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浅谈高压喷浆在桥涵工程中的应用

文档作者：陈先义李峰张思铭文档来源：广东省水利水电第三工程局		点击数：	更新时间： 2022年10月14日
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第1期
2012年1月
广东水利水电
GUANGD0NG WATER RES0URCES AND HYDR0POWER
No．1
Jan．2012
浅谈高压喷浆在桥涵工程中的应用
陈先义，李峰，张思铭
(广东省水利水电第三工程局，广东东莞523710)
摘要：通过工程实例，介绍高压喷射灌浆的施工方法、工艺流程、施工过程中的特殊情况的处理，以及质量控制等。本案
例施工完成后，经过汛期的考验，证明防渗效果满足工程要求，为同类地层的高压灌浆施工提供一定的借鉴作用。
关键词：高压喷浆；箱涵；防渗；施工；质量
中图分类号：TV543 文献标识码：B 文章编号：1008—0l12(2012)01—0099—03
1 工程概况
乐昌峡左岸道路为乐昌峡水利枢纽对外交通的主
要道路，全长为13．791km。其路线从大坝下游坝脚(迄
点)一沿左岸京广旧铁路坪乐支线向下游一经过地下
厂房排风洞出口、尾水平台及地下厂房交通洞口一再经
过张滩水库左岸一沿旧铁路向东约3km一旧北乡水桥
一向东接至大瑶山西路(市政路)接头(起点)，共有涵
洞36道，箱涵1座(北乡水交通箱涵)。
左岸路北乡水桥段原设计是在旧北乡桥上游侧新
建一座桥，桥的基础为冲孔灌注桩，桥长为44．9m。由
于新北乡水桥位于溶洞非常发育的地质地段，在进行桩
基础冲孑L施工过程中，多次发生了塌孔现象。2009年
12月11日凌晨2：30，由于溶洞透水造成QZ4—2桩孔
完全塌孔，并引起桩机倒塌。如果仍按原冲孔桩方案施
工，难于保证工程质量。为了保证质量和安全，后经指
挥部、设计院等各方专家现场勘察并反复论证后，决定
将原架桥的方案改为箱涵方案。上下游各修筑1道围
堰，采用高喷灌浆确保箱涵基础砼在无积水的基坑内进
行施工，共实施高压喷浆为1 770m。
本工程所处的地质情况为：河岸表层为杂填土，厚
约为1m，下部为砂卵石层，厚约为2～4m，再往下是石
灰岩层；河床段为砂卵石层，厚约为2～3m，再往下是石
灰岩层。在上游围堰采用旋喷，下游围堰采用摆喷，孔
深在10～16m之间。
2 高压喷浆
高压喷射灌浆技术¨ 是通过在地层中的钻孔内压
入喷射管，然后用高速射流(水、浆液或空气)直接冲
击、切割、剥蚀原地基材料，受到切割、扰动后的土石料
与同时灌注的水泥浆或其它浆液发生充分的掺搅混合、
充填挤压、移动包裹，直至凝结硬化，从而构成坚固的凝
结体，成为结构较密实、强度较高、有足够防渗性能的构
筑物，以满足工程需要的一种技术措施。
2．1 技术参数
高压旋喷灌浆孔布置：单排孑L，孔距为1．0m，孔底
伸入基岩0．5m，分两序施工。灌浆方法采用三管法，防
渗体采用摆喷或旋喷的对接方式，见图1。
。
I一 。 一I一 。。 一I 、、、、 墙 中 自 ％
● — + 第一序fL
O— + 第二序孔
图1 高喷防渗墙《摆喷)示意f单位：／2'1／／1)
2．2 主要施工方法
2．2．1 施工准备
施工前应做好准备工作，包括工程现场调查、搜集
工程地质和水文地质等有关资料，了解和掌握工程设计
要求。根据高压喷射类型和喷射形式选择高压喷射设
备，根据地层的情况选择合适的钻孔设备。
高压喷射灌浆设备在现场宜集中布置。设备安放
位置以距喷射孔不超过50m为宜。现场布置时还应考
虑喷射台车与水、气、浆管的移动以及冒浆的处理。在
此基础上布置水、电、风、道路、排水排污系统和其它生
收稿日期：2011—11—20； 修回日期：2011—12—20
作者简介：陈先义(1983一)，男，本科，助理工程师，从事水利水电工程施工管理工作。
· 99 ·
2012年1月 第1期 陈先义，等：浅谈高压喷浆在桥涵工程中的应用
产生活设施。
2．2．2 施工顺序
高喷灌浆应分排分序进行。在箱涵基坑围堰中，由
多排孔组成的高喷墙应先施工边排孔，后施工中间排
孑L。在同一排内如采用钻、喷分别进行的程序施工时，
应先施工I序孔，后施工Ⅱ序孑L。先导孔应最先施工。
高喷墙的合拢段应当选择在地层条件相对较好的部位。
2．2．3 工艺流程
施工程序为钻孔、下置喷射管、喷射提升、成桩成板
或成墙等 。三重管高喷施工工艺流程如图2所示。
下喷射管
』一 I 制浆 I
试喷
I
旋转(定向或摆动)喷射、提升 冒浆
J
成板墙
1L 弃浆
静压灌浆
j
冲洗
图2 高喷防渗墙工艺流程示意
1)钻机就位
将使用的钻机安置在设计孔位上，使钻杆对准孔位中
心，孔位偏差不大于5era。钻机就位后，用水平尺校正机
身，使钻杆轴线垂直对准钻孑L中心位置，钻杆的垂直度偏
差不得大于0．5％ ，以确保钻孑L达到设计要求的垂直度。
2)钻孔
根据地层情况和加固深度选择合适钻机。在标准
贯人击数小于40的砂类土和粘性土层进行单管旋喷
时，多使用旋转振动钻机，钻进深度可达30m。对于较
密实、标贯击数较大的地层宜用地质钻机钻孑L，砂砾层
中应采用跟管钻进工艺。在二重管和三重管高喷中，为
了提高工效，降低造价，宜优先使用跟管钻进。本工程
采用的就是跟管钻进工艺。
采用套管或跟管方法钻进时，在起拔套管前应向钻孔
内注满护壁泥浆，或下入特制的PVC花管护壁，PVC花管
的性能应满足设计要求，本工程采用下PVC花管的方式。
也可采用下入喷射管后起拔套管再进行喷射灌浆。
． 1 00 ．
当在钻孔中直接进行高喷时，钻孔孑L径应大于喷射
管直径20ram。高喷灌浆孔的深度，对于封闭式防渗板
墙，深入相对不透水层或岩层不宜小于0．5m。当孔深
小于30m时，钻孔的孔斜率应不大于1％ 。
3)下喷射管
使用旋转振动钻机钻孔时，下管与钻孔两道工序合
二为一，钻孔完毕，下管作业即完成。使用地质钻机钻
孔时，终孔后须取出钻具，换上旋喷管时入到预定深度，
本工程是采用第一种方式钻孔。在下管过程中，为防止
泥沙堵塞喷嘴，采取包扎塑料膜或胶布的防护措施，也
可边低压送水、气、浆边下管，水压力一般不超过1 MPa，
如压力过高则易将孑L壁射塌。
在砂卵石地层采用跟管钻进，钻孔达到设计孔深后
注入护壁泥浆，再拔出套管。护壁泥浆应根据施工机
械、工艺及穿越土层情况进行配合比设计和试验，在现
场配制使用。膨润土泥浆可按表1的性能指标制备。
表1 钻孑L护壁膨润土泥浆的性能指标
4)喷射
高压喷灌浆采用三管法高压喷射灌浆技术，分两序
施工，喷浆工艺参数见表2。
喷射管下到设计深度后，开始时先送高压水，再送
水泥浆和压缩空气(在一般情况下，压缩空气可迟送
30s)。之后原地静喷1～3min，待达到预定的喷射压力
和喷浆量，且孔口冒出浆液后，再按预先定好的提升、旋
转或摆动速度，自下而上进行喷射作业，直到设计高度
方可停送水、气、浆，提出喷射管。喷射过程中必须时刻
注意检查浆液的流量、压力、气量以及旋、摆、提升速度
等参数是否符合要求，并随时做好记录，绘制作业过程
曲线。旋喷的喷浆量Q(L／孔)可按下式计算：
Q ： H ·g(1+ )
式中 日为旋喷长度，m；v为旋喷管提升速度，m／min；g为
辜
2012年1月 第1期 广东水利水电 No．1 Jan．2012
泵的排浆量，L／rain；fl为浆液损失系数，一般取0．1—0．2。
旋喷(摆喷)过程中，冒浆应控制在10％ ～25％
之间。
表2 高喷喷浆工艺参数
注：摆动一个单程为一次；单喷嘴取高限，双喷嘴取低限。
灌浆作业时，经常检测水泥浆液的进浆和回浆比
重，当与设计水灰比的浆液比重误差超过0．1时，应停
止作业，重新调整浆液水灰比。本工程在实施过程中，
因周边地下水较丰富，有意识地减小水灰比，以达到较
好的固结效果。
若因供风、水、电中断或拆卸注浆管不能连续喷灌
时，重新进行高喷灌浆的搭接长度不应小于0．5m，若中
断超过30min时，恢复作业时搭接长度应大于1 m。
高压摆喷(旋喷)灌浆分两序施工，相邻孔的作业
间隔时间应控制在12～72h的范围内。
5)冲洗
当喷射管提升到设计标高后，喷射完毕，应及时将
各管路冲洗干净，管内、机内不得残存水泥浆，以防堵
塞。通常把浆液换成水，在地面上喷射，以便把泥浆泵
喷射管内的浆液全部排出，直至出现清水为止。
3 施工特殊情况及处理
1)喷射灌浆应由下而上连续进行。接、卸换管时，
动作要迅速，防止坍孔和堵塞喷嘴；接、卸换管及事故处
理后，下管位置应比原停喷高度下落20—50cm，进行复
喷搭接，以使墙(桩)的上下连贯。
2)在插入旋喷管前先检查高压水与空气喷射情
况，各部位密封圈是否封闭，插入后先作高压水射水试
验，合格后方可喷射浆液。如因塌孔插入困难时，可用
低压(0．1—2MPa)水冲孔喷下，但须把高压水喷嘴用塑
料布包裹，以免泥土堵塞。
3)喷射过程中发生故障时，应停止提升和旋喷，以防
桩体或板墙中断，同时立即进行检查，排除故障；如发现有
浆液喷射不足，影响桩体的设计直径时，应进行复喷。
4)当处理既有建筑地基时，应采取速凝浆液或大
间隔孔距旋喷和冒浆回灌等措施，以防旋喷过程中地基
产生附加变形和地基与基础间出现脱空现象，影响被加
固建筑及邻近建筑。
5)大量漏浆和冒浆的处理 J。在旋喷过程中，往
往有一定数量的土粒，随着一部分浆液沿着喷射管管壁
冒出地面。通过对冒浆的观察，可以及时了解土层状
况、旋喷的大致效果和旋喷参数的合理性等。根据经
验，冒浆(内有土粒、水及浆液)量小于注浆量20％者为
正常现象，超过20％或完全不冒浆时，应查明原因并采
取相应的措施：
①地层中有较大空隙引起不冒浆或严重漏浆。如
在钻孔中发生漏浆，则应当加大钻进泥浆的浓度，在泥
浆中掺加砂子，或向孔内填入其他堵漏材料，使其恢复
孔口正常返浆。在喷射时漏浆，则可在浆液中掺加适量
的速凝剂，缩短固结时间，使浆液在一定土层范围内凝
固。另外，还可在空隙地段增大注浆量，填满空隙后再
继续正常旋喷。
② 冒浆量过大的主要原因，一般是有效喷射范围与
注浆量不相适应，注浆量超过旋喷体凝结所需的浆量所
致。
减少冒浆量的措施有3种：
a．提高喷射压力；
b．适当缩小喷嘴孔径或减少注浆量；
c．加快提升和旋转速度。
4 施工质量控制
1)高喷施工前，须做好如下准备工作：①根据孔深
计算三重管长度，检查管路畅通情况、密封是否良好；②
每孔注浆前应对注浆管路进行试喷，观察水、气、浆的喷
射情况。 (下转第113页)
· 101·
2012年1月第1期 广东水利水电 No．1 Jan．2012
①针对雨季石料中含水率较高的现象，采取了在生
产系统加装雨棚防雨的方式予以解决。加装雨棚的部
位包括堆料坑、筛分机以及运输皮带。
②雨天石料生产结束后，立即清除粘在筛网上的石
粉。
③成品料水洗系统布置在碎石成品料运输皮带出
口处，在料仓出口加装过水溜槽，溜槽上方布置3排喷
水管，每根管口设1排喷水口，采用梅花形布置；上方2
排水管采用沉淀池中回收水，最下方1排采用清水。过
料溜槽底部采用1 010mm筛网，筛网下方再加装过水
溜槽。石料通过皮带机运输到料仓上方后，在溜槽中冲
洗后直接入仓，冲洗用水通过过水溜槽引至料仓后方的
沉淀池。在碎石成品料仓后方设置3个沉淀池，沉淀池
规格为2m×2m、深2m，紧靠料仓隔墙设置。冲洗水通
过3级沉淀后回收利用。
3)采用先进可靠的机械设备
采用先进可靠的大型生产设备，在大大提高砂石骨
料生产速度的同时，也可以有效提高砂石料生产质量的
可靠性。对大中型水利工程，特别是混凝土方量大强度
高的工程，安全可靠、质量稳定的砂石料生产系统尤为
重要。乐昌峡水利枢纽工程石场生产采用韶瑞重工生
产的PE9001200鄂式破碎机、PFW1315反击式破碎机、
皮带输送机以及SZZ系列振动筛，以上设备具有生产
效率高、产品质量可靠、结构简单、易于维护保养的
特点。
4)加强现场管理
石料生产并非高科技项目，但其影响质量的因素复
杂，其中，现场生产人员管理和机械设备管理工作是重
点。人员管理主要是对工人进行岗前培训，要求全部持
证上岗，全力提高工人的机械设备操作水平，加强安全
生产责任心，落实生产岗位责任制，做到专人专岗；机械
设备管理主要是对生产系统机械设备的保养和维护。
工程技术管理人员要勤跑现场，生产过程中采用看、听
的方式对机械设备运行状况进行评估。一旦发现异常
的情况，必须及时通知维护人员维护，及时发现问题、解
决问题，不让设备带病运行影响生产进度与石料质量。
4 结语
目前，该工程石料开采及生产已有2a，采取以上质
量控制措施后，石料生产质量稳定，满足相关规范要求。
实践证明，以上石料生产的质量控制措施是科学合理而
且是有效的，对该工程石料生产质量控制起到了指导性
作用，对同类工程石料生产有一定的参考价值。
参考文献：
[1] DL／T5112—2000水工碾压混凝土施工规范[S]．北京：中
国电力出版社，2000．
[2] DL／T5144—2002水工混凝土施工规范[S]．北京：中国电
力出版社，2002．
[3] SL352—2006水工混凝土试验规程[S]．北京：中国水利水
电出版社，2006．
(本文责任编辑马克俊)
(上接第101页)
2)钻孔施工时要求开孔位置与设计位置偏差不大
于5cm。钻孑L施工时在下人套管前对钻孔进行测斜，钻
孔偏斜角满足要求后再下套管，以确保开孔符合设计要
求；钻进过程中发现偏斜应及时纠斜，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。
3)高喷灌浆过程中三重管下入孔底的深度与实际
钻孔深度差值不得大于0．1m。
4)按技术参数确定的速度提升和旋转喷射。处理
事故或换管路重新喷射时，将喷射装置下放至原位置以
下0．5m重复喷射，确保搭接长度不小于0．5m。
5)施工中如实记录高喷注浆过程中的各项技术参
数、浆液材料的用量、异常情况及处理情况等。
5 结语
高喷灌浆围封施工完毕后，经受了河水上涨高水位
的考验，基坑内无明显渗水，防渗效果很好，箱涵比计划
工期提前15d完工，为北乡水箱涵按时通车奠定了基
础，有力地保障乐昌峡水利枢纽的材料运输。通过本次
工程实例，证明在地质构造复杂(地下溶洞较多)、径流
量相对比较大的河流段进行结构施工时，采用高喷灌浆
围封的防渗效果是可行的，能确保砼浇筑在无积水的基
坑内进行，以保证工程质量。特别是在砂卵石层进行高
喷围封积累了经验，具有推广价值。
参考文献：
[1] 夏可凤，刘钊，查振衡．DIMT5200—2004水电水利工程高
压喷射灌浆技术规范[S]．北京：水利电力出版社，2004．
[2] 刘辉．高喷灌浆在围堰防渗堵漏中的应用[J]．中国西部科
技，2009，(4)：22．
[3] 迟晓明，陈旭．浅谈高压喷射灌浆技术施工作用机理及注
意事项[J]．吉林水利，2009，(4)：16．
(本文责任编辑王瑞兰)
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