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摘要：中国大部分水库兴建于20世纪60-70年代末，多为当地材料填筑的土石坝，设计和施工标准不一，存在较多质量缺陷，经过长期运行，坝基和坝体出现不同程度的渗漏现象，直接影响水库运行和安全，亟需进行除险加固施工，确保水库安全可靠运行，发挥工程效益。高压旋喷灌浆技术被广泛运用于土坝结构类的水库除险加固工程，其最早于20世纪60年代末期由日本提出，从最开始的单管法先后开发出两管法、三管法和多管法等，20世纪70年代末期在中国得到迅速发展。单管高压旋喷灌浆技术是指通过旋转喷嘴，利用一定的喷射压力（一般≥20MPa），将水泥浆液喷射而出冲击破碎土层，并与土体结合，形成凝结体，一般桩径为50-90cm。
关键词：水利水电工程;高压旋喷灌浆;质量控制技术
引言
为促进各区域经济协调发展，调控水资源优化配置和时空分布，上世纪50-70年代我国各地区兴建了许多小型水库。集供水、防洪、灌溉、发电等功能于一体的水库大坝，在保障河道下游生命财产安全和缓解各种水旱洪灾等方面发挥着重要作用，同时有利于缓解不同地区由于时空分布不均造成的水资源用水压力。然而，由于受当时条件限制，一些工程的技术标准低且施工质量差，加之运行过程中管理不当和维护经费的缺乏，水库带病运营的情况较为普遍。
1高压旋喷灌浆技术原理
高压旋喷灌浆技术主要是利用高压射流作用搅动地层，喷射浆液与土体掺和凝结，达到防渗加固的目的。
（1）冲切掺搅：喷射嘴射出高压浆液，基于动水压力冲击下实现对土体的冲切搅拌。
（2）升扬置换：高压浆液冲切土体，水、浆、气、土颗粒掺搅混合，获得夹气混合液，其具有升扬挟带能力，将土地细粒带出地面，留下混合液，增强土体强度。
（3）充填挤压：水泥浆液充填高压水射流置换形成的空腔，喷射技术后持续注入水泥浆，实现对土体挤压渗透，保证板墙与土体紧密结合。
（4）渗透凝结：水泥浆液可渗透土体孔隙形成凝结层。
2水利水电工程高压旋喷灌浆施工质量控制技术
2.1估算喷射直径
影响喷射直径的主要因素有摆动角度、土粒组成、提升速度、转动频率，所以在构建估算公式时，喷射直径D就是上述因素的综合函数，函数式为：
D=f（N，Pi，V，θ）（1）
其中：D为喷射柱的直径;N为土层的标贯击数;Pi为喷射管的转动频率;V为提速;θ为摆动的角度。
随机选用水利水电工程中的各项实践数据，采用三管法将施工过程中的浆流量、气流量、水流量设置为定值，忽略喷射过程中的喷灌浆压与气压，保证转动频率在6～12r/min，综合考量旋喷桩加固的点，最终使用式（1）计算得到D～N坐标曲线，见图1。
由图1可知，使用Pmax/P变换图1中纵坐标，设此时的提升速度最大值Vmax为15cm/min，对上述的曲线回归处理，计算得到：
其中：pmax为最大压力;b，d为回归系数。将喷射直径长度和摆角绘制上曲线图中，此时的式（2）就可变换为：
其中：a1，b1，m为回归系数。
式（3）表示水利水电工程在同一地层条件下喷摆、定喷与高压旋喷射柱体直径的关系，所以在估算喷射直径时，规定高压旋喷灌浆的转动频率与喷射压力，直接利用（3）式，即可估算出喷射直径。
2.2设计施工防渗形式
水利水电工程底部土层较软，抗剪强度较低，为了防止施工过程中护坡桩产生“踢脚”，在设定施工防渗形式时，沿护坡桩对工程内部土体进行加固，缩短支护桩桩长来控制施工质量，可以增加工程内土的抗剪强度和被动土压力。此时，工程侧壁止水帐幕的平面结构和高压旋喷灌浆桩共同组成止水支护墙体结构，竖向结构下部相对不透水层的悬挂式帷幕上方放置支护桩。利用水平止水帷幕以旋喷体套接的形式形成水平止水板，与竖向帷幕形成一个封闭的“箱形”，形成一个五面止水结构形式，防止施工过程中的意外渗水，保证施工质量。
2.3钻孔
1）孔向。钻孔位置应嚴格放样，钻机水平位置反复调整且安装牢固平稳，钻机立轴和孔口管的方向与设计孔向一致。持续从互相垂直的两个方向观测垂直度，及时调整偏差，轻压慢钻，确保钻杆钻进方向始终垂直于平面，本工程要求孔斜控制在0.8%以内。
2）孔序及孔径。严格按照分序加密原则钻进，钻孔开位位置与设计要求位置的偏差应控制在10cm以内。
3）孔深。钻到坝体基岩交界面时应测量钻孔深度是否与设计相符，若没达到设计值，可能是遇到小块石，应继续钻，若达到设计值，是已到基岩的顶层板，继续钻≥10min，确保下步对坝体与基岩的交界面的孔隙灌浆防渗效果。孔深的允许偏差在25cm以内。
4）孔壁。选用亲水性好、分散性高、稳定性、黏着性及可塑性强的当地优质黏土和膨润土制作护壁泥浆，有效防止钻孔坍塌。
2.3灌浆
1）旋喷桩施工时，水库应控制水位不得高于死水位242.0m高程。
2）施工喷射时，先应达到预定的喷射压力，正常回浆后再逐渐提升注浆管。
3）不返浆出现的原因有很多种，如孔洞、裂隙、碎石或地层松散吃浆量过大等，应观察大坝上下游面情况，及时采取处理措施。若是地层地质原因，可停止提升喷杆，进行多次原位复灌，以保持继续灌浆;若是少量返浆，应适当降低提升速度、喷射压力和流量，必要时还可增加浆液密度或在浆液中掺入速凝剂或灌灌停停，直到正常回浆方可提升，保证足够的不透水性和较高的渗透稳定性，能够抵抗渗透水作用的破坏。
4）串浆处理：灌浆过程中发现串浆时，宜采用下述方法处理：①如被串孔正在钻进，应立即停钻;②串浆量≤1L/min时，可在被串孔内通入水流;③串浆量较大，尽可能与被串孔同时灌注，但应注意控制灌浆压力，防止岩体抬动，当无条件同时灌注时，应封堵被串孔，对灌浆孔继续灌注，直至灌浆结束，或直接跳过被串孔，待凝固期后再进行灌注。
5）灌浆至坝基交界面时应确保有正常回浆，否则不能提升高度，且应保证高度回到1m后返回交界面再重复提升，更换钻杆时也应下降0.5m重复灌浆，提高固结体整体性。
2.3质量控制
采用上述的防渗形式，在实现施工质量控制时，还需设置孔距和布置形式。根据水利水电工程的特性，采用交叉折线形连接旋喷与摆喷，将连接方向与轴向夹角控制在20°～40°之间，按照由疏到密的原则分序施工，先喷一序孔，再喷二序孔。当出现转折孔时，适当调整孔距和喷射角，保证转折孔与邻孔墙体之间的紧密连接，最终在旋喷套接防渗墙的桩径的布置形式，形成表1所示的参数。
不断变换表1中的布置参数，保证施工质量的强度和刚度。用混凝土将接头管内浇注满，待与其相接的地下墙施工完毕后，在其坑（槽）外用旋喷将该接头管与混凝土地下墙接头外填满水泥加固土，用以挡土截水，最终实现对水利水电工程高压旋喷灌浆施工质量的控制。
结语
随着我国城市化建设的不断发展，水利水电工程已经成为现代化建设的重要工程，不同的施工场所有着不同的地质条件，研究工程中高压旋喷灌浆施工质量控制技术，能够针对不同基础施工的特点，改善传统质量控制技术中的不足，将水利水电工程控制在安全、高效的层面上，增强质量控制技术的科学性，减少施工过程中的各项损耗，节省水利水电工程的损耗成本，减少资源浪费。
参考文献
[1]王晓玲，李瑞金，敖雪菲，等.水电工程大坝基岩三维随机裂隙岩体灌浆数值模拟[J].工程力学，2018，35（1）：148-159.
[2]余雅宁，喻华平.黄登水电站帷幕灌浆质量管理工作实践[J].水力发电，2019，45（6）：13-16，34.
关键词：水利水电工程;高压旋喷灌浆;质量控制技术
引言
为促进各区域经济协调发展，调控水资源优化配置和时空分布，上世纪50-70年代我国各地区兴建了许多小型水库。集供水、防洪、灌溉、发电等功能于一体的水库大坝，在保障河道下游生命财产安全和缓解各种水旱洪灾等方面发挥着重要作用，同时有利于缓解不同地区由于时空分布不均造成的水资源用水压力。然而，由于受当时条件限制，一些工程的技术标准低且施工质量差，加之运行过程中管理不当和维护经费的缺乏，水库带病运营的情况较为普遍。
1高压旋喷灌浆技术原理
高压旋喷灌浆技术主要是利用高压射流作用搅动地层，喷射浆液与土体掺和凝结，达到防渗加固的目的。
（1）冲切掺搅：喷射嘴射出高压浆液，基于动水压力冲击下实现对土体的冲切搅拌。
（2）升扬置换：高压浆液冲切土体，水、浆、气、土颗粒掺搅混合，获得夹气混合液，其具有升扬挟带能力，将土地细粒带出地面，留下混合液，增强土体强度。
（3）充填挤压：水泥浆液充填高压水射流置换形成的空腔，喷射技术后持续注入水泥浆，实现对土体挤压渗透，保证板墙与土体紧密结合。
（4）渗透凝结：水泥浆液可渗透土体孔隙形成凝结层。
2水利水电工程高压旋喷灌浆施工质量控制技术
2.1估算喷射直径
影响喷射直径的主要因素有摆动角度、土粒组成、提升速度、转动频率，所以在构建估算公式时，喷射直径D就是上述因素的综合函数，函数式为：
D=f（N，Pi，V，θ）（1）
其中：D为喷射柱的直径;N为土层的标贯击数;Pi为喷射管的转动频率;V为提速;θ为摆动的角度。
随机选用水利水电工程中的各项实践数据，采用三管法将施工过程中的浆流量、气流量、水流量设置为定值，忽略喷射过程中的喷灌浆压与气压，保证转动频率在6～12r/min，综合考量旋喷桩加固的点，最终使用式（1）计算得到D～N坐标曲线，见图1。
由图1可知，使用Pmax/P变换图1中纵坐标，设此时的提升速度最大值Vmax为15cm/min，对上述的曲线回归处理，计算得到：
其中：pmax为最大压力;b，d为回归系数。将喷射直径长度和摆角绘制上曲线图中，此时的式（2）就可变换为：
其中：a1，b1，m为回归系数。
式（3）表示水利水电工程在同一地层条件下喷摆、定喷与高压旋喷射柱体直径的关系，所以在估算喷射直径时，规定高压旋喷灌浆的转动频率与喷射压力，直接利用（3）式，即可估算出喷射直径。
2.2设计施工防渗形式
水利水电工程底部土层较软，抗剪强度较低，为了防止施工过程中护坡桩产生“踢脚”，在设定施工防渗形式时，沿护坡桩对工程内部土体进行加固，缩短支护桩桩长来控制施工质量，可以增加工程内土的抗剪强度和被动土压力。此时，工程侧壁止水帐幕的平面结构和高压旋喷灌浆桩共同组成止水支护墙体结构，竖向结构下部相对不透水层的悬挂式帷幕上方放置支护桩。利用水平止水帷幕以旋喷体套接的形式形成水平止水板，与竖向帷幕形成一个封闭的“箱形”，形成一个五面止水结构形式，防止施工过程中的意外渗水，保证施工质量。
2.3钻孔
1）孔向。钻孔位置应嚴格放样，钻机水平位置反复调整且安装牢固平稳，钻机立轴和孔口管的方向与设计孔向一致。持续从互相垂直的两个方向观测垂直度，及时调整偏差，轻压慢钻，确保钻杆钻进方向始终垂直于平面，本工程要求孔斜控制在0.8%以内。
2）孔序及孔径。严格按照分序加密原则钻进，钻孔开位位置与设计要求位置的偏差应控制在10cm以内。
3）孔深。钻到坝体基岩交界面时应测量钻孔深度是否与设计相符，若没达到设计值，可能是遇到小块石，应继续钻，若达到设计值，是已到基岩的顶层板，继续钻≥10min，确保下步对坝体与基岩的交界面的孔隙灌浆防渗效果。孔深的允许偏差在25cm以内。
4）孔壁。选用亲水性好、分散性高、稳定性、黏着性及可塑性强的当地优质黏土和膨润土制作护壁泥浆，有效防止钻孔坍塌。
2.3灌浆
1）旋喷桩施工时，水库应控制水位不得高于死水位242.0m高程。
2）施工喷射时，先应达到预定的喷射压力，正常回浆后再逐渐提升注浆管。
3）不返浆出现的原因有很多种，如孔洞、裂隙、碎石或地层松散吃浆量过大等，应观察大坝上下游面情况，及时采取处理措施。若是地层地质原因，可停止提升喷杆，进行多次原位复灌，以保持继续灌浆;若是少量返浆，应适当降低提升速度、喷射压力和流量，必要时还可增加浆液密度或在浆液中掺入速凝剂或灌灌停停，直到正常回浆方可提升，保证足够的不透水性和较高的渗透稳定性，能够抵抗渗透水作用的破坏。
4）串浆处理：灌浆过程中发现串浆时，宜采用下述方法处理：①如被串孔正在钻进，应立即停钻;②串浆量≤1L/min时，可在被串孔内通入水流;③串浆量较大，尽可能与被串孔同时灌注，但应注意控制灌浆压力，防止岩体抬动，当无条件同时灌注时，应封堵被串孔，对灌浆孔继续灌注，直至灌浆结束，或直接跳过被串孔，待凝固期后再进行灌注。
5）灌浆至坝基交界面时应确保有正常回浆，否则不能提升高度，且应保证高度回到1m后返回交界面再重复提升，更换钻杆时也应下降0.5m重复灌浆，提高固结体整体性。
2.3质量控制
采用上述的防渗形式，在实现施工质量控制时，还需设置孔距和布置形式。根据水利水电工程的特性，采用交叉折线形连接旋喷与摆喷，将连接方向与轴向夹角控制在20°～40°之间，按照由疏到密的原则分序施工，先喷一序孔，再喷二序孔。当出现转折孔时，适当调整孔距和喷射角，保证转折孔与邻孔墙体之间的紧密连接，最终在旋喷套接防渗墙的桩径的布置形式，形成表1所示的参数。
不断变换表1中的布置参数，保证施工质量的强度和刚度。用混凝土将接头管内浇注满，待与其相接的地下墙施工完毕后，在其坑（槽）外用旋喷将该接头管与混凝土地下墙接头外填满水泥加固土，用以挡土截水，最终实现对水利水电工程高压旋喷灌浆施工质量的控制。
结语
随着我国城市化建设的不断发展，水利水电工程已经成为现代化建设的重要工程，不同的施工场所有着不同的地质条件，研究工程中高压旋喷灌浆施工质量控制技术，能够针对不同基础施工的特点，改善传统质量控制技术中的不足，将水利水电工程控制在安全、高效的层面上，增强质量控制技术的科学性，减少施工过程中的各项损耗，节省水利水电工程的损耗成本，减少资源浪费。
参考文献
[1]王晓玲，李瑞金，敖雪菲，等.水电工程大坝基岩三维随机裂隙岩体灌浆数值模拟[J].工程力学，2018，35（1）：148-159.
[2]余雅宁，喻华平.黄登水电站帷幕灌浆质量管理工作实践[J].水力发电，2019，45（6）：13-16，34.