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,并以水泥為基質漿液充填、摻混于其中，使其形成較厚的板墻狀的凝結體,用以提高地基防滲能力或承載能力的施工技術。高壓擺噴灌漿具有工效較高、設備簡單、造價較低等優(yōu)點,尤其是在工期緊、施工干擾大的情況下,具有不需開挖的優(yōu)勢,為處理堤壩基礎防滲提供了一個新的途徑。
1、工程概況
承德雙岔河水庫大壩為均質土壩，左右壩肩上部存在砂層及泥質砂層，其等透水和弱透水的特性導致了壩體出現(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重。此次除險加固的一項主要任務，就是采用高壓擺噴灌漿技術對大壩進行防滲處理。
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380m, 在主壩上游坡3.8m平臺處進行高壓擺噴灌漿。設計灌漿孔平行于壩軸線單排布置。該壩體主要為粉細砂及泥質砂層,采用凝結體的結構布置形式為柱擺式,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和圍井試驗成果,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合,灌漿深度控制在壩基弱風化層以下1.0 m。
2、高壓擺噴灌漿機理
高壓擺噴灌漿是置換灌漿,即利用置于鉆孔中的噴射管,通過高壓水、氣、漿同軸噴射,在提升過程中,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,由下而上灌注純水泥漿或水泥砂漿,使泥漿升揚置換到地面,形成滲透系數(shù)小、具有一定強度的凝結體,達到壩體防滲和提高地基承載力的作用。從理論和工程實踐分析,高噴灌漿的作用機理主要有以下幾個方面:
2.1沖切摻攪作用
噴射流能量直接對土體產(chǎn)生沖切作用,造成土體結構破壞,并使?jié){液與被沖切下來的土體顆粒摻攪。
　2.2升揚置換作用
噴射流在沖切過程中能攜帶被沖切下來的土體顆粒沿空隙內升揚到孔口,這樣土體部分顆粒被升揚置換出地面。同時漿液灌入地層,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,但對土體產(chǎn)生擠壓力,同時噴射結束后,靜壓灌漿作用仍在進行,對周圍土體和漿液不斷產(chǎn)生擠壓作用,促使凝結體與周圍土體結合更為緊密。
　2.4滲透凝結作用
噴射灌漿除在沖切范圍內形成凝結體外,還可以向沖切范圍外的土體產(chǎn)生漿液滲透作用,形成滲透凝結層。
　3、施工過程
3.1主要施工設備
地質回轉鉆機、液壓鉆機，泥漿泵，高壓清水泵，空壓機，高壓擺噴灌漿臺車，灰漿攪拌機。
3.2施工準備工作
灌漿施工前需在設計灌漿部位先布設先導孔。本工程沿設計灌漿軸線每50m布置一個先導孔。利用鉆孔采取芯樣，了解各壩段土質類別、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)場試驗和實踐經(jīng)驗采取合理的工藝參數(shù)。提升速度和旋轉速度是噴射流相對性移動的速度，它是決定噴射流沖擊切割土層時間長短的兩個主要因素，因此提升速度和旋轉速度的相互配合是至關重要的。旋噴或擺噴時，提升速度過慢影響工效，增加耗漿量；旋轉速度過快樁徑太小，影響施工質量。一般控制在每旋轉一轉，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：鉆機定位→鉆孔→制漿→下噴射管→供壓縮空氣、高壓水、水泥漿→擺動、提升→噴射完成→孔內靜壓充填灌漿→高壓擺噴灌漿完成→移機。
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。水泥漿攪拌分兩級進行,初級攪拌桶攪拌水泥漿液后,經(jīng)篩網(wǎng)過濾放入二級攪拌桶進行攪拌。水泥漿液攪拌時間應大于90 s。當環(huán)境溫度≤10℃時，漿液存儲時間≤5h；當環(huán)境溫度>10℃時，存儲時間≤3h。
3.3.2.鉆孔
采用回轉式地質鉆機成孔，φ110mm硬質合金鉆頭鉆進。首先把鉆機對準孔位，用水平尺掌握機身水平，墊穩(wěn)、墊平機架，控制孔位偏差≤1～2cm。鉆孔深度應深入基巖或相對不透水層0.5-1.0m，且超設計孔深0.3m后停止鉆進，單孔鉆孔任務結束。鉆孔嚴格控制孔斜，以保證兩孔間所形成的防滲凝結體結合，不留孔隙。每鉆進3～5m，用測斜儀量測1次，發(fā)現(xiàn)孔斜率超過規(guī)定應隨時糾正。
3.3.3.下噴射管
噴射管下入前，先送水、氣進行試噴1min左右，把各噴射參數(shù)調至符合要求的參數(shù)。試噴正常后，為了避免噴嘴堵塞用膠布包扎噴嘴，將注漿管下到預定孔深，下管時采取低壓送水、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)理工程師驗收合格后，即可將高噴臺車就位，
調整擺噴角度達到設計要求，當噴射管下到設計深度時，先按規(guī)定參數(shù)送水、氣、漿進行靜噴，靜噴3min待漿液返出孔口，開始向孔內輸送高壓水、氣、漿，到水壓和風壓升至設計規(guī)定值時，試噴2一3min，到孔口返漿正常后，噴射管方可按設計參數(shù)搖擺提升，進行由下而上的高壓灌漿作業(yè)。噴射時采用間歇提升法，每提升30cm，停5min。
擺噴灌漿開始后，值班技術人員必須時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，如實記錄高噴灌漿的各項參數(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
高噴灌漿至設計頂部高程后，噴頭提出孔口，繼續(xù)向孔內注入水泥漿，保證孔內漿面高度，保持孔內漿注壓力，隨沉隨補，直到孔口漿液不再下沉為止，把高噴臺車移至下一孔位處作業(yè)。每孔噴灌完畢停工時都要及時清洗管路，特別是對漿液系統(tǒng)的清洗，保證無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
高噴時孔口返漿是確保板墻質量的重要措施之一，如地層漏漿過大，出現(xiàn)不返漿時應立即停止噴漿，采取下列措施：靜噴，不提升噴射管，待孔口恢復返漿后，再繼續(xù)進行提升噴灌；降低注漿壓力、增大返漿濃度和注漿量。恢復返漿后，將漿壓調至規(guī)定值再進行高噴；降低提升速度，上下重復噴灌；對于漏漿嚴重地段，可向孔內回填砂土或其它顆粒材料進行堵漏，同時加大水泥漿比重和摻加速凝劑。
4.2中斷噴漿的處理
高噴灌漿應全孔作業(yè),當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，會造成注漿中斷。為保證防滲墻的連續(xù)性和可靠性，當恢復噴漿時，必須復噴0.5m。間隔時間小于2 h時,將噴桿下插0.5m;若間隔時間大于2 h,則需重新鉆孔進至頂噴高程以下1.0 m,洗孔后靜噴5 min,并將噴桿下插0.5m進行復噴。
4.3不正常返漿的處理
返漿量不正常時，應及時查明原因，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，縮短固結時間，使?jié){液在一定時間內凝固，也可增大注漿量。如果返漿量過大，說明有效噴射范圍與注漿量不相適應，可采取提高噴射壓力或減少注漿量、適當縮小噴嘴孔徑、加快提升和擺動速度等措施。
5、質量檢測措施
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規(guī)范》（DL/T5200-2004）的要求，灌漿結束后，分別在壩左右岸坡處及主壩段等地層結構滲漏嚴重的不同部位，布置了圍井檢測，分別在圍井中心鉆孔進行了注水試驗。通過注水檢驗，滲透系數(shù)均達到或超過設計及規(guī)范的要求。原壩體滲漏處未見管涌滲流等現(xiàn)象，防滲效果良好。
6、結語
高壓擺噴灌漿技術作為一種新型的施工技術，施工速度快、質量可靠,具有較好的可灌性、可控性,比較經(jīng)濟,在水利工程防滲中應用的前景很好，在施工過程中嚴格按照設定好的技術參數(shù)和相關規(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，就能夠保證施工質量。