喷射注浆法的基本工艺类型有:单管法、二重管法、三重管法和多重管法等几种方法。三管喷射法在防渗和基础加固工程是常用的方法。使用分别输送水、气、浆3种介质的注浆管,在以高压泵产生30 MPa以上的高压水喷射流的周围,环绕一股0.7M Pa左右的圆筒状气流。水气同轴喷射冲切土体,形成较大的空间,另再由泥浆泵注入压力为2～5 MPa的水泥浆液填充,同时与射流形成的泥浆搅拌混合,按一定浆土比例和质量大小有规律地重新排列。混合浆液凝固后便在土中形成一个固结体。

  由于高压喷射灌浆是正在发展中的新技术,理论尚不成熟,实践经验不多,质量受地质条件的制约较大[5-7],为寻求适合该地质环境的合理工艺及其施工参数,保证高压喷射灌浆工程技术可靠、经济合理,按设计的基本要求进行高压喷射灌浆现场试验,检验浆液的有效扩散半径和高压喷射防渗板墙的渗透性能,以验证设计中所采用的施工工艺参数及技术方法的有效性与可靠性,从而确定合理的孔距、孔深、灌浆压力等施工工艺参数和有关技术标准,为今后坝体的防渗帷幕墙施工和同类型堤坝的渗漏治理提供依据。

  广东省博罗县显岗水库加固除险工程对主坝桩号0-001.5～0497.83,2-4号副坝等坝体采用高压摆喷灌浆。主坝及副坝地层主要为第四系地层大面积覆盖。按其成因分为人工堆积(Qs),冲积(Qal)和残坡积(Qedl);下伏基岩。覆盖根据物质组成划分为:①层为混凝土砖及泥结石路面;②层为素填土;③层为粉质黏土;④层为含泥中粗砂;⑤层为含泥圆砾;⑥层为砂质粉质黏土,基岩为黑云母花岗片麻岩。

  相对而言,而钻孔法的限制在于:①主要适用于厚度较大的和深度较小的高喷墙;②钻孔检查在相应部位高喷灌浆结束28 d后才可进行;③每个单元工程需要布置一个检查孔;④检查孔需自上而下分段钻孔、取芯和进行静水头压水试验;⑤钻孔法检查尚无计算K值的合理方法和公式,仅以《水工建筑物水泥灌浆实施工程技术规范》DL/T 5148-2001为参考标准,并推荐计算透水率q作为质量评定标准。

  本工程采用三管法高压摆喷灌浆,即高速射流为高压清水,高压清水用以切割地层破坏原始地状使水泥浆与地层中的物质结合形成水泥板墙;其外侧同时环绕压缩空气用以保护高压清水不过早降低能量而使射程更远并且升扬置换将高压清水切割下的物质排至地面;水泥浆液用灌浆泵(定量泵)进行灌注。喷射管有三根管子组成,三管并列,高喷灌浆时,三管分别输送水、气、浆三种介质。

  如图3、图4分别为围井1号坝段(主坝)、4号坝段(副坝)检测位置示意图。1号坝段(主坝)检测位置为:坝0304.00。4号坝段(副坝)检测位置为:距基准点 73 000mm。

  ④合理确定成墙厚度和宽度:高压喷射灌浆机理表明,影响板墙厚度和宽度的重要的因素是喷射压力、摆喷角以及地层条件,而提升速度和浆液密度则直接影响防渗板墙的防渗性能。在检验测试过程中,应根据不同地质条件进行现场试验,准确检测成墙厚度和宽度。

  ⑤检测过程的质量保证:保持测量仪器不更换,保持测量计时器不更换,测量方法保持固定,测量人员保持固定,测量计时的间隔数保持固定。

  【作者单位】武汉大学,水利水电学院,武汉,430072;广东省水利水电科学研究院,广州,510610;广东省水利重点科研基地,广州,510610;广东省水利水电科学研究院,广州,510610;广东省水利重点科研基地,广州,510610;广东省水利水电科学研究院,广州,510610;广东省水利重点科研基地,广州,510610

  在工程施工中,高压喷射灌浆法[4]是利用钻机把注浆管钻进至土层的预定位置后,用高压设备使浆液或水、气成为20 MPa以上的高压流从喷嘴中喷射而出,冲击破坏土体,同时钻杆以一定速度逐渐向上提升,将浆液与土颗粒强制搅拌混合后形成新的固结体。固结体的形状和喷射流动的方向有关。大体上分为旋转喷射(旋喷)、定向喷射(定喷)和摆动喷射(摆射)。

  在广东省病险水库的加固除险中,高压喷浆技术应用比较普遍,在工程实践中也有较成功的案例。据调查,广东省的病险水库占大中型水库大坝的90%,其中约有60%为土石坝。因此,高压喷射灌浆技术在广东省水利工程中有其广泛的应用前景。

  高压喷射灌浆技术自身的特点和要求,决定了防渗墙的质量是防渗性能技术成功的关键,也是工程能否顺利实施的关键,因此应加强其防渗性能质量检验方法的研究。但截止目前,质量检测仍存在一定的难度,亟需加强研究和技术开发工作。

  本文在简要介绍高压喷射灌浆技术原理的基础上,着重分析围井试验法对垂直防渗板墙防渗性能检测的优势、基本方法、原理及检测数据处理,并结合工程检测实际,对围井法在病险水库高压喷射灌浆工程中的应用进行了初步的探讨。

  高压喷射灌浆[1-3]通常称为高喷,是一种采用高压水或高压浆液形成高速喷射流束,冲击、切割、破碎地层土体,并以水泥基质浆液充填、掺混其中,形成桩柱或板墙状的凝结体,用以提高地基防渗或承载能力的施工技术。通常分为灌浆法、高压喷射灌浆法和搅拌法3类。

  试验前需将清水注入围井中注水管底部,对注水管进行清洗,直至注水管口返出清澈水。注水试验时,确保注水管中水位稳定在注水管的管口高程,在注水流量稳定后计量注水量。

  高压喷射灌浆技术起源于20世纪70年代的日本,我国于80年代初引进,水利部规划设计总院于1990年11月在成都召开会议,将这项技术列为“八五”期间全国水利水电系统推广应用的新技术之一,主要应用于水利工程的防渗处理和地基加固。水利工程的基础防渗处理是工程施工中尤为重要的环节,当基础土质较差,渗透性较强时,在水流的作用下基础的危害很大。

  高压喷射灌浆构筑防渗板墙属地下隐蔽工程,其施工质量的好坏不易直接观察。为了确保水库达标除险,必须全面客观的掌握防渗墙的防渗效果。围井检测法有许多影素,结合工程实践,初步认为有以下关键点。

  ①设计具有针对性的检测方案:结合系统的、可靠的技术标准、工艺要求,以及工程实际和施工方的施工经验,建立现实的针对性强的检测方案。应首先全面深入查阅施工记录,对于施工过程中,如孔位、孔斜、喷射管下入孔底深度、注入浆液比重、浆液流量、水压力、气压力、摆动速度、摆角和提升速度等工艺参数,均要求施工记录及时、真实、准确、完整。

  根据墙体结构形式和深度,高喷墙防渗性能的检查方法主要有围井法和钻孔法。两种方法均属于抽样检查,重点应在地层复杂部位、漏浆严重部位、可能存在质量缺陷部位实施检查。

  工程中的围井是以被检测的高喷墙段为一边,在其一侧用同样的方法构筑的封闭形井状结构物。围井法的优点:①理论明确:围井法基于达西定理计算渗透系数值,成果可信;②简便易行:每3～5个单元布置一个围井就可检查;③时效性强:在高喷灌浆结束7 d后即可进行,如需要开挖或取样,在14 d后即可进行;④应用广泛:围井法适用于所有结构形式的高喷墙。

  本文在简要介绍高压喷射灌浆技术原理的基础上,通过围井法、钻孔法的初步对比,着重分析围井试验法对垂直防渗板墙防渗性能检测的优势,并结合工程检测实际,对围井法在病险水库高压喷射灌浆工程中的应用进行了初步的探讨,说明围井法在病险水库高压喷射灌浆工程中是有较好的应用,本文进一步提出了围井法检测的关键点对于今后类似工程有一定的参考意义。

  在水利工程实际中,围井法时间更短,检测量宜于工程实施,更能反映工程的实际质量,因此,选定围井法作为防渗性能质量的检测的新方法。

  围井渗透性检测现场试验方法及计算公式均依据文献[1],本次试验采用了注水试验。

  围井渗透性试验[8-9]原理:在已构造好的围井中钻一试验孔,通过向该试验孔中注水,在围井截渗墙内外建立起渗透水位差。在保持水位差不变化的情况下,通过墙体稳定渗透量的数值大小就直接反映了截渗墙的抗渗性能。利用达西定律可计算出墙体渗透系数K值。具体如图1所示。

  ②准确监测地下水位:检查前必须实时测量地下水位,地下水位应参照大坝水位观测孔或相应位置处大坝监测的测压管。

  ③确保注水孔的质量和检测流程:在围井内钻注水孔,孔深小于封底深度,下PVC过滤管,周围包滤网,确保滤管下入深度距封底顶部小于0.5 m。检查前必须先洗孔,需洗孔完成后进行注水饱和(注水量稳定后视为饱和),饱和后才可进行注水试验。

  式中:K—渗透系数(m/d);Q—稳定流量(m3/d);t—高喷墙平均厚度(m);L—围井周边高喷墙轴线长度(m);H—围井内试验水位至井底的深度(m);h0—地下水位至井底的深度(m)。

  【摘 要】在简要介绍高压喷射灌浆技术原理的基础上,着重分析围井试验法对垂直防渗板墙防渗性能检验测试的优势,并结合工程检验测试实际,对围井法在病险水库高压喷射灌浆工程中的应用进行了初步的探讨,提出了围井法检测的关键点.