高壓噴射灌漿技術課件

高壓噴射灌漿技術廣西電力工業(yè)勘察設計研究院1概述高壓噴射灌漿技術最早是由日本在上世紀60年代創(chuàng)造出來的一種全新施工方法，80年代以后，高壓噴射灌漿技術在國外得到了迅速發(fā)展，尤其在水利工程的防滲方面。高噴在國外的發(fā)展高壓噴射灌漿技術從70年初代引進中國至今已經有30多年的歷史，開始主要用于軟土地基加固，到了80年代開始用于堤壩基礎防滲，在此期間該技術得到了迅速的發(fā)展。我國高噴的引進通過多年的室內試驗和工程實踐，高壓噴射灌漿所適應的地層，由80年代的中細砂擴展到包括漂石層在內的所有第四系地層。高噴可用于所有松散層三重管→三列管，施工故障率減少高噴成孔多樣化，如振動鉆進成孔大顆粒地層、動水條件下的高噴灌漿防滲新工藝高壓氣、高壓漿淤泥地層高噴我國高噴的新進展2004年10月20日，國家發(fā)改委正式發(fā)布《水電水利工程高壓噴射灌漿技術規(guī)范》DL/T5200-2004，并于2005年4月1日正式實施高噴最新規(guī)范高噴灌漿有良好的可控性及可灌性。施工速度快，效果好，應用范圍廣可以根據工程的需要，采用旋、定、擺高噴灌漿工藝，構造出各種形式的防滲凝結體防滲體間的連接、防滲墻與下部基巖的連接，這些都是其它防滲形式無法相比的。高噴具有獨特優(yōu)點基礎處理的深度是基礎處理技術上難度很大且又重要的一項技術指標,目前施工深度最大已經達到90m，比較有把握的深度是50m以內。規(guī)范規(guī)定：在深度大于30m的卵石層內進行高噴，宜采用兩排或者旋噴套接。高噴處理的深度高壓噴射灌漿技術同其它防滲技術一樣，具有一定的適用范圍，只有根據工程的要求、地質條件和地下水情況選用相應的高噴灌漿方法、工藝和參數才能取得滿意的效果。高噴需要結合實際高壓噴射灌漿的適用范圍：淤泥質粘土、粉土、砂土、礫石、卵石、碎石等松散透水地基或者填筑體內的防滲工程的高壓噴射灌漿。對含有較多漂石或者塊石的地層，應該進行現場高壓噴射灌漿試驗，以確定其適用性。高噴適用的范圍2高壓噴射灌漿作用機理高噴灌漿的機理是置換灌漿，通過高壓水（漿）、氣同軸噴射，在提升過程中，高壓水（漿）、氣射流使土體被沖切，經高壓水（漿）、氣的攪拌作用成為泥漿，同時由下而上灌注純水泥漿或水泥砂漿，使泥漿被升揚置換到地面，形成滲透系數小，具有一定強度的凝結體，達到防滲和提高地基承載力的作用。

高噴灌漿作用機理灌注漿液只在射流作用范圍內擴散充填，有著較好的可灌性和可控性。高噴灌漿凝結體是多種因素綜合作用的結果，工作條件和地層因素起主導作用。從理論和工程實踐分析，高噴灌漿的作用機理主要有以下5個方面：高噴灌漿作用機理應用高壓、高速具有高動能的射流沖擊破碎土體造槽，并使?jié){液與被沖切下來的土體顆?；旌稀娚鋲毫Ω哌_30-60Mpa，具有極大的沖擊破碎土體的能量。射流動能P＝m×V2／2，增加射流的壓力，對提高射流動能P有明顯的作用。①沖切摻攪作用實行水氣、漿氣噴射時，壓縮空氣除了起保護射流束的作用外，能量釋放過程產生的氣泡能攜帶被沖切下來的土體顆粒沿孔隙內上升揚到孔口。這樣，土體部分顆粒被升揚置換出地面。同時漿液灌入地層，使地層組成成分產生變化。②升揚置換作用射流束末端，能量衰減，雖不能沖切土體，但對土體產生擠壓力，同時噴射結束后，靜壓灌漿作用仍在進行，對周圍土體和漿液不斷產生擠壓作用，促使凝結體與周圍土體結合更為緊密。③充填擠壓作用噴射灌漿過程中除在沖切范圍內形成凝結體外，還可以向沖切范圍外的土體產生漿液滲透作用，形成滲透凝結層，其厚度與地層的級配及滲透性有關。④滲透凝結作用在射流沖切摻攪過程中，若遇大顆粒如卵漂石等，則隨著自下而上的沖切摻攪，在沖擊震動力作用下，大顆粒將產生位移，被漿液袱裹；漿液也可沿著大顆粒間孔隙周圍直接產生袱裹凝結作用，亦即該法可用于卵漂石地層及堆石體的原理。

⑤位移包裹作用3高壓噴射灌漿的主要設備造孔一般不超100m，多采用地質鉆機。一般地層常用XY－4、GJ－150、GQ－80型液壓鉆機。漂石、卵石地層常用SH－30型等具有沖擊功能的沖擊鉆機。造孔困難的地層，一般采用GQ－80型液壓鉆機沖擊造孔，或者采用SPJ－300鉆機。造孔設備常用3D2－S高壓柱塞泵，額定壓力50或者70MPa，流量75或者50L/min,電動機功率75KW。高壓水泵以前經常采用低壓注漿泵現在已經有壓力高達60MPa的高壓泥漿泵，與高壓水泵相當，但磨損比較大。常用的高壓泥漿泵有SNC－H300型水泥注漿車上的泥漿泵和采用日本技術生產的PP－120高壓注漿泵。高壓泥漿泵在水射流周圍形成環(huán)形氣幕，保護水射流的作用，改善水射流的噴射條件，減緩其壓力損失，增加射流的沖切能量。此外，還起摻攪及升揚置換作用。加大氣體流量可加厚孔口處的板墻?？諌簷CWJ80或者JS300型臥式攪漿機。JJS－2B、JJS－10型立式攪漿機。ZJ－400噴射式攪漿機攪漿機三管噴射裝置塔架提升機構（卷揚機）旋、定、擺機構液壓系統(tǒng)GS500－4型，液壓底盤高噴臺車4高噴施工的主要程序驗證設計參數正式施工開挖圍井注水圍井試驗高噴施工質量檢查高噴主要施工過程高噴灌漿的主要工藝流程放樣→鉆孔→高噴機就位→地面試噴→下噴管到孔底→送水漿氣→慢速提升擺噴→靜壓灌漿回填→管路沖洗回填灌漿慢提升下管試噴鉆孔高噴灌漿的主要工藝流程5高壓噴射灌漿的主要形式水泥漿高壓水空氣三管法水泥漿單管法水泥漿高壓水二管法高壓水水泥漿二管法高噴灌漿的三種方法單管法、二管法、三管法高噴灌漿示意圖通過單根管路，利用高壓漿液（25～40MPa），噴射沖切破壞土體，成樁直徑為0.40～0.80m。其加固質量好，施工速度快和成本低，但固結體直徑較小。單管法在單管法的基礎上又加以壓縮空氣，并使用雙通道的二重灌漿管。在管的底部側面有一個同軸雙重噴嘴，高壓漿液以20MPa左右的壓力從內噴嘴中高速噴出，在射流的外圍加以0.7MPa左右的壓縮空氣噴出。在土體中形成直徑明顯增加的柱狀固結體，達0.80～1.50m。二管法使用水、氣、漿三種介質的三重灌漿管。高壓水、氣同軸向兩側噴射，水泥漿向下流出，充滿切出的空間。高壓水射流在氣流的保護下沖切破壞土體。圓筒狀的空氣射流，可以減少水射流與周圍介質的摩擦，避免水射流過早霧化，增強水射流的切割能力。三管法水電工程防滲灌漿中經常使用三管法，后面也是側重介紹三管法，高噴頭常見的是雙噴頭，水氣向兩側噴射，水泥漿液向下流出，可以保持高噴管的平衡。

水電工程防滲多用三管法定噴，適用于粉土、砂土。擺噴，適用于卵礫石層、碎石層。旋噴，適用地層廣，造價也高。高噴灌漿的三種形式旋噴套接，有單排、雙排和三排。旋噴擺噴/旋噴定噴搭接。擺噴對接/折接。（一般不用對接）定噴折接。高噴板墻的結構形式貴港庫區(qū)新平堤高噴平面大樣高噴板墻連接平面圖6高壓噴射灌漿參數高壓水壓力35～40MPa，流量75L/min壓縮空氣壓力0.7～0.8MPa，流量1～2m3/min水泥漿液壓力0.2～0.3MPa，流量80L/min，比重1.6～1.8貴港庫區(qū)新平堤高噴參數地面冒（回）漿比重大于1.3提升速度粘土層100～150mm/min砂卵石層60～100mm/min擺動速度10～15°/min擺噴角度30°貴港庫區(qū)新平堤高噴參數7漿液材料水泥是噴射灌漿的基本材料，水泥類漿液可分為以下幾種類型。①普通型漿液②速凝－早強型③高強型高噴漿液的類型一般采用普通硅酸鹽水泥，不加任何外加劑，水灰比一般為0.6：1～1.5:1（相應密度1.7~1.4g/cm3），固結體的抗壓強度(28d)最大可達0.5～12MPa，適應于無特殊要求的工程。普通型漿液適于地下水位較高或要求早期承擔荷載的工程，需在水泥漿中加入氯化鈣、三乙醇胺等速凝早強劑。摻入2%氯化鈣的水泥－土的固結體的抗壓強度為1.6MPa，摻入4%氯化鈣后為2.4MPa。速凝－早強型漿液噴射固結體的平均抗壓強度在20MPa以上。可以選擇高標號的水泥，或選擇高效能的擴散劑和無機鹽組成的復合配方等。高強型漿液在水泥漿中摻入2～4%的水玻璃，其抗?jié)B性有明顯提高。如工程以抗?jié)B為目的，最好使用“柔性材料”?？稍谒酀{液中摻入10～50%的膨潤土(占水泥重量的百分比)。此時不宜使用礦渣水泥。

水玻璃、膨潤土8高壓噴射灌漿固結體的特性噴射范圍應在現場通過試驗確定。高噴固結體的范圍大小與土的種類和其密實程度有較密切的關系，不同的噴射種類和噴射方式所形成的固結體大小也不相同。定噴的噴射能量集中，噴射范圍比較大。噴射有效范圍粉土2.2m±0.3m粘性土2.0m±0.3m砂土2.5m±0.3m礫卵石1.2m±0.3m三管高噴的有效直徑粉土0.5MPa~3MPa粘性土0.5MPa~4MPa砂土1.5MPa~5MPa礫卵石3.0MPa~12MPa三管高噴體的抗壓強度粉土10-5cm/s

～10-6cm/s粘性土10-6cm/s

～10-7cm/s砂土10-5cm/s

～10-6cm/s礫卵石10-4cm/s

～10-5cm/s三管高噴體的滲透系數9高噴時應注意的事項①灌漿深度大時，易造成上粗下細的固結體，影響固結體的承載能力或抗?jié)B作用，因而需采用增大壓力和流量或降低旋轉和提升速度等措施補救；

當高噴深度太大時②當發(fā)現地面冒漿量不足而影響工程質量時，可采用復噴技術；也可采用減慢提升速度等措施。當地面冒漿量不足時③當冒漿量大于灌漿量的20%時，可采用提高噴射壓力、縮小噴嘴直徑、加快提升速度和旋轉速度等措施，對冒出的漿液，可回收利用；當地面冒漿量過大時④噴灌結束后的漿液有析水現象，可造成固結體頂部出現凹穴，對地基加固及防滲不利。為此，可采用回填返回地面的濃漿或在漿液中添加膨脹材料等措施預防。灌漿孔內漿面下沉時⑤高壓水泵是高壓噴射灌漿中的關鍵設備，要求壓力和流量能在一定的范圍內調節(jié)。

要保證高壓水泵的壓力⑥對于漏失特別大的地層和孔段，下噴具前預先注入膏狀泥漿進行噴灌前預堵漏。在噴灌過程中，對于不返漿的地層和孔段，為了防止?jié){液嚴重漏失，提高預注漿和高噴效果，采用間隔提升的辦法當漿液漏失特別大時間隔提升即靜灌→靜噴→噴灌、提升→靜噴→噴灌、提升→……→噴灌、提升→孔口，以保證灌入足夠漿液，避免出現漿液脫空區(qū)。在架空地層和滲漏通道，采用靜灌、加濃漿液、孔口摻砂、水玻璃和鋸末等措施，直到孔口返漿符合要求為止。當漿液漏失特別大時10高噴固結體的質量檢查在板墻一側增加噴孔，與板墻形成封閉圍井，在井中進行壓水和抽水兩種試驗，或觀測井內外水位，多用于防滲效果檢查。

圍井注水試驗待漿液凝結具有一定的強度后，即可開挖檢查固結體垂直度、形狀和質量；開挖直觀檢查從固結體中鉆取巖芯，進行室內物理力學性能試驗。在鉆孔中做壓水或抽水試驗，測定其抗?jié)B能力；鉆孔取心試驗在旋噴固結體的中部可進行標準貫入試驗，通過試驗可以估算其承載力等。標準貫入試驗靜載荷試驗分垂直和水平靜載荷試驗兩種。試驗時，需在受力部位澆筑0.2～0.3m厚的混凝土層；靜載試驗11高噴的新進展及存在問題三重管→三列管，施工故障率減少三重管是由同心園狀的管組成，很容易造成堵管、串漿、串氣等。三列管是由三條并列的管組成，故障率少得多。三重管→三列管回轉鉆進，如常規(guī)地質鉆機沖擊鉆進，沖擊鉆，如阿托拉鉆機振動鉆井，鉆灌一體化設備鉆孔護壁：泥漿、特制PVC管等造孔方法多樣化鉆頭與高噴頭組裝在一起，采用振動鉆進到預定深度，然后慢慢提升噴射，實現了鉆灌一體化。振孔高噴施工速度快，可10個孔同時鉆進并一次提升。如長江大堤高噴加固時曾經采用這一技術。振孔高噴目前我國已經有不少施工單位掌握了大顆粒動水條件下的高噴技術。如圍堰基礎下的漂石層灌漿。主要是采用雙高壓法、添加水玻璃等措施。水壓力可以達到90MPa以上。大顆粒、動水條件高噴噴射管分上下兩層，上層是高壓水及壓縮空氣，下層是高壓漿液，均向兩側噴射，高壓水、漿的壓力均在40MPa以上。實際上是進行了二次切割土體，高壓漿液的噴射動能比高壓水大得多，所以其噴射的效果特別好，有效直徑大，形成的高噴固結體強度比常規(guī)三管法要大很多。三管雙高壓高噴三管雙高壓噴射設備高噴固結體凝結時間長噴射方式、提升速度對水泥消耗量影響很大。高噴時冒出地表的漿液帶走部分水泥高噴的每m價格：一般是定噴300－400元，擺噴500－700元，旋噴800－1000元。高噴水泥消耗量比較大施工單位、監(jiān)理單位的選擇都很重要。高噴施工技術性強，也比較容易造假，監(jiān)理責任性不強，水平不高的話對施工質量影響很大。有的施工單位，高噴管沒有下至孔底即進行提升噴射，造成孔底漏噴。加快提升速度、地面不冒漿也提升等。高噴施工質量控制難度大高噴施工過程中會產生大量的回漿，在城市中施工需要考慮環(huán)保問題，處理回漿比較頭痛。高噴施工回漿排放問題12高噴施工的一些體會靜壓灌漿借助壓力，使?jié){液沿孔隙或裂隙進入被灌地層，在含泥的砂層、砂卵石層中具有不可控、不可灌等特點，往往導致灌漿的失敗。高噴灌漿則是借助于35~40MPa的高壓射流沖擊破壞被灌地層結構，切削攪動地層，使水泥漿液與被灌地層顆粒摻混，形成水泥凝結體