水利工程中土石围堰高喷灌浆施工技术的应用分析

水利工程中土石围堰高喷灌浆施工技术的应用分析

韦海旭

广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院有限责任公司 广西南宁 530000

摘要：近年来，为满足人们生产生活的各种需求，国家逐步加大了在基础设施方面的投入。水利工程作为关系国计民生的基础设施项目，其在工程建设中由于会受到自然地理条件等的限制，为发挥水利工程的经济、社会与生态效益，保障水利工程良好的防渗性能，一些工程项目中逐步应用了土石围堰高压喷灌浆施工技术，有效提升了水利工程的施工质量。基于此，本文分析了土石围堰高喷灌浆施工技术在水利工程中的具体应用与施工要点，有利于促进我国水利事业的进步。

关键词：水利工程；土石围堰；高喷灌浆施工技术；应用

水利工程项目与一般的建筑项目有着明显的区别，主要是由于水利施工多属于邻水施工或者近水施工，水环境的复杂性加大了水利工程的施工难度，必须要保障水利工程具有良好的防渗性能，才能够维持水利工程的使用寿命。土石围堰高喷灌浆是一种提高水利工程防渗性能的有效施工技术，但是，其施工相对复杂，实际的施工过程中，有关人员必须要严格根据施工要求，保证技术应用的科学性，最大程度上减少水利工程渗水情况的出现，提高水利工程的功能效益。

1.土石围堰施工技术特点

在水利工程项目中，土石围堰的建立是为了围住水工建筑物所形成的施工基坑，因此，土石围堰的建立避免了水利施工活动在水中进行，起到了重要的临时挡水作用。在水利工程项目实施过程中，土石围堰的修建要求施工企业要充分利用当地材料，发挥土石围堰的构造简单、施工便捷与灵活的优势。从水利工程中土石围堰总体施工来看，其一般都是将土和石渣或者砾石等作为基础材料填筑形成的工程结构，而堰高与填土性质将是决定围堰上下游坡的直接因素。近年来，在水利工程项目中，土石围堰的应用极为广泛，其应用优势主要体现在以下方面：（1）经济效益较好。在相同的施工质量条件下，土石围堰的坝体方量虽然远远高于混凝土重力坝，但是，其工程的成本相对较低。此外，与传统的混凝土坝相比，土石围堰下的水利工程的基础施工工程量相对较小，具有明显的经济效益。（2）安全性与可靠性更高。近年来，随着我国工程技术的进步，在土石围堰施工过程中，相关的参数计算更为精确，有效保障了土石围堰设计施工的质量，使得围堰结构更具安全性与可靠性。（3）机械化程度高。土石围堰施工中，很多施工环节都可以实现机械化作业，再加上新的施工工艺与技术的进步，有效保障了施工的整体效率，机械化作业节约了人力资源投入。（4）就近取材。土石围堰施工过程中，随着施工技术的进步，人们对筑坝材料的要求逐步降低，因此，在各个水利工程中，如果采用的是土石围堰技术，施工人员可以就近利用工程现场的材料，节约材料的采购与运输成本。（5）土石围堰构造相对特殊，其施工具有便捷性与灵活性，能够适应各种地形地质条件，即使是不良地基，也依旧可以采用土石围堰^[1]。（6）对气候的适应性较强，在低温严寒、高温多雨的季节，都可以进行土石围堰施工。（7）坝体的抗震性较强。

2.土石围堰设计原则及标准

2.1 围堰形式选择原则

围堰施工过程中，必须要保障围堰具有安全性、可靠性与抗渗性要求。因此，在围堰施工过程中，围堰形式的选择需尽量遵循：结构简单、施工便捷、便于拆除、就近取材的原则，保障在实际的施工过程中，能够合理利用各种的工程材料，保障围堰结构的合理性^[2]。

2.2 设计标准

在土石围堰结构的设计上，设计人员的设计标准主要参照的是最近五年一遇洪水，其相应的流量为2030m³/s。一般情况下，土石围堰的设计过程中，需保障其使用年限在一个施工难度以内，并将堰高控制在15～50m之间，遵守相应的施工规范。

3.土石围堰高喷灌浆施工

3.1 施工方法

高喷灌浆施工过程中，由于施工工序极为复杂，且有关的施工环节对于施工设备的依赖性较大。因此，在实际的施工过程中，需严格根据施工要求，进行机械设备的配备。比如，在实际的施工过程中，需应用冲击钻机来完成钻进成孔作业，使用特定型号的高喷台车来完成喷射与提升作用，在很多工程项目中，使用的是GYP-50或GP-I型高喷台车。此外，由于施工过程中涉及了水泥浆液的制备过程，需使用相应的高速搅浆机来完成浆液的制备，并使用高压浆泵来完成加压处理，使得高喷灌浆施工过程中，水泥浆液可以在加压作用下经由高压浆管输送到喷管内，经由特定的喷嘴喷出，喷嘴浆液的喷出将会对地层形成高速射流，切割、破坏原有的地层形态。而与此同时，空气压缩机所产生的压缩空气可以从高压喷流喷嘴外圈呈现环形喷出的状态，这种喷出运动状态在一定程度上可以对高速射流起到一定的保护作用，有效降低了射流能量的损失^[3]。水泥浆液与土体的搅拌、混合、充填与置换所形成的水泥土混合体，有效保障了桩体的承载力。此外，高压浆喷射的过程中，高喷台车动力头会带动喷管呈现旋转或者摆动提升的运动状态，最终形成防渗体结构，而相邻各个孔内的防渗体经由相互连接处理以后也就形成了防渗桩墙结构，提高了围堰的防渗性能。

3.2高喷灌浆施工工艺流程

高喷灌浆主要包含了测量放样、钻机就位、角度校准、跟进套管钻进基岩、测斜、下PVC管、起拔套管、注膏浆、喷射灌浆台车就位、试喷、下入喷管、静喷、旋转提升、高压喷射灌浆台车移位等施工工序与流程。

3.3 灌浆施工参数

以某土石围堰高喷灌浆施工技术为例，该工程采用二管法高压旋喷，GZB-40高压浆泵、VF-6/7电动空压机与XGP-50型高喷台车是主要的施工设备，在实际的施工过程中，这些设备分别承担着高压浆供给、供风、喷射提升作用。如果采用的是当前的钻喷一体化设备，在实际的施工过程中，孔深难以准确判定，施工人员无法根据施工的真实情况，来判定孔深是否已经到达了基岩位置，因此，为了避免这种施工问题，在正式的施工开始之前，施工人员需首先进行先导孔施工，严格根据工程现场的实际情况，确定先导孔孔距、基岩高程限值等，保障钻喷一体化设备能够稳定运行，维持正常的施工作用。其施工参数如表1所示。

表1高喷灌浆施工参数表

3.4施工准备

在正式的施工开始之前，有关施工人员需做好前期的准备工作：（1）做好施工现场的场地平整工作，尤其是要对低洼地段、表面松散的区域实施回填与夯实处理，为相关施工机械设备的行走创造良好的条件。（2）测量放样。结合水利工程设计总体设计的要求，尤其是桩位与控制点的布置要求，技术人员需在施工现场放出孔位，并做好相应的标识，将孔位中心偏差控制在5cm以内。（3）保持工程施工现场的水、电、气等系统布置的合理性。

3.5 高喷造孔

高压造孔过程中，需始终保持钻机良好的状态，尤其要进行钻机的调整，使得其呈水平的稳固状态，只有这样，方可开始开孔作业。在开孔过程中，需将开孔孔位与设计孔位之间的偏差控制在5cm以内；跟管钻进是作业的施工方式，当钻进到基岩1m时，才能达到终孔处理要求，随后，施工人员需立即进行孔深的测量，质量验收人员根据测量结果判断其孔深是否达到了工程的质量标准^[4]。经验收合格以后，起钻后下入PVC管，拔管机将套管拔出以后，需做好孔口的保护，避免其他杂物进入孔内。造孔过程中要详细记录相关的施工记录，尤其是顶部回填黏土层的深度、基岩面深度等指标。

3.6 泥浆充填

钻孔终孔以后，为保障高喷灌浆施工的效果，在前期需进行泥浆填充作业，螺杆泵可以将泥浆从泥浆泵中抽取出来注入孔内，只有当孔内充满泥浆以后方可进行高压喷灌。在泥浆充填处理中，由于二管法高压灌浆过程中，孔口返回的废浆将不具有回收利用的价值，因此，在施工过程中，可以将此废浆直接引入相邻的未灌浆孔，实现对这些孔的预充填，有效提升了资源的利用率，避免废浆直接排放所造成的环境问题^[5]。

3.7高喷灌浆

高压喷灌施工中，高喷台车是此施工环节的主要设备，在实际的施工过程中，需首先进行高压台车的就位，由液压步履装置来移动高压喷射灌浆台车，使其能够顺利移动到孔口位置，随后，当其移动到指定的位置以后，需通过液压支腿的升降来调平台车，保障喷杆可以对准孔口中心位置。在喷杆下入孔内之前，需首先实施试喷，施工人员在此时要对各种管路、机械、喷嘴喷射、喷射角度等的检查，只有当机械运转正常、参数符合工程要求以后才可将喷杆下入孔内。高喷台车卷扬机提起喷杆，使得喷头可以经由孔口对准孔位中心，随后，将喷杆逐步放入孔底位置。当喷头达到孔底以后，需首先进行高压浆的输送，随后进行压缩空气的输送，严格根据相应的工程参数来实施原位喷射，当浆液返出孔口且浆液浓度达到工程要求、喷射参数符合工程标准以后，方可根据正常的速度来维持提升与旋转运动，保持旋转与提升的同步性^[6]。高压喷射灌浆施工过程中，需始终保持连续的施工作业，如果中途存在拆卸喷管的情况，要立即实施复喷处理，并将复喷区域内的搭接长度控制在0.5以上，只有在提升到与墙顶高程相距1m的位置以后，才能够适当减慢提升速度，而提升达到河床地面线以上进入围堰人工填筑粘土层内2.5m的位置以后，该孔的高压灌浆作业结束。每个孔的喷射作业结束以后，都需要对相关的机械设备加以清理，否则，容易造成管路的堵塞等情况。

3.8特殊情况处理

土石围堰高喷灌浆作业施工过程中，常常存在各种的施工问题，这些特殊情况下，必须要进行相应的处理，否则会影响正常的施工作业。特殊情况主要包含了以下几种：（1）喷射中断。在喷射过程中，如果遇到意外事故，造成喷射难以保持连续性，如果在喷射过程中保持了连续30min的中断时间，施工人员需准确进行中断位置的记录，在后期实施复喷处理时，要将喷管下入中断位置以下0.5m的位置进行复喷和搭接处理。如果喷管下入不足，扫孔需到搭接位置以下至少0.5m。（2）如果在喷射过程中遭遇地层空隙过大的情况，在开喷以后，孔口返浆浓度相对较低，此时，需适当减慢提升速度，直到返浆浓度值达到正常标准以后才能够维持正常的提升速度。如果孔口不存在返浆现象，在静喷过程中，需在孔口注入一定量的黏土水泥混合浆液，并在此浆液中添加一定量的速凝剂，避免浆液流失情况。（3）如果在喷射过程中存在严重的冒浆情况，施工人员要适当提升喷射压力，提高喷射的速度。（4）钻孔过程中如果遇到孤石与块石等地层，施工人员要详细记录施工情况，如果遇到架空层时，需在高喷灌浆开始之前，采用黏泥加以预充填处理，并在高喷过程中适当减小提升速度来保障灌浆施工的整体质量。

结束语：

土石围堰高喷灌浆施工是水利工程项目中应用最为常见的一种施工技术，由于施工的流程相对较多，为保障施工质量，施工人员需严格遵守相应的施工要求，保障土石围堰高喷灌浆施工的质量，提高水利工程的功能效益，维持水利工程的正常使用。

参考文献：

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