高压喷射灌浆施工：双管法和超高压技术

1.施工方法

（1）单管法。采用高压灌浆泵以大于20 MPa的高压将浆液从喷嘴中喷出，冲击、切割周围地层，并充填和渗入地层的空隙，并和被强烈扰动后地层中的土石颗粒、碎屑掺混搅和，硬化后形成凝结体。该法施工简易，但有效范围较小，在防渗工程中很少采用。

（2）双管法。超高压和大流量是双管法主要特点：直接用浆、气喷射入地层，浆压高达45～50MPa，浆量150～200L/min，气压1～1.5MPa，气量8～12m3/min。采用高性能的高喷设备，使射浆有足够的射流强度和比能，对地层进行切割掺混搅拌。由于浆液黏度较大，对地层内细小颗粒的升扬转换作用明显，相应的凝结体内水泥含量多，强度高。这种施工方法工效高，质量优，效果好，尤其适用于处理地下水丰富、含大粒径块石、孔隙率大的地层，有条件时宜优先选用该法。

（3）三管法。用水管、气管、浆管（三管可以并列，也可同轴布设）组成喷射杆，杆底部设置有喷嘴，气、水喷嘴在上，浆液喷嘴在下。高喷时，随着喷射杆的旋转和提升，先是高压水和气的射流冲击振动地层土体，呈翻滚松散状态；随后以低压注入浓浆掺混搅拌，硬化后形成凝结体。常用的工艺参数；水压38～40MPa，气压0.6～0.8MPa，浆压0.3～0.5MPa。目前我国高喷施工尚多采用这种方法，施工设备价廉易购，高喷质量一般可满足设计要求。

（4）新三管法。首先用高压水和气冲击切割地层土体，然后再用高压浆对地层土体进行二次切割和喷入。气、水喷嘴和浆液喷嘴铅直间距约0.5～0.6m，由于水的黏性小，易于进入较小空隙中产生水楔劈裂效应，对于冲切置换细颗粒有较好的作用。高压浆液射流对地层二次喷射不仅增大喷射半径，使浆液均匀注入被喷射地层，而且由于浆液喷嘴和气、水喷嘴间距较大，水对浆的稀释作用减少，使实际灌入的浆量增多，提高了凝结体的结石率和强度。该法高喷质量优于三管法，适用于含较多密实性充填物的大粒径地层，常用的工艺参数：水压40MPa，气压1.0MPa，浆压20～30MPa。

2.高压喷射灌浆材料

选用高喷材料应根据工程特点和高喷目的及要求而定。高喷多采用水泥浆，采用普通硅酸盐水泥，水泥强度等级为32.5或42.5，为增加浆液的稳定性，有时在水泥浆液中加入少量的膨润土。对凝结体性能有特殊要求时，有时需在水泥浆液中加入较多的膨润土或其他类掺合料。

地基防渗高喷施工使用三管法，为简便计，多用纯水泥浆，一般规定：进浆密度不小于1.60g/cm3，变化范围可在1.60～1.80g/cm3（相应水灰比约为0.8∶1～0.5∶1）。

地基加固的高喷施工一般均采用纯水泥浆。实践表明，浆液水灰比在0.8∶1～1∶1范围内对凝结体抗压和抗折出强度的影响不很大，影响凝结体抗压强度的主要因素是地层组成的成分和颗粒的强度及级配。

采用新三管法施工，由于先是气、水喷射，而后压灌浆液，灌浆易被先喷入的水稀释，故通常使用水灰比不大于1∶1的浓浆。采用双管法施工，因不用水喷射，无稀释作用，所以水泥浆的水灰比值相对来讲可以稍大些。

重要工程高喷材料和配合比应根据设计对防渗体提出要求，通过室内和现场试验确定。

3.高压喷射灌浆施工设备

三管法、新三管法、双管法所用的主要设备见表2-5。

（1）钻机。高喷施工钻孔深度多不超过50m，遇一般砂卵（砾）石层，可使用钻孔深度100m或300m的钻机泥浆固壁钻孔。如果钻进效率低或遇地质条件复杂、含大粒径块石地层，使用泥浆固壁无效时，可改用跟管钻进钻机，边钻进，边跟入套管的方法，护住孔壁。

表2-5　高压喷射灌浆施工主要设备表

（2）高压水泵。仅在三管法和新三管法中采用高压水泵，压力和流量需满足高喷技术要求。

（3）灌浆泵和空压机。双管法高喷施工的特点就是超高压力、特大流量，所以要求浆泵的压力高（宜达60～80MPa），流量大（宜大于10m3/min）。新三管法是1996年在长江三峡工地围堰生产性高喷试验首次试用的，由原三管法的低压灌浆改进为20～30MPa的高压灌浆，随之也要求适当提高气压，所以需采用相应的高压灌浆泵和气压稍高的空压机。三管法对灌浆泵和空压机无特殊要求。

（4）搅浆、制浆系统设备。搅浆、制浆系统设备能满足供浆（三管法100L/min，双管法150L/min）需要即可。

（5）测斜仪。要求备用高精度的测斜仪器，满足偏斜率不大于1%的要求。

（6）高喷自动检测系统。我国高喷自动检测系统仍处于研制和试用阶段，定型产品尚未问世，今后应继续研制，促其尽快实现。

4.高压喷射灌浆施工工艺

（1）钻孔：

1）泥浆固壁回转（或冲击）钻进。造孔过程中做好充填堵漏，使孔内泥浆保持正常循环，返出孔外，直至终孔。

2）跟管钻进。边钻进，边跟入套管，直至终孔。

钻进时应注意保证钻机垂直，偏斜率宜不大于1%，对于深度大于30m的高喷钻孔，难度较大。例如，小浪底围堰高喷灌浆试验，总计29个孔，孔深32～40m，偏斜率最大1.12%，最小0.45%，平均0.89%，其中大于1%的9个孔（占31%），小于1%的20个孔（占69%，其中小于0.5%的3个孔）。

（2）下入喷射杆：(www.xing528.com)

1）泥浆固壁的钻孔，可以将喷射杆直接下入孔内，直到孔底。

2）跟管钻进的钻孔，有两种情况：①拔管前在套管内注入密度大的塑性泥浆，注满后，起拔套管，边起拔，边注浆，使浆面长期保持与孔口齐平，直至套管全部拔出，而后再将喷射杆下入孔内直至孔底；②先在套管内下入管壁有窄缝的PVC塑料管，直至套管底部，起护壁作用，而后将套管全部拔出，再将喷射杆下入到塑料管底部。

（3）高喷施工。施工中所用技术参数因使用主喷的方法不同而异，所用的灌浆压力不同，提升速度也有差异。在同类地层中，双管法超高压灌浆的提升速度比三管法快。

（4）高喷施工注意的问题。对各类地层而言，若使用同一种施工方法，则水压、浆压、气压的变化不大，唯有提升速度变化比较大，是影响高喷质量的主要因素。一般情况下，确定提升速度应注意下列几个问题：

1）因地层而异，在砂层中提升速度可稍快，砂卵（砾）石层中应放慢些，含有大粒径（40cm以上）块石或块石比较集中的地层应更慢。

2）因分序而异，先序孔提升速度可稍慢，后序孔相对来讲可略快。

3）高喷施工中发现孔内返浆量减少时宜放慢提升速度。

5.高压喷射灌浆质量检查

（1）钻孔检查。当高喷凝结体具有必要强度后，进行钻孔检查。

1）钻取岩芯，观察浆液注入和胶结情况，测试岩芯密度、抗压和抗折强度、弹性模量等物理力学性能以及渗透系数、渗压比降等防渗性能。

2）在钻孔内进行注水或压水试验，实测高喷凝结体的渗透系数。

3）利用钻孔，对高喷凝结体进行贯入试验，测试高喷凝结体的密实度。

（2）对围井进行质量检查。在高喷防渗板墙一侧加喷几个孔，与原板墙形成三角形或四边形围井，底部用高喷或其他方法封闭，还可测高喷孔的偏斜率。

1）在井中心钻孔，进行注水或压水试验。

2）在井内井行开挖，直观高喷防渗板墙构筑情况，查看井壁有无较为集中的渗流，还可测试高喷孔的偏斜率。

3）开挖后，在井内做注入水或抽水试验，测试高喷防渗板墙体渗透系数。

（3）整体效果检查：

1）作为坝基防渗墙体，可在其上、下游钻孔进行水位观测或从下游孔中抽水，观测水位恢复情况。通过高喷前后的水位变化，分析防渗效果。

2）作为围堰防渗墙体，待基坑开挖后，测试基坑排水量，这是最直接检验防渗质量的方法，以此作为依据对高喷防渗墙质量做出整体评价。

（4）计算渗透系数。根据达西公式计算，围井井内开挖后，在井内做注水（或抽水）试验时经常采用计算公式为

式中　K——渗透系数，m/d；

　　　Q——单位时间内注入的水量，m3/d；

　　　A——围井侧面积，m2；

　　　B——估计高喷板墙的厚度，m；

　　　H——试验水头，m。

在钻孔内进行注（压）水试验时，可根据试验实际条件，选用相应的渗透系统计算。