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简述水利水电工程施工技术
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
