高壓噴射灌漿技術(shù)課件

高壓噴射灌漿技術(shù)廣西電力工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院1概述高壓噴射灌漿技術(shù)最早是由日本在上世紀(jì)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(shù)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(shù)從70年初代引進(jìn)中國至今已經(jīng)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(chǔ)防滲，在此期間該技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。我國高噴的引進(jìn)通過多年的室內(nèi)試驗(yàn)和工程實(shí)踐，高壓噴射灌漿所適應(yīng)的地層，由80年代的中細(xì)砂擴(kuò)展到包括漂石層在內(nèi)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(dòng)鉆進(jìn)成孔大顆粒地層、動(dòng)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(jìn)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(shù)規(guī)范》DL/T5200-2004，并于2005年4月1日正式實(shí)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(yīng)用范圍廣可以根據(jù)工程的需要，采用旋、定、擺高噴灌漿工藝，構(gòu)造出各種形式的防滲凝結(jié)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(dú)特優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)處理的深度是基礎(chǔ)處理技術(shù)上難度很大且又重要的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo),目前施工深度最大已經(jīng)達(dá)到90m，比較有把握的深度是50m以內(nèi)。規(guī)范規(guī)定：在深度大于30m的卵石層內(nèi)進(jìn)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(shù)同其它防滲技術(shù)一樣，具有一定的適用范圍，只有根據(jù)工程的要求、地質(zhì)條件和地下水情況選用相應(yīng)的高噴灌漿方法、工藝和參數(shù)才能取得滿意的效果。高噴需要結(jié)合實(shí)際高壓噴射灌漿的適用范圍：淤泥質(zhì)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(nèi)的防滲工程的高壓噴射灌漿。對(duì)含有較多漂石或者塊石的地層，應(yīng)該進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)高壓噴射灌漿試驗(yàn)，以確定其適用性。高噴適用的范圍2高壓噴射灌漿作用機(jī)理高噴灌漿的機(jī)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(jīng)高壓水（漿）、氣的攪拌作用成為泥漿，同時(shí)由下而上灌注純水泥漿或水泥砂漿，使泥漿被升揚(yáng)置換到地面，形成滲透系數(shù)小，具有一定強(qiáng)度的凝結(jié)體，達(dá)到防滲和提高地基承載力的作用。

高噴灌漿作用機(jī)理灌注漿液只在射流作用范圍內(nèi)擴(kuò)散充填，有著較好的可灌性和可控性。高噴灌漿凝結(jié)體是多種因素綜合作用的結(jié)果，工作條件和地層因素起主導(dǎo)作用。從理論和工程實(shí)踐分析，高噴灌漿的作用機(jī)理主要有以下5個(gè)方面：高噴灌漿作用機(jī)理應(yīng)用高壓、高速具有高動(dòng)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粒混合。噴射壓力高達(dá)30-60Mpa，具有極大的沖擊破碎土體的能量。射流動(dòng)能P＝m×V2／2，增加射流的壓力，對(duì)提高射流動(dòng)能P有明顯的作用。①?zèng)_切摻攪作用實(shí)行水氣、漿氣噴射時(shí)，壓縮空氣除了起保護(hù)射流束的作用外，能量釋放過程產(chǎn)生的氣泡能攜帶被沖切下來的土體顆粒沿孔隙內(nèi)上升揚(yáng)到孔口。這樣，土體部分顆粒被升揚(yáng)置換出地面。同時(shí)漿液灌入地層，使地層組成成分產(chǎn)生變化。②升揚(yáng)置換作用射流束末端，能量衰減，雖不能沖切土體，但對(duì)土體產(chǎn)生擠壓力，同時(shí)噴射結(jié)束后，靜壓灌漿作用仍在進(jìn)行，對(duì)周圍土體和漿液不斷產(chǎn)生擠壓作用，促使凝結(jié)體與周圍土體結(jié)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(nèi)形成凝結(jié)體外，還可以向沖切范圍外的土體產(chǎn)生漿液滲透作用，形成滲透凝結(jié)層，其厚度與地層的級(jí)配及滲透性有關(guān)。④滲透凝結(jié)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(dòng)力作用下，大顆粒將產(chǎn)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(chǎn)生袱裹凝結(jié)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(shè)備造孔一般不超100m，多采用地質(zhì)鉆機(jī)。一般地層常用XY－4、GJ－150、GQ－80型液壓鉆機(jī)。漂石、卵石地層常用SH－30型等具有沖擊功能的沖擊鉆機(jī)。造孔困難的地層，一般采用GQ－80型液壓鉆機(jī)沖擊造孔，或者采用SPJ－300鉆機(jī)。造孔設(shè)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(dòng)機(jī)功率75KW。高壓水泵以前經(jīng)常采用低壓注漿泵現(xiàn)在已經(jīng)有壓力高達(dá)60MPa的高壓泥漿泵，與高壓水泵相當(dāng)，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(shù)生產(chǎn)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(hù)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(yáng)置換作用。加大氣體流量可加厚孔口處的板墻?？諌簷C(jī)WJ80或者JS300型臥式攪漿機(jī)。JJS－2B、JJS－10型立式攪漿機(jī)。ZJ－400噴射式攪漿機(jī)攪漿機(jī)三管噴射裝置塔架提升機(jī)構(gòu)（卷揚(yáng)機(jī)）旋、定、擺機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)GS500－4型，液壓底盤高噴臺(tái)車4高噴施工的主要程序驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)正式施工開挖圍井注水圍井試驗(yàn)高噴施工質(zhì)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(jī)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(zhì)量好，施工速度快和成本低，但固結(jié)體直徑較小。單管法在單管法的基礎(chǔ)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(cè)面有一個(gè)同軸雙重噴嘴，高壓漿液以20MPa左右的壓力從內(nèi)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(jié)體，達(dá)0.80～1.50m。二管法使用水、氣、漿三種介質(zhì)的三重灌漿管。高壓水、氣同軸向兩側(cè)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(hù)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(zhì)的摩擦，避免水射流過早霧化，增強(qiáng)水射流的切割能力。三管法水電工程防滲灌漿中經(jīng)常使用三管法，后面也是側(cè)重介紹三管法，高噴頭常見的是雙噴頭，水氣向兩側(cè)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(jià)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(duì)接/折接。（一般不用對(duì)接）定噴折接。高噴板墻的結(jié)構(gòu)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(shù)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(shù)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(dòng)速度10～15°/min擺噴角度30°貴港庫區(qū)新平堤高噴參數(shù)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(qiáng)型③高強(qiáng)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(yīng)密度1.7~1.4g/cm3），固結(jié)體的抗壓強(qiáng)度(28d)最大可達(dá)0.5～12MPa，適應(yīng)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(dān)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(qiáng)劑。摻入2%氯化鈣的水泥－土的固結(jié)體的抗壓強(qiáng)度為1.6MPa，摻入4%氯化鈣后為2.4MPa。速凝－早強(qiáng)型漿液噴射固結(jié)體的平均抗壓強(qiáng)度在20MPa以上?？梢赃x擇高標(biāo)號(hào)的水泥，或選擇高效能的擴(kuò)散劑和無機(jī)鹽組成的復(fù)合配方等。高強(qiáng)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(shí)不宜使用礦渣水泥。

水玻璃、膨潤土8高壓噴射灌漿固結(jié)體的特性噴射范圍應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)通過試驗(yàn)確定。高噴固結(jié)體的范圍大小與土的種類和其密實(shí)程度有較密切的關(guān)系，不同的噴射種類和噴射方式所形成的固結(jié)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(qiáng)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(shù)9高噴時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)①灌漿深度大時(shí)，易造成上粗下細(xì)的固結(jié)體，影響固結(jié)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(zhuǎn)和提升速度等措施補(bǔ)救；

當(dāng)高噴深度太大時(shí)②當(dāng)發(fā)現(xiàn)地面冒漿量不足而影響工程質(zhì)量時(shí)，可采用復(fù)噴技術(shù)；也可采用減慢提升速度等措施。當(dāng)?shù)孛婷皾{量不足時(shí)③當(dāng)冒漿量大于灌漿量的20%時(shí)，可采用提高噴射壓力、縮小噴嘴直徑、加快提升速度和旋轉(zhuǎn)速度等措施，對(duì)冒出的漿液，可回收利用；當(dāng)?shù)孛婷皾{量過大時(shí)④噴灌結(jié)束后的漿液有析水現(xiàn)象，可造成固結(jié)體頂部出現(xiàn)凹穴，對(duì)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(yù)防。灌漿孔內(nèi)漿面下沉?xí)r⑤高壓水泵是高壓噴射灌漿中的關(guān)鍵設(shè)備，要求壓力和流量能在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。

要保證高壓水泵的壓力⑥對(duì)于漏失特別大的地層和孔段，下噴具前預(yù)先注入膏狀泥漿進(jìn)行噴灌前預(yù)堵漏。在噴灌過程中，對(duì)于不返漿的地層和孔段，為了防止?jié){液嚴(yán)重漏失，提高預(yù)注漿和高噴效果，采用間隔提升的辦法當(dāng)漿液漏失特別大時(shí)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(xiàn)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(dāng)漿液漏失特別大時(shí)10高噴固結(jié)體的質(zhì)量檢查在板墻一側(cè)增加噴孔，與板墻形成封閉圍井，在井中進(jìn)行壓水和抽水兩種試驗(yàn)，或觀測(cè)井內(nèi)外水位，多用于防滲效果檢查。

圍井注水試驗(yàn)待漿液凝結(jié)具有一定的強(qiáng)度后，即可開挖檢查固結(jié)體垂直度、形狀和質(zhì)量；開挖直觀檢查從固結(jié)體中鉆取巖芯，進(jìn)行室內(nèi)物理力學(xué)性能試驗(yàn)。在鉆孔中做壓水或抽水試驗(yàn)，測(cè)定其抗?jié)B能力；鉆孔取心試驗(yàn)在旋噴固結(jié)體的中部可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，通過試驗(yàn)可以估算其承載力等。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)靜載荷試驗(yàn)分垂直和水平靜載荷試驗(yàn)兩種。試驗(yàn)時(shí)，需在受力部位澆筑0.2～0.3m厚的混凝土層；靜載試驗(yàn)11高噴的新進(jìn)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(zhuǎn)鉆進(jìn)，如常規(guī)地質(zhì)鉆機(jī)沖擊鉆進(jìn)，沖擊鉆，如阿托拉鉆機(jī)振動(dòng)鉆井，鉆灌一體化設(shè)備鉆孔護(hù)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(dòng)鉆進(jìn)到預(yù)定深度，然后慢慢提升噴射，實(shí)現(xiàn)了鉆灌一體化。振孔高噴施工速度快，可10個(gè)孔同時(shí)鉆進(jìn)并一次提升。如長江大堤高噴加固時(shí)曾經(jīng)采用這一技術(shù)。振孔高噴目前我國已經(jīng)有不少施工單位掌握了大顆粒動(dòng)水條件下的高噴技術(shù)。如圍堰基礎(chǔ)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(dá)到90MPa以上。大顆粒、動(dòng)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(cè)噴射，高壓水、漿的壓力均在40MPa以上。實(shí)際上是進(jìn)行了二次切割土體，高壓漿液的噴射動(dòng)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(jié)體強(qiáng)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(shè)備高噴固結(jié)體凝結(jié)時(shí)間長噴射方式、提升速度對(duì)水泥消耗量影響很大。高噴時(shí)冒出地表的漿液帶走部分水泥高噴的每m價(jià)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(shù)性強(qiáng)，也比較容易造假，監(jiān)理責(zé)任性不強(qiáng)，水平不高的話對(duì)施工質(zhì)量影響很大。有的施工單位，高噴管沒有下至孔底即進(jìn)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(zhì)量控制難度大高噴施工過程中會(huì)產(chǎn)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(huì)靜壓灌漿借助壓力，使?jié){液沿孔隙或裂隙進(jìn)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(diǎn)，往往導(dǎo)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(jié)構(gòu)，切削攪動(dòng)地層，使水泥漿液與被灌地層顆粒摻混，形成水泥凝結(jié)體