摘 要：高压旋喷灌浆是利用高压设备将主固化剂的浆液喷射进土体并冲击破坏土体，浆液与土搅拌混合，经一定时间的凝固，便在土体中形成具有一定强度和抗渗能力的固结体。文章着重阐述了三重管法进行高压旋喷灌浆的工艺流程和试验效果。
关键词：高压旋喷灌浆；防渗墙；Ⅰ序孔；Ⅱ序孔
1 工程概况
文子水库位于福建省仙游县枫亭镇九社村，距仙游县城约25km， 是一座以灌溉为主，结合防洪、供水、发电的多年调节小（一）型水库。枢纽工程由拦河坝、发电厂房、放水系统、溢洪道等建筑物组成，水库总库容463万m3，兴利库容400万m3。大坝为粘土心墙土石坝，坝顶实际高程124.5m，坝顶全长251.0m，最大坝高31.5m，坝顶宽度5.0m，上游设防浪墙，墙顶高程125.7m。
水库运行至今50多年，在各种因素作用下，建筑物逐渐遭受到不同程度的损坏，虽然历年都有对工程进行一定程度的维护，但受资金限制，工程仍存在着安全隐患。1962-2010年，水库水位较高时，大坝发生背水坡漏水呈射流状、漏水呈坝坡大面积湿软、塌洞等较大险情有8次。针对此类渗漏进行除险加固设计方案比选后，决定采用高压旋喷灌浆解决因白蚁路贯通发育及大坝坝体填筑不密实造成的渗漏问题。
2 高喷灌浆现场试验
为保证高压喷射灌浆施工的顺利进行，确保工程质量，检查高喷灌浆工艺参数设计的合理性、成墙的可靠性，在地质条件具有代表性的区段，用选定的配合比进行高压喷射灌浆工艺试验。通过试验确定桩距、孔深、浆液性能、喷射流量、压力、提升速度等工艺参数。现场试验采用正方形围井布置，完工7天后，对围井进行注水试验，测出围井的渗透参数，与灌浆前的注水试验成果对比之后，相应调整设计参数。
关键词：高压旋喷灌浆；防渗墙；Ⅰ序孔；Ⅱ序孔
1 工程概况
文子水库位于福建省仙游县枫亭镇九社村，距仙游县城约25km， 是一座以灌溉为主，结合防洪、供水、发电的多年调节小（一）型水库。枢纽工程由拦河坝、发电厂房、放水系统、溢洪道等建筑物组成，水库总库容463万m3，兴利库容400万m3。大坝为粘土心墙土石坝，坝顶实际高程124.5m，坝顶全长251.0m，最大坝高31.5m，坝顶宽度5.0m，上游设防浪墙，墙顶高程125.7m。
水库运行至今50多年，在各种因素作用下，建筑物逐渐遭受到不同程度的损坏，虽然历年都有对工程进行一定程度的维护，但受资金限制，工程仍存在着安全隐患。1962-2010年，水库水位较高时，大坝发生背水坡漏水呈射流状、漏水呈坝坡大面积湿软、塌洞等较大险情有8次。针对此类渗漏进行除险加固设计方案比选后，决定采用高压旋喷灌浆解决因白蚁路贯通发育及大坝坝体填筑不密实造成的渗漏问题。
2 高喷灌浆现场试验
为保证高压喷射灌浆施工的顺利进行，确保工程质量，检查高喷灌浆工艺参数设计的合理性、成墙的可靠性，在地质条件具有代表性的区段，用选定的配合比进行高压喷射灌浆工艺试验。通过试验确定桩距、孔深、浆液性能、喷射流量、压力、提升速度等工艺参数。现场试验采用正方形围井布置，完工7天后，对围井进行注水试验，测出围井的渗透参数，与灌浆前的注水试验成果对比之后，相应调整设计参数。
3 高喷灌浆施工
3.1 技术原理
高压旋喷灌浆就是利用工程钻机钻孔至设计处理的深度后，通过安装在钻杆（喷杆）杆端、置于孔底的特殊喷嘴，以高压设备向周围土体高压喷射固化浆液（一般使用水泥浆液），同时钻杆（喷杆）以一定的速度边旋转边提升，利用高压水形成高速喷射流束，冲击、切割、破碎地层土体，并强制与固化浆液混合，凝固后便在土体中形成具有一定性能和断面的固结体。
3.2高喷灌浆施工工艺流程
3.3施工机械配置
高压旋喷灌浆施工采用三管法，主要机械设备见表2。
设备名称 型号规格 功率（KW） 数量（台）
地质钻机 XY-2 22 2
高喷台车 GS500—4 20 1
高压泥浆泵 BW—150 95 1
泥浆搅拌机 WJG-80 17 1
空压机 VHP750 40 2
高压水泵 HSZ-Ⅱ 55 2
制浆机 NJ-600 20 2
灌浆泵 HB80/10 15 2
3.4主要施工方法
3.4.1测量放样
在坝轴线上游1.0m 位置，用全站仪精确确定控制点，沿相邻两个控制点确定高压旋喷灌浆轴线方向，再用精制钢卷尺按照设计的孔距分别放出先导孔、Ⅰ序孔、Ⅱ序孔的中心点，并做好标记。
3.4.2先导孔施工
为确切掌握坝基地质情况，确定钻孔和成墙深度，采取每30m打一个先导孔，取出基岩岩芯，核对地层，描绘地质柱状图，两个相邻先导孔的孔底连线即为高喷防渗墙的墙底。
3.4.3Ⅰ序孔钻孔
高压旋喷灌浆分两序施工，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔。钻孔孔距1.5m，孔径130mm，钻孔偏斜率<0.5%。钻机就位后，用水平尺校正机身，使钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置，孔位偏差<50mm。在下喷管前应对钻孔进行测斜，确保开孔符合设计要求；钻进过程中发现偏斜及时纠斜，即在发现偏斜超过设计值时，采用加超径管、跳级换径、孔底埋管等方法进行纠斜处理。经处理重测偏斜合格后，方可续钻。一般采用正循环轻压、慢转、中等浆量钻进，泥浆护壁成孔，并一径到底。为保证成孔质量和孔壁稳定，适当调整泥浆浆液，控制浓度和黏度，防止缩径和坍孔。对遇到地下有砂性土或壤土层，出现坍孔时，加大泥浆回填，填满后继续钻孔。
3.4.4Ⅰ序孔高喷灌浆
3.4.4.1下喷射管
下放喷射管之前，先在地面上进行试喷试验，检查机械及管路运行情况，并调整好喷射方向和旋转速度，检查水气嘴是否畅通，压力等各项指标是否达到设计要求。下管时，为防止泥砂堵塞喷嘴，可边射水边插管，水压不超过1MPa，以防孔壁被射塌。当喷管下至设计孔底深度时（下入孔底的深度与实际钻孔深度差值不得>0.1m），通知质检人员到场检查，确认具备灌浆条件后方可开喷。
3.4.4.2水泥浆液
采用32.5级的普通硅酸盐水泥，制浆采用两级搅拌，一级搅拌12min后，经过滤放入二级搅拌机，边搅拌边灌浆。浆液水灰比为1：1～0.8：1，浆液比重1.6 g/cm3—1.7 g/cm3。用比重计法检测浆液浓度，保证浆液无颗粒、均匀稳定、流动性好。浆液制成后，存放时间不宜超过4h。
在施工过程中，对含泥量较少的回浆进行回收利用。回收浆液先沉淀过滤后，再掺拌适量水泥，经检测达到设计进浆比重及水泥比时方可使用，从而使成本得到有效的降低。
3.4.4.3喷射灌浆
采用三重管并列喷射。喷射灌浆必须在机长的统一指挥下进行，当喷管下至设计孔底深度时，依次低压送水、送浆、送气，按规定参数进行原位喷射，待孔口回浆比重达到设计值后，方可开始提升喷射。喷射时采用间歇提升法，每提升300 mm，停5min。高喷灌浆全孔自下而上连续作业，需要中途拆卸喷射管时，搭接段应进行复喷，复喷长度不得<0.3m。高喷灌浆因供水、电、风中断后恢复施工时，应将喷头下放500mm，采用重叠搭接喷射处理后，方可继续向上提升及喷射注浆，并应记录中断深度和时间。若中断超过30min，恢复作业时搭接长度应>1.0m。停机超过3h，应对泵体输浆管路进行清洗后方可继续施工。在供浆正常情况下，孔口回浆浓度变小且不能满足设计要求时，应加大进浆浓度或进浆量。高喷灌浆过程中出现压力突降或骤增、孔口回浆浓度或回浆量异常等情况时，应查明原因，及时处理。灌浆过程中采取必要的措施保证孔内浆液上返通畅，避免造成地层劈裂或地面抬动。灌浆施工中应如实记录高喷灌浆的各项参数、浆液材料用量、异常现象及处理情况等。 3.4.4.4回填封孔
高喷灌浆至设计顶部高程后，喷头提出孔口，继续向孔内注入水泥浆，保证孔内浆面高度，保持孔内浆柱压力，随沉随补，直到孔口浆液不再下沉为止。对局部渗漏较大的地段，可采取复喷措施。采用沿灌浆孔孔口两侧修一条深度100cm～150cm的沟槽，利用灌浆时的回浆补填周围已喷孔孔口，保证灌浆孔回填及时。封孔完成后，对机具设备进行冲洗，管内、机内不能残存浆液，将喷射台车等机具移至下一孔位，相邻孔的作业间隔时间在12—72h范围内。
3.4.5Ⅱ序孔施工
Ⅰ序孔高喷灌浆完成14天后，即可进行Ⅱ序孔施工搭接成墙。
3.5 施工中注意的问题
3.5.1高喷灌浆施工中，在钻孔和灌浆过程会出现塌孔、漏浆、冒浆、串孔等问题引起压力突降或骤增、孔口回浆密度或回浆量异常等情况，必须查明原因，及时进行处理，确保施工进度和质量。
3.5.1.1塌孔
塌孔是在成孔后，由于在钻孔部位的地层中含砂或砾石较多时，会出现坍塌、脱落，导致灌浆时喷射管无法下到设计深度。采取加大泥浆浓度或在泥浆中加入火碱、膨润土护壁，必要时可采用套管护壁法钻进。
3.5.1.2漏浆
漏浆是由于地层中存在砂、砂砾石或通道，主要表现在钻孔或灌浆时孔口不返浆或返浆量降低。钻孔时可采取加大泥浆浓度、泥浆中掺加细砂或向孔内填充水玻璃等堵漏材料。灌浆时发生漏浆可采取停止喷杆提升或降低提升速度、降低喷射压力和流量、在浆液中掺入速凝剂、加大浆液密度、灌注水泥砂浆或水泥黏土浆等措施。不论是在钻孔还是灌浆过程中，必须待孔口返浆正常后才能正常提升钻杆或喷杆。
3.5.1.3冒浆
冒浆是指在灌浆过程中浆液在坝坡、地面或库区底部流出或喷出。采取在冒浆点加覆盖、降低灌浆压力、间断灌浆等措施。
3.5.1.4串孔
串孔是指在某一孔口正常灌浆时，浆液从相临孔口返出，说明钻孔在地下有通道相通。及时填堵被串孔，待灌浆孔高喷灌浆结束后，立即进行被串孔的扫孔，进行高喷灌浆或继续钻进至设计高程。
3.5.2凡经特殊处理的渗漏段，待孔口返浆后均将喷射管下至原不返浆的最下位置，再进行正常喷射（复灌），确保防渗墙墙体质量。
3.5.3注意高压设备及管路系统，其压力和流量必须满足设计要求。
4 工程质量检查
灌浆结束后，可采用大开挖检查、钻孔取芯检查、围井注水试验等方法对防渗墙体进行质量检查和综合质量评定。
4.1大开挖检查
沿墙体两侧或一侧进行开挖，挖深一般2.0-2.5m。用肉眼直观检查Ⅰ序、Ⅱ序孔喷射距离、衔接情况，在不同部位横向打孔取芯检查墙体厚度、强度等项指标。
4.2钻孔取芯检查
高压旋喷墙完成14天后，可在墙体上布置钻孔取芯。检查孔孔位布置在墙体中心线上的相邻两孔喷射墙体的搭接处，自上而下分段钻孔、取芯和进行静水头压水试验。每个单元工程可布置1个检查孔。从取芯情况看，坝基粉土、黏土、粉土质砂、中粗砂、细砾段抽芯芯样较完整，水泥胶结较好，芯样抗压强度一般在12MPa以上。
4.3围井注水试验
在高压旋喷墙完成7天后进行，围井宜布置在地层复杂、漏浆严重或可能存在质量缺陷等部位，以高压旋喷墙为一侧井壁，进行布孔和灌浆形成井型封闭式墙体，并对井底进行封闭，在围井内钻孔进行注水或抽水试验。围井各面墙体轴线围成的平面面积，砂土、粉土层中不小于3.0m2，砾石、卵石层中不小于4.5m2。测得注水试验渗透系数在6.22×10-7cm/s— 2.78×10-6cm/s，达到设计要求。
结语
高压旋喷灌浆技术在水库除险加固工程中得到了很好的应用，它具有施工速度快、施工条件要求低、固结体强度大且耐久性好、工程造价适中等优点，随着这项技术逐步成熟，必将在更多的防渗工程中推广和使用。
参考文献
[1]DL/T?5200-2004 ，水电水利工程高压喷射灌浆技术规范[S].
[2]曾斌，高压喷射灌浆在土坝坝基防渗工程中的应用[J]. 哈尔滨：黑龙江水利科技，2010，38（4）：26—27.
[3]王其升，高压摆喷灌浆技术在围堰防渗中的应用[J]. 武汉：岩石力学与工程学报，2004，23（2）：248—252.
[4]吕福财，朱建华，于幸成，论高压摆喷灌浆技术在清河水库土坝防渗工程中的应用[J]. 北京：中国新技术新产品，2008，11：29.
3.1 技术原理
高压旋喷灌浆就是利用工程钻机钻孔至设计处理的深度后，通过安装在钻杆（喷杆）杆端、置于孔底的特殊喷嘴，以高压设备向周围土体高压喷射固化浆液（一般使用水泥浆液），同时钻杆（喷杆）以一定的速度边旋转边提升，利用高压水形成高速喷射流束，冲击、切割、破碎地层土体，并强制与固化浆液混合，凝固后便在土体中形成具有一定性能和断面的固结体。
3.2高喷灌浆施工工艺流程
3.3施工机械配置
高压旋喷灌浆施工采用三管法，主要机械设备见表2。
设备名称 型号规格 功率（KW） 数量（台）
地质钻机 XY-2 22 2
高喷台车 GS500—4 20 1
高压泥浆泵 BW—150 95 1
泥浆搅拌机 WJG-80 17 1
空压机 VHP750 40 2
高压水泵 HSZ-Ⅱ 55 2
制浆机 NJ-600 20 2
灌浆泵 HB80/10 15 2
3.4主要施工方法
3.4.1测量放样
在坝轴线上游1.0m 位置，用全站仪精确确定控制点，沿相邻两个控制点确定高压旋喷灌浆轴线方向，再用精制钢卷尺按照设计的孔距分别放出先导孔、Ⅰ序孔、Ⅱ序孔的中心点，并做好标记。
3.4.2先导孔施工
为确切掌握坝基地质情况，确定钻孔和成墙深度，采取每30m打一个先导孔，取出基岩岩芯，核对地层，描绘地质柱状图，两个相邻先导孔的孔底连线即为高喷防渗墙的墙底。
3.4.3Ⅰ序孔钻孔
高压旋喷灌浆分两序施工，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔。钻孔孔距1.5m，孔径130mm，钻孔偏斜率<0.5%。钻机就位后，用水平尺校正机身，使钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置，孔位偏差<50mm。在下喷管前应对钻孔进行测斜，确保开孔符合设计要求；钻进过程中发现偏斜及时纠斜，即在发现偏斜超过设计值时，采用加超径管、跳级换径、孔底埋管等方法进行纠斜处理。经处理重测偏斜合格后，方可续钻。一般采用正循环轻压、慢转、中等浆量钻进，泥浆护壁成孔，并一径到底。为保证成孔质量和孔壁稳定，适当调整泥浆浆液，控制浓度和黏度，防止缩径和坍孔。对遇到地下有砂性土或壤土层，出现坍孔时，加大泥浆回填，填满后继续钻孔。
3.4.4Ⅰ序孔高喷灌浆
3.4.4.1下喷射管
下放喷射管之前，先在地面上进行试喷试验，检查机械及管路运行情况，并调整好喷射方向和旋转速度，检查水气嘴是否畅通，压力等各项指标是否达到设计要求。下管时，为防止泥砂堵塞喷嘴，可边射水边插管，水压不超过1MPa，以防孔壁被射塌。当喷管下至设计孔底深度时（下入孔底的深度与实际钻孔深度差值不得>0.1m），通知质检人员到场检查，确认具备灌浆条件后方可开喷。
3.4.4.2水泥浆液
采用32.5级的普通硅酸盐水泥，制浆采用两级搅拌，一级搅拌12min后，经过滤放入二级搅拌机，边搅拌边灌浆。浆液水灰比为1：1～0.8：1，浆液比重1.6 g/cm3—1.7 g/cm3。用比重计法检测浆液浓度，保证浆液无颗粒、均匀稳定、流动性好。浆液制成后，存放时间不宜超过4h。
在施工过程中，对含泥量较少的回浆进行回收利用。回收浆液先沉淀过滤后，再掺拌适量水泥，经检测达到设计进浆比重及水泥比时方可使用，从而使成本得到有效的降低。
3.4.4.3喷射灌浆
采用三重管并列喷射。喷射灌浆必须在机长的统一指挥下进行，当喷管下至设计孔底深度时，依次低压送水、送浆、送气，按规定参数进行原位喷射，待孔口回浆比重达到设计值后，方可开始提升喷射。喷射时采用间歇提升法，每提升300 mm，停5min。高喷灌浆全孔自下而上连续作业，需要中途拆卸喷射管时，搭接段应进行复喷，复喷长度不得<0.3m。高喷灌浆因供水、电、风中断后恢复施工时，应将喷头下放500mm，采用重叠搭接喷射处理后，方可继续向上提升及喷射注浆，并应记录中断深度和时间。若中断超过30min，恢复作业时搭接长度应>1.0m。停机超过3h，应对泵体输浆管路进行清洗后方可继续施工。在供浆正常情况下，孔口回浆浓度变小且不能满足设计要求时，应加大进浆浓度或进浆量。高喷灌浆过程中出现压力突降或骤增、孔口回浆浓度或回浆量异常等情况时，应查明原因，及时处理。灌浆过程中采取必要的措施保证孔内浆液上返通畅，避免造成地层劈裂或地面抬动。灌浆施工中应如实记录高喷灌浆的各项参数、浆液材料用量、异常现象及处理情况等。 3.4.4.4回填封孔
高喷灌浆至设计顶部高程后，喷头提出孔口，继续向孔内注入水泥浆，保证孔内浆面高度，保持孔内浆柱压力，随沉随补，直到孔口浆液不再下沉为止。对局部渗漏较大的地段，可采取复喷措施。采用沿灌浆孔孔口两侧修一条深度100cm～150cm的沟槽，利用灌浆时的回浆补填周围已喷孔孔口，保证灌浆孔回填及时。封孔完成后，对机具设备进行冲洗，管内、机内不能残存浆液，将喷射台车等机具移至下一孔位，相邻孔的作业间隔时间在12—72h范围内。
3.4.5Ⅱ序孔施工
Ⅰ序孔高喷灌浆完成14天后，即可进行Ⅱ序孔施工搭接成墙。
3.5 施工中注意的问题
3.5.1高喷灌浆施工中，在钻孔和灌浆过程会出现塌孔、漏浆、冒浆、串孔等问题引起压力突降或骤增、孔口回浆密度或回浆量异常等情况，必须查明原因，及时进行处理，确保施工进度和质量。
3.5.1.1塌孔
塌孔是在成孔后，由于在钻孔部位的地层中含砂或砾石较多时，会出现坍塌、脱落，导致灌浆时喷射管无法下到设计深度。采取加大泥浆浓度或在泥浆中加入火碱、膨润土护壁，必要时可采用套管护壁法钻进。
3.5.1.2漏浆
漏浆是由于地层中存在砂、砂砾石或通道，主要表现在钻孔或灌浆时孔口不返浆或返浆量降低。钻孔时可采取加大泥浆浓度、泥浆中掺加细砂或向孔内填充水玻璃等堵漏材料。灌浆时发生漏浆可采取停止喷杆提升或降低提升速度、降低喷射压力和流量、在浆液中掺入速凝剂、加大浆液密度、灌注水泥砂浆或水泥黏土浆等措施。不论是在钻孔还是灌浆过程中，必须待孔口返浆正常后才能正常提升钻杆或喷杆。
3.5.1.3冒浆
冒浆是指在灌浆过程中浆液在坝坡、地面或库区底部流出或喷出。采取在冒浆点加覆盖、降低灌浆压力、间断灌浆等措施。
3.5.1.4串孔
串孔是指在某一孔口正常灌浆时，浆液从相临孔口返出，说明钻孔在地下有通道相通。及时填堵被串孔，待灌浆孔高喷灌浆结束后，立即进行被串孔的扫孔，进行高喷灌浆或继续钻进至设计高程。
3.5.2凡经特殊处理的渗漏段，待孔口返浆后均将喷射管下至原不返浆的最下位置，再进行正常喷射（复灌），确保防渗墙墙体质量。
3.5.3注意高压设备及管路系统，其压力和流量必须满足设计要求。
4 工程质量检查
灌浆结束后，可采用大开挖检查、钻孔取芯检查、围井注水试验等方法对防渗墙体进行质量检查和综合质量评定。
4.1大开挖检查
沿墙体两侧或一侧进行开挖，挖深一般2.0-2.5m。用肉眼直观检查Ⅰ序、Ⅱ序孔喷射距离、衔接情况，在不同部位横向打孔取芯检查墙体厚度、强度等项指标。
4.2钻孔取芯检查
高压旋喷墙完成14天后，可在墙体上布置钻孔取芯。检查孔孔位布置在墙体中心线上的相邻两孔喷射墙体的搭接处，自上而下分段钻孔、取芯和进行静水头压水试验。每个单元工程可布置1个检查孔。从取芯情况看，坝基粉土、黏土、粉土质砂、中粗砂、细砾段抽芯芯样较完整，水泥胶结较好，芯样抗压强度一般在12MPa以上。
4.3围井注水试验
在高压旋喷墙完成7天后进行，围井宜布置在地层复杂、漏浆严重或可能存在质量缺陷等部位，以高压旋喷墙为一侧井壁，进行布孔和灌浆形成井型封闭式墙体，并对井底进行封闭，在围井内钻孔进行注水或抽水试验。围井各面墙体轴线围成的平面面积，砂土、粉土层中不小于3.0m2，砾石、卵石层中不小于4.5m2。测得注水试验渗透系数在6.22×10-7cm/s— 2.78×10-6cm/s，达到设计要求。
结语
高压旋喷灌浆技术在水库除险加固工程中得到了很好的应用，它具有施工速度快、施工条件要求低、固结体强度大且耐久性好、工程造价适中等优点，随着这项技术逐步成熟，必将在更多的防渗工程中推广和使用。
参考文献
[1]DL/T?5200-2004 ，水电水利工程高压喷射灌浆技术规范[S].
[2]曾斌，高压喷射灌浆在土坝坝基防渗工程中的应用[J]. 哈尔滨：黑龙江水利科技，2010，38（4）：26—27.
[3]王其升，高压摆喷灌浆技术在围堰防渗中的应用[J]. 武汉：岩石力学与工程学报，2004，23（2）：248—252.
[4]吕福财，朱建华，于幸成，论高压摆喷灌浆技术在清河水库土坝防渗工程中的应用[J]. 北京：中国新技术新产品，2008，11：29.
