浅谈往复式高压喷射灌浆技术在东平湖围坝中的应用（李国强,王卿,徐凌）

时间：2022-02-22 15:21:19 浏览量：次

［摘要］东平湖围坝工程中采用了往复式高压喷射（高喷）灌浆新技术，该技术简化了常规高喷灌浆施工的复杂工序，集造孔与高压喷射于一体，成功解决了东平湖围坝工程中常规高喷技术无法解决的难题。为工程缩短了工期，节约了投资，提高了质量。

［关键词］东平湖堤防防渗加固往复式高喷钻喷一体机

1.工程概况

东平湖滞洪水库位于山东梁山﹑东平和汶上县境内，位于黄河由宽河道进入窄河道的转折点，是分滞黄河洪水﹑保证艾山以下窄河段防洪安全的重要水利工程。东平湖滞洪区为大（Ⅰ）型水库，围坝为1 级建筑物。水库工程由围坝﹑二级湖堤、山口隔堤、进口湖闸等组成。二级湖堤将库区分为新﹑老湖区两部分，老湖区与汶河相遇，用来滞蓄汶河洪水，湖区内常年有水。

东平湖围坝坝顶高程46.39～47.29m，坝顶宽9～10m，坝高8～10m,临湖边坡1∶3，背湖边坡1∶2.5，临湖干砌石护坡顶高程约44.79m，新湖区设计分洪运用水位43.79m。

设计桩号79+000~81+800 段采用水泥土搅拌桩结合高压喷浆截渗墙防渗，设计桩顶高程为46.00m，墙深23.5－29.00m，厚60cm。按设计要求墙深在22m 以内采用水泥土搅拌桩截渗墙成墙，墙深超过22m 采用高压喷浆式截渗墙成墙。在实施过程中发现，此段堤身存在深浅不一的地下障碍物，经走访调查得知此段为东平湖古河道，并对地下障碍物进行勘探，探明地下障碍物多为钙质结核层、砾石及类似砂砾岩性物质的地层，水泥土搅拌桩截渗墙无法实施。而普通高喷技术存在砂砾石地层造孔困难，进度缓慢的问题。经综合考虑该段工程采用往复式高喷技术施工。

2 往复式高压喷射灌浆技术简介

往复式高压喷射（高喷）灌浆是一项新技术，是由中国华水水电开发总公司的赵延龙等人申请的国家专利，主要适用于砂、砂性土、淤泥质土、砂砾石层的堤防和基础防渗加固处理，深度可达于45m 以上。该技术成功应用于：湖南省益阳市大东口电排站基础防渗工程，基础为粉细砂，工程平均深度23m；新疆昌吉州呼图壁县红山水库工程，基础为卵砾石层，工程深度最大45.5m，防渗效果明显，渗透系数达10-8cm/s，成功解决了普通高喷在砂砾石地层中造孔困难的难题。该技术具有机理明确，工艺简单、质量可靠、工效高、造价低、改善施工环境的显著优点。

往复式高喷在钻头上加高压喷嘴，钻喷一体机在自上而下钻进时利用高压水喷射切割钻头周围的地层形成扩大的钻孔。钻至设计深度，然后自下而上高喷水泥浆成墙（旋喷成桩时成桩）。

往复式高喷施工流程是：钻杆内安装浆（水）、气高压喷射管路和射水管路，配备输送浆（水）气和提升的设备，将钻喷一体的步履式往复高喷台车移至钻孔位置，进行高压喷射；一边钻进，一边切割地层，扩大钻孔直径，同时使土层制成的混合浆液对孔槽进行护壁。当钻至设计深度后，将高压液体介质转换成高压水泥浆或水泥混合液体，并输送高压气，同时关闭高压液体管路，由下而上进行高压喷射，直至高喷孔口设计高程，形成水泥混合凝固体桩墙帷幕。见图1 钻进成孔图、图2 往复式高喷钻孔与钻机成孔比较图、图3 往复式高喷灌浆平面示意图。

3 施工工艺流程及要求

（1）定孔位：在定孔时，一定严格按照设计放样定孔位，其误差不大于2cm，并用木桩固定，同时在施工轴线5—10m 范围设置控制桩。

（2）造孔：由于钻杆就是钻喷管，因此钻进同时即下钻喷管，直至设计深度。在钻孔前将主机就位，孔位偏差不超过2cm，调平机台，使主机主轴垂直地面，孔斜率不大于0.3%，钻孔深度应大于设计孔深0.2~0.5m，钻进过程中，出现偏差，随时调整。

（3）喷射灌浆：当钻喷管钻至设计深度后，按照高压喷射灌浆标准及要求送入气、浆，按操作规程规定的提升、摆动速度，自下而上边摆动边喷射灌浆，摆动灌浆结束后，检查灌浆是否注满灌浆孔。

（4）回灌：当喷射灌浆完成后，孔内浆液还在不断沉淀、析水，导致液面不断下降，因此喷射结束后，还要利用翻浆向孔内补充浆液（返浆自流填充），直至液面不再下沉。

4 往复式高喷与常规高喷在东平湖围坝工程中的比较

（1）工程进度比较

东平湖围坝工程原设计采用常规高喷作业时先用钻机成孔，再用高喷台车喷射，施工时先施工一序孔，待一序孔施工完成后再返回来施工二序孔。变更后所采用的往复式高喷灌浆技术将其工序合二为一。往复式高喷台车，在钻孔的同时可进行高喷灌浆，做到一机两用，即减少了施工工序，又避免了常规高喷钻机和高喷台机双机施工的相互干扰。使工程工期由140d 缩短至100d。

（2）工程质量比较

东平湖围坝工程前期采用常规高喷技术施工时经常会出现塌孔或闭孔的情况，使墙体出现不连续甚至偏离轴线的现象。而变更后采用往复式高喷台车施工时，高压水冲切钻杆周围的土层，使其成为液态，液态下钻杆靠重力在喷射范围内成自由垂直状态，避免了墙体的开衩，保证了高喷桩的垂直度和墙体的连续性。

（3）成本投资比较

东平湖围坝工程前期采用常规高喷施工时，孔口返浆排出了大量的水泥浆，造成很大浪费，而变更后采用往复式高喷台车施工时，孔口排泄的主要是由于钻进时高压水切割地层而形成的地层混合浆液，水泥浪费量较小。常规高喷的钻机和高喷台车机上施工人员一般约为10 人/台班，而往复式高喷台车的施工人员仅为5~6 人/台班，施工操作人员的数量大大减少。经过与前期工程比较，往复式高喷比常规高喷减少了1/3~1/4 的工程造价。

5 效果检验分析

工程在初步验收时采取了开挖外观检查、抽样取芯室内试验等手段进行检查，与前期采用常规高喷法形成的截渗墙进行比较分析，检验结果如下：

（1）开挖外观检查

本期东平湖围坝工程中截渗墙采用往复式高喷技术施工的堤防桩号为（79+000~81+800），在施工结束15 天后进行开挖，以测量、观察成墙的最小墙厚和成墙的外观情况。根据验收规范，开挖尺寸长度为5m、深度为2m。经检查所成墙体无蜂窝现象，且颜色均匀一致；最小墙体厚度均大于30cm，大于设计要求的22cm；桩间搭接良好，未发现开衩现象，桩轮廓垂直度小于0.4%；墙体连续性较好，呈菱形较规则。

（2）室内试验结果

根据监理工程师指定，施工方在79+998.15、81+348.65 处桩号取芯两组，将试样送至山东大学质量检测中心，进行28d 龄期室内试验，经室内试验得知墙体渗透系数满足设计要求。详见试样渗透系数检测表。

与前期工程开挖检查的照片相对照，往复式高喷墙体在颜色均匀程度和垂直度上均优于传统高喷墙体。从两组数据来看，渗透系数同组上下、不同组之间数值比较接近，而传统高喷墙体的渗透系数在10-6 ~10-8 cm/s 之间，且波动较大，虽能满足设计要求，但墙体均匀度较差、出现蜂窝面现象的概率较高，比往复式高喷芯体的渗透系数低一个数量级。

对两种技术进行对比和分析，发现往复式高喷在检验效果上优于传统高喷的主要原因是：往复式高喷钻喷一体机发挥了钻孔和喷浆的双重功能，并在钻进和提升中一次完成，这样就大大提高了墙体垂直度和连续性；往复式高喷在钻孔的同时就开始喷浆，钻头达到设计底高程回返时再喷浆一次，经过两次边喷浆边搅拌的过程，水泥浆和泥浆能充分融合，所以墙体呈现出的颜色也比较均匀。

6 结语

往复式高喷技术在东平湖围坝除险加固工程取得成功应用，为类似截渗墙工程施工方案的比选提供了另一途径。往复式高喷成墙效果好，施工工效高，造价低，具有较广的应用前景，值得在今后的工程中推广。

来源：《黄河规划设计》2009年第4期

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