工现场实际，开挖临时排水沟，并在监理工程师指定区设置废浆池，便于对废浆进行二次利用。

7、进行试验区生产性旋喷试验桩施工，检查试桩效果，获得试桩参数。

三、旋喷注浆施工

1、采用XY—2PC型地质钻机钻孔，150mm孔径定向，130mm孔径钻进至终孔。将钻机就位，要求钻机平稳、立轴铅直。钻孔结束后移动旋喷机对准钻孔，插管前首先进行低压射水、喷气、注浆口通水，用以检查高压喷嘴、喷气口、注浆口是否畅通。

2、根据设计要求的配浆比拌制水泥浆液。拌制水泥浆液时需经过两次以上筛网（孔径为0.8mm）过滤，将过滤后的水泥浆存入储浆桶中备用。

3、插入三重管至坝基淤泥质土、砂土粒层过程中，要防止三重喷头被泥砂堵塞，可采用较小压力（0.5～0.6MPa）边下管、边喷水、边喷气至桩底深度。

4、当高压清水泵压力达到设计要求（35MPa）时，注入水泥浆20s后，旋转提升三重管，操作员按设计参数要求时刻观察压力表控制喷水压力、风量和注浆量，做好记录，直至完成该桩施工。

5、当三重管旋转提升接近桩顶标高时，在桩顶以下1.0m左右，要减慢提升速度，直到桩顶停浆标高。

6、若遇漏浆量较大地层时，为保证桩径，必须按照上述4步骤进行复喷。在三重管提升到设计注浆标高时，关闭高压清水泵、空压机、压浆机，停止喷水、喷气、水泥浆输送，旋转取出三重管。

7、当旋喷注浆施工结束，及时用清水冲洗压浆机和注浆管路，排出机内管内浆液；并对三重喷头进行清洗。

8、移动旋喷机至下一孔位进行下桩施工。

9、由于水泥浆液与砂、土搅拌混合后凝固析水产生凹穴，当旋喷桩施工结束后，及时用弃浆回填桩顶凹穴。

图1：施工流程示意图

四、主要施工技术参数

1、高压水压力P为≥35MPa；2、水泥浆液压力P为≥0.5MPa；3、浆液比重γ为1.40～1.60g/cm3；4、空气压力P为≥0.8MPa；5、喷咀直径d为2.5mm；6、提升速度V为9㎝/min；7、旋转速度n为7r/min；8、水流量q为80～100L/min。

五、施工作业劳动力组成

1、带班机长1人；2、钻机操作员1人；3、高压泵、空压机操作员1人；4、电工1人；5、钳工1人；6、普工6人；7、技术员1人；共12人。

六、高压旋喷操作要点

1、开机前操作员检查高压设备、电动设备、电路、输浆管路、三重管和三重喷头，以保证作业时不发生（或少发生）故障而影响施工质量。

2、钻机钻孔前必须校正倾斜，以满足倾斜度≤1.5%的设计要求。

3、在插管和旋喷注浆过程中，要快速拆卸和安装三重管，避免喷嘴被堵塞。

4、旋喷注浆时，要做好喷水压力、气流量、送浆量和孔口冒浆量的量测工作，并按要求随时做好记录。

5、插管至设计深度，应先喷水、喷气、注浆，后旋转和提升，避免三重管被扭变形。

6、正常施工时，旋转和提升应连续不间断，拆卸三重管后继续旋喷注浆要有50cm左右的搭接，避免产生断桩情况。

7、按设计要求配制水泥浆，不许随意改变配浆比，制成的浆液必须经过两次以上筛网（孔径为0.8mm）过滤后，才能使用，并防止注浆时水泥浆液沉淀而降低浓度。

8、施工结束，及时拔出三重管，用清水冲洗注浆机、注浆管路、三重管和三重喷头。

七、施工质量要求

上游水库坝基淤泥质土、砂土粒层旋喷桩施工质量要求为：

1、桩位允许偏差≤50mm。

2、桩体偏斜率≤1.5%。

3、桩体有效直径达到设计要求±50mm。

4、桩体检测抗压强度28d龄期≥0.8MPa。

5、桩体检测渗透系数≤1×10-5cm/s。

八、特殊情况的处理措施

1、不冒浆或冒浆量少：①停止提升三重管，增大水泥浆液浓度，浆液配比由1:1变为1:0.8继续喷射。②上下重复式提升三重管，向浆液中掺加适量速凝剂，缩短浆液凝固时间，待填满孔隙后，继续正常喷射。

2、冒浆量过大：①增加高压水喷射压力。②减小注浆压力。③加快提升速度和旋转速度。

3、孤石或大漂石：喷射注浆施工过程中，当遇到孤石或大漂石时，施工仍正常进行，在该桩施工结束后，从该桩上游左右两侧进行加桩，避免造成畸形桩或断桩后，形成渗漏通道。

4、桩顶凹穴和坝体钻孔空隙处理：①在旋喷桩注浆结束后，由于水泥浆液与砂、土搅拌混合后凝固析水，桩顶会出现凹穴，可利用冒出地面的弃浆向桩顶凹穴进行回填，以防止空穴现象。②坝体钻孔空隙，采用水泥:粘土（1:3）混合浆液多次向钻孔空隙注入浆液回填，以填满为止。

九：结论

根据上游水库坝基淤泥质土、砂土层通过高压旋喷法施工后进行的检查结果知，坝基淤泥质土、砂粒层混合固结防渗体，渗透系数K值最大为1.68×10-6cm/s，小于设计防渗标准（K≤1.0×10-5cm/s）。说明该工程坝基淤泥质土、砂粒层通过高压旋喷注浆施工后，防渗效果很好，达到了防渗除险的目的。

参考文献

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