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堤坝灌浆
1、概述
高压喷射灌浆法，是一种利用射流切割技术在地层原位对土体进行加固的方法。它具有可控性好、地层适应面广、造价较低、施工便捷等优点，在复杂地质条件及施工环境恶劣的堤坝段具有广阔的应用前景。高压喷射灌浆法按照其喷射介质可以分为的单管法、二管法、三管法和多管法。喷射介质决定了形成的水泥土凝结体的几何形态和物理力学性质；按照喷嘴的运动轨迹和形成的固结体形状，可以分为旋喷、摆喷和定喷。按照喷管的结构可以分为重管式、列管式。上述几种要素组合起来，就构成了高压喷射灌浆法工艺上的多样性，也使其应用范围得到了很大的扩展。
2、高压喷射灌浆法的工艺
单管法是一种最先发展起来的方法，它利用1根单独的喷管喷射浆液，对土体进行切割的同时与土体进行掺搅混合，最终形成水泥混凝土结构。由于浆液射流的能量衰减很快，因此对土体的破坏范围不大，形成的凝结体也较小，一般只能达到 50~60cm，但由于单管法的设备简单轻便，因此应用仍十分广泛。
二管法是在单管法的基础上发展起来的，其原理是射流在空气中的能量衰减要远远慢于在水中的衰减速度，因此通过在浆管的外侧增加一根气管，在浆液射流外围同轴喷射压缩空气，达到增加射流对土体切割能力的目的，由于压缩空气的作用还增强了升扬置换作用， 因此二管法形成的水泥土凝结体质量好，直径大，可以超过1m。但二管法需要增加空压机等比较笨重的设备。
虽然单管法及二管法的应用很成功，但由于都是利用浆液本身对土体进行切割，而浆液因为粘度很大，沿着喷管流动时能量损耗很大，冈此喷射流速度不可能很快，影响了成桩直径。如果利用清水对土体进行切割，则可以大大提高喷射压力及喷射距离。于是在此基础上又研究出了三管法，它利用高压水对土体进行切割破坏，同时利用环绕空气流保护水射流以增加其喷射距离，并朋低压浆液与上体进行原位掺搅混合，形成防渗体。三管法形成的水泥上凝结体直径可以达到 1.2m。它的缺点是：①增加_r高压水泵和空压机等设备；②喷射出的高压水会对浆液稀释，影响成桩质量。
上述 3种方法都是利用浆液材料与土体进行原地搅拌形成同结体，浆液置换了部分土体，因此是一种半置换法。近来又发展了一 种用充填材料充填整个空间的全置换法，即多管法。它利用置入的多重管，用逐渐向下运动旋转的超高压水射流，切削破坏四周的土体，并用真空泵将泥浆从多重管中抽出，如此便在地层中形成一个较大的空间；装在喷嘴附近的超声波传感器可及时测空间的直径和形状，然后根据需要选用浆液、砂浆、砾石等材料填充，在地层中形成… 个大直径的柱状固结体。该法在砂性土中形成的桩体最大直径可达 4m，但设备更为复杂，体积庞大。
喷射介质确定后，最重要的就是要根据工程目的及工程地质特征、工艺技术水平确定施工的工艺技术参数，包括提升速度、旋转速度、摆动角度、进浆的压力和流量、浆液水灰比等。二管法还要考虑空气压力及流量；三管法还要考虑水压和水量。这些参数对成桩质量及工程价有很大影响，其选择必须经过试验确定。
3、高压喷射灌浆法在堤坝工程中的应用
高喷射灌浆法在堤坝防渗加固工程中应用非常广泛。山于高喷防渗墙具有良好的变形协训性能以及抗渗性能，使它成为堤坝防渗工程的重要要工法。相关资料表明，高压喷射灌浆法在我国长江、黄河、海河、淮河、松辽、珠江等 6大流域的干堤以及支流的堤防、湖堤、海堤均有成功应用的实例。高压喷射灌浆法形成的墙体深度已经达到 40余米，加固的地层包括淤泥、淤泥质土、粘性士、粉上、黄土、砂土、人丁填土和碎石上等各种复杂地层以及穿堤建筑物、码头、深层透水地基在对深搅、射水、锯槽等下法形成的防渗墙搭接方而高压喷射灌浆法也有广泛的应用。使用的方法包括单管法、二管法及三管法，其工艺参数根据地质条件及设计技术指标而确定。典型的工程如我省的珠江流域的北江大堤等
1998年长江大洪水过后，长江重要堤防隐蔽工程把高压喷射灌浆法的应用推广到一个前所未有的高度。由于高压喷射灌浆法工艺上的独特优势，使它成为一些复杂堤段的首选工法，并成为一些堤段深搅、锯槽等工艺的替代工法，例如我公司施工的某段堤防，由于地质条件及场地条件复杂，原来设计的锯槽方案根本无法实施，最后变更为高压喷射灌浆法施工方案。
通过高压喷射灌浆法在各种复杂地质条件下的应用实践，其工艺也得到了改进和完善。在高压喷射灌浆法的工艺参数选择，一般是针对不问的地质条件，通过现场试验，确定合理的工艺参数。这些工程经验数据为同类工程提供了较好的借鉴作用。
4、堤防工程中高压喷射灌浆法新技术
4.1工艺技术
4.1.1振孔旋喷技术
振孔旋喷技术是一种新的高压喷射灌浆工艺。该法采用大功率高频振动锤将特制的高压喷射灌浆管边回转边打入地层的一定深度，在起拔灌浆管的同时进行旋喷灌浆，使造孔和灌浆两步工作1次完成，简化了旋喷灌浆的程序，解决了在松散的砂卵石、漂石、人工块石堆积地层钻进成孔困难这一难题。该工法不仅提高了施工速度，降低了工程成本，同时因振孔旋喷成孔与灌浆1次完成，减少了泥浆护壁工序，因而提高了工程施工进度及质量，此外，振动成孔时，堆石体石块被击碎或重新排列，振动能量沿振管向垂直方向传播，使浆液的喷射和渗透区加大，浆液凝固后能够紧紧地包围住堆石体，避免了喷射盲区。振孔旋喷适用于粉质粘土、壤土、各种砂层、砂卵石层、漂石、人工块石堆积层等，成桩深度在25m以内为宜。
4.1 2水浆同轴二重管施工技术
水浆同轴二重管施工技术是针对工程中作业场地不满足要求而研究出来的，其喷射介质与一般的二管旋喷工艺不同，它采用高压水射流直接对土体进行切割，用低压浆液进行填充， 因此该法可以看作三管法的简化。但其机具设备配套简单、工艺可操作性强、工效合理，对施工空间受限制的工程有很强的适应性。在地层严重漏失的情况下，水、浆两重管施工工艺还可及时改为双液注浆工艺，处理施工时出现的孔内严重漏失，提高处理效益，确保成桩成墙质量，这一显著特点是的单管工艺和浆、气二管工艺所不具备的。
4.1.3三管法的工艺改进
三管法施工时灌注的高浓度水泥浆会被高压水喷射流所稀释并带出地面，从而影响成桩质量，增加了水泥消耗。我图科技工作者设计了一种能够有效地降低水射流对水泥浆起稀释作用的新型三管喷头，该喷头的主要特点是把高压水喷嘴和气嘴与注浆嘴之间拉开较大的距离(1500~1600mm)，高压水喷嘴在上，注浆嘴在下。结果证明，新工艺的水泥用量明显地减少，而旋喷体的强度却提高了约30％。
4.2新材料、新设备
高压喷射灌浆法的主要材料是水泥，水泥的用量决定了工程的成本，因此掺合合适的掺合料在不降低防渗墙的抗渗性能的前提下降低水泥用量非常关键。主要的掺和料包括粉煤灰、粘土等材料。我公司参与施工的某加固工程中，采用了掺用粉煤灰的工艺。根据现场取样、墙体取样、围井抽注水试验等，得出掺用 30％粉煤灰(重量百分比)，即采用3包水泥 (50kJ／包)配2包粉煤灰（33kg／包)的比例时，墙体具有最大抗压强度，且不降低其防渗性能。该法大大节省了工程造价。
4.3墙体检测技术
常规的检查方法包括开挖检查、物理力学试验、渗透性能试验这些方法都具有一定的局限性难以反映防渗墙的整体质量。弹性波CT方法由于需要在薄墙中打孔也难以用作大范围的质量检测，根据堤防防渗墙大范围无损检测的需要，我国工程技术人员对各种现有的各种方法进行了试验研究，提出了以CSMAT法(可控源音频大地电磁测深法)为主、多波列地震成映像法或垂直声波反射法为辅的检测方案，该方法在长江堤防的无损检测中收到了较好的应用效果，其检测结果与开挖情况十分吻合。
5、高压喷射灌浆法的发展方向
5.1高压喷射灌浆法防渗加固理论
目前高压喷射灌浆法的工艺参数主要结合实践经验，并针对特定工程进行现场试验确定。为了完善高压喷射灌浆法的应用，对高压喷射灌浆法的应用进行系统的研究，特别是高压喷射流有效范围、固结体的直径与射流压力和土体结构的关系、高压喷射灌浆法的浆液材料配比与固结体的力学性能指标及抗渗性能指标的关系等。完善的理论研究将会对提高成桩质量、降低工程造价起到积极作用。
5.2新的工艺及机械设备
从一管法到二管法和三管法，新的工艺技术都是伴随着经济发展的需要而发展起来的。堤防地质条件复杂，某一种工法并不能满足工程的要求，因此针对工程特点，研究新的工艺技术，对高压喷射灌浆法的应用具有重要的意义。新的高喷设备应该在处理深度、适应地层类型，提高成桩质量、简化施工、降低成本以及环保、降噪方面进行改进。
5.3高喷防渗墙质量评价方法
高压喷射灌浆法形成的防渗薄墙的质量验收，按照现有的方法，都具有一定的局限性，而对防渗墙的整体质量效果，还没有可靠而简便的技术。因此应重点在测试技术，尤其是无损检测技术、安全监测技术等方面开展研究，以便对形成的墙体进行整体的评价。目前光纤热渗流技术、同位素跟踪技术等在对堤防防渗墙渗流监测以及墙体整体质量评价方面已经开展了一些有意义的研究工作。
5.4完善施工验收规范
现行的 《水利水电工程混凝上防渗墙施工技术规范》只适合墙厚 60～100cm的墙体，对于墙厚小于30cm的防渗薄墙尚无规范可循。高喷防渗墙的最小厚度只有12cm，其质量验收需要制定专门的质量标准，为工程的质量保证及验收提供依据。
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