孫威 孫源

（中翀建設有限公司 江蘇 南京 211800）

影響高噴凝結體的因素很多，除不同噴射形式影響高噴凝結體的形狀尺寸外，還有噴射流壓力、提升速度、旋轉（或擺動）速度、射流壓縮空氣流保護情況、噴嘴直徑、噴嘴岀口靜水壓力（即地下水情況）和地質條件等，上述因素都會對高噴凝結體的尺寸和質量造成不同程度的影響。所以搞清各個因素在不同情況下對高噴凝結體的影響程度，對于做好高壓噴射灌漿設計及選用合理的施工參數(shù)至關重要。它將直接關系到高噴灌漿工程質量的好壞。目前，高噴灌漿工程質量事故時有發(fā)生，經(jīng)調查了解，均與事前沒有搞清各種因素的影響，不能選用合理的施工參數(shù)有關。影響高噴灌漿凝結體的因素眾多，現(xiàn)就一些主要因素分析如下：

1 噴射流壓力的影響

通過多項高噴灌漿試驗和開挖檢査得知，高噴灌漿凝結體的尺寸大小與高壓噴射流壓力有關，見表1、表2。

表1 三管法不同水壓量形成凝結體

從表1、表2可以看出，在相同地質條件下及除凝結體的噴射壓力以外的相同高噴灌漿參數(shù)情況下，凝結體的尺寸大小與噴射壓力成正比。盡管如此，一定要使噴射壓力和噴射漿量相協(xié)調。如果只增加噴射壓力，凝結體的尺寸雖然增大了，而灌入漿量沒有相應增加，往往會造成凝結體的水泥含量減少，會降低凝結體的強度和防滲性能。所以在灌漿中常用注漿比來進行質量控制。也就是將噴射總漿量與加固凝結體的體積之比定義為注漿比，那么注漿比與凝結體的單軸抗壓強度之間的關系如圖1所示，從圖1可以看出，凝結體的單軸抗壓強度隨注漿比的增加而提高。由此可見，在高壓噴射灌漿過程中，除適當?shù)卦龃髧娚鋲毫Γ@取較大尺寸的凝結體外，還應根據(jù)工程的需要，選用適當?shù)淖{比，這也是非常重要的。

表2 單管旋噴樁直徑與土質和噴射壓力之間的關系

2 噴射流量的影響

圖1 固結體強度與注漿比的關系

噴射流量和噴射壓力一樣同是一個切割巖土的重要參數(shù)。H·Yoshida（約希多）、SJimbo（吉姆伯）等人通過現(xiàn)場試驗得出噴射流量Q、噴射壓力P、噴射流到達的距離X和到達的時間t的關系如圖2所示。從圖2可以看出，當噴射壓力P一定，噴射流量越大，到達某一距離的時間越短。如果給定的噴射時間為0.1s，P-QX和P-QPQ關系曲線如圖3所示。從圖3可以看出，射流到達的距離與噴射流能量（P·Q）成正比。在能量給定時，提高流量使噴射距離增大要比提高壓力使噴射距離增大得更明顯。所以在大顆粒地層進行二管法（JSG工法）和新三管法（RJP工法）高噴灌漿時適當?shù)卦黾訃娚錆{液流量可以獲得更好的高噴灌漿效果。

圖2 射流到達的距離X和到達時間t的關系

圖3 P-Q-X曲線X（cm）（P.Q/10）/（kPa.L/min）

圖4 三重管旋噴試驗的提升速度與固結體直徑的關系

3 提升速度對高噴凝結體尺寸的影響

工程實踐表明，噴射管提升速度的快慢不僅影響凝體尺寸的大小，而且還會影響高噴凝結體的質量。在不同地層選用相應的合理提升速度，是確保髙噴灌漿工程質量的重要前提。圖4是髙壓旋噴樁徑與提升速度的關系曲線。從圖4可以看出，當其他高噴灌漿參數(shù)固定后，旋噴樁直徑與提升速度成反比，也就是說旋噴樁徑與提升時間的長短有關。如果用t。表示提升最長的時間（即最慢的時間），將提升時間用t歸一化，D-t/to的關系如圖5所示，從圖5中可以看出，提升時間越長，旋噴樁徑越大。

圖5 固結體直徑與提升時間關系

圖6 轉速與切削長度的關系

4 旋轉（或擺動）速度對高噴凝結體尺寸的影響

通過高壓噴射灌漿試驗表明，提高噴射管的旋轉速度，會使切削距離變短。旋轉速度在10r/min以內，這種變化比較明顯，轉速超過10r/min亦無明顯變化，如圖6所示。另外，通過現(xiàn)場旋噴試驗得知，如果其他高噴灌漿參數(shù)一定時，旋轉速度有一個最佳值，當旋轉速度大于或小于這個最佳值都會使旋噴樁直徑變小，只有選擇最佳旋轉速度時，才會使旋噴樁直徑達到最大值，如圖7所示。

圖7 三重管旋噴轉速與樁徑的關系（1-N=10的砂土；2-N=3的黏土）

5 噴嘴直徑對凝結體尺寸的影響

由試驗得知，當高壓噴射灌漿參數(shù)一定時，高噴灌漿凝結體的尺寸與噴射嘴的質量和直徑密切有關，相同質量的噴嘴直徑越大，噴射出的流量越大，產生的能量也大，切割土體的范圍大，所形成的凝結的尺寸也大；否則相反。1981年山東省水利科學研究院和鐵道部科學研究院合作，在白流浪河水庫通過現(xiàn)場高壓噴射灌漿試驗得知，旋噴樁直徑與噴嘴直徑的關系見表3。由表3可以看出，在其他參數(shù)不變的情況適當?shù)丶哟髧娮熘睆?，旋噴樁徑增加明顯。

表3 三管法高壓旋噴樁直徑與噴嘴直徑的關系

另外，在進行的三管法高壓定向噴射灌漿試驗中，所形成的凝結體板厚與噴嘴直徑的關系成正比，見表4。

表4 噴嘴直徑與定噴板厚的關系

噴嘴直徑大小對擺動噴射形成的啞鈴狀凝聚體形狀影響不大，但噴嘴出口段10～20cm范圍出現(xiàn)細徑現(xiàn)象，細徑大小仍然與噴嘴直徑直接有關。

6 氣壓和氣量的影響

壓縮空氣形成的氣幕，可保護射流束能量不過早擴散，增加噴射切割長度和升揚置換作用，在三管法高噴灌漿中，會形成低壓區(qū)促使?jié){液沿噴射方向跟進摻混，改變地層的顆粒級配。因此，氣壓和氣量的選擇，也會影響高噴凝結體的材料組成和有效長度一般空氣壓縮機的壓力宜保持在0.7～0.8MPa，并要連續(xù)輸氣，輸氣量可在0.4～0.8m3/min之間選擇。如地層粗顆粒成份較多、孔較深，輸氣量宜采用大值，以增強升揚置換作用。

7 土質對高噴灌漿凝結體尺寸的影響

工程實踐表明，地層土質與高壓噴射灌漿所形成的凝結體的尺寸密切有關，見表2、表5，從表2、表5可以看出，在高噴灌漿參數(shù)相同條件下，在粉砂土和粗砂層所形成的高壓旋噴樁直徑最大，在黏聚力較大的密實黏土中形成的樁徑最小，礫卵石層次之。如前所述，高噴灌漿凝結體的尺寸大小還與土體強度有關。土體抗壓強度越高，高噴灌漿形成凝結體的尺寸越小；反之則大。

另外，通過在三峽工程二期圍堰進行的新三管法（即RJP工法）高壓噴射灌漿防滲試驗成果表2-6-5中得知，在相同地層進行高壓旋噴灌漿，所形成的樁徑與該地層的密實情況有關，如圖8所示。從圖8中可以看出，在同一地層中，標貫擊數(shù)越大，形成的旋噴樁徑越小。而且在相同標貫擊數(shù)條件下，在黏土地層中形成的樁徑小在非黏性土中形成的樁徑大。

總之，影響高噴凝結體的因素眾多，除這些影響因素外，還有地下水深、地下水流速、地基應力、施工深度等因素的影響，我們在從事高壓噴射灌漿防滲設計與施工的時候，組織一些有經(jīng)驗的專家和工程技術人員進行方案設計和評審，只有經(jīng)過反復的科學技術論證，充份考慮到了多種因素的不利影響，采取了正確的高壓噴射灌漿工藝，才能確保高壓噴射灌漿防滲技術取得令人滿意的效果。

表5 長江三峽二期圍堰左接頭段新三管法高壓旋噴灌漿單樁試驗成果

圖8 旋噴樁與標貫擊數(shù)的關系