1.2 高压喷射灌浆技术简介

高压喷射灌浆（简称高喷灌浆或高喷）是一种采用高压水或高压浆液形成高速喷射流束，冲击、切割、破碎地层土体，并以水泥基质浆液充填、掺混其中，形成桩柱或板墙状凝结体，用来提高地基防渗或承载能力的施工技术（图1-4）。

图1-4 高喷灌浆基本作业形式及固结体形状示意图

高喷灌浆是基于高压水射流技术在岩土工程地基处理中的有效利用和拓展，该技术于20世纪70年代引进我国，相继在水利水电、公铁交通等地基防渗与加固处理工程中被大量采用。在消化吸收和运用高喷灌浆技术的同时，工艺和设备不断开发创新，取得了丰硕成果。

1.2.1 高喷灌浆分类

（1）高喷灌浆在我国按其钻进成孔方式不同，分为钻孔高喷和振孔高喷两类。最初引进十几年采用的大都是钻孔高喷。

1）钻孔高喷。利用地质钻机（或动力头钻机）以回转、逐根接入钻杆的方式钻进，并以泥浆护壁成孔，再利用高喷机在钻孔中下入喷射管（喷射管底部设置喷头与喷嘴），进行高喷灌浆作业。

2）振孔高喷。利用振动锤以垂直振动（或加回转）一整根钻杆（即喷射管）的方式钻进，干法成孔（不需要泥浆冲洗和护壁而一次性成孔）并直接进行高喷灌浆作业。

（2）高喷按其作业基本方式分为定喷、摆喷、旋喷（含快慢旋），见图1-4。

1）定喷。使喷嘴向某一或两个确定方位定向喷射射流介质，同时提升喷头，在地层中建成一板状薄墙的高喷灌浆作业方式。

2）摆喷。使喷嘴喷射射流介质并做一定角度的摆动和提升运动，在地层中建成一扇形或纺锤形断面墙体的高喷灌浆作业方式。

3）旋喷。使喷嘴喷射射流介质并做连续回转和提升运动，在地层中建成一圆柱状桩体的高喷灌浆作业方式。

4）快慢旋喷。这是一种“以旋替摆”的新工艺。在喷射管每一转的旋转过程中，按“快—慢—快—慢”的顺序交替改变其转动速度，实现在需要摆喷成墙的方向上喷嘴慢速通过以便射流进行有效喷射切割，而在幕墙两侧不需要喷射的方向角度内使喷嘴快速转过，以期达到摆喷成墙的效果。快慢旋的技术优势：一是使旋喷与摆喷的设备和工艺一体化变得十分简捷；二是改善了摆喷固结体形状，使钻孔处薄弱固结体的厚度得到补强（使摆喷固结体形状由纺锤形变成近于椭圆形）。

（3）高喷灌浆按喷射管数量可分为单管法、双管法、三管法。

1）单管法。喷射管为单一管路，喷射介质通常为水泥基浆液的高喷灌浆方法。

2）双管法（亦称两管法）。喷射管为双重管（两根喷射管轴线重合结构）或两列管（两根喷射管轴线平行结构），喷射介质为水泥基质浆液和压缩空气（或水和水泥基质浆液）的高喷灌浆方法。双管法已成为一种主流高喷灌浆方法。

3）三管法。喷射管为三重管（三根喷射管轴线重合结构）或三列（至少两根喷射管轴线平行结构）管，喷射介质为水、水泥基质浆液和压缩空气的高喷灌浆方法。在复杂地层（如涌水、空洞）处理时三管法十分有效，喷射介质为水泥基质浆液和压缩空气，第三管输送惰性材料或速凝剂等。

（4）高喷灌浆按射流介质不同可分为水射流、水泥浆射流、混合浆液射流、气水射流、气浆射流。其中以气水射流（气环射水法）和气浆射流（气环射浆法）最为常用（图1-2）。

（5）高喷按固结体基本连接形式分为旋喷套接、旋喷+摆喷（或定喷）对接、摆喷对接（或折接）、定喷折接（图1-5）。

1.2.2 振孔高喷技术简介

利用高频振动锤以垂直振动 （或加回转）方式将一整根振管 （钻杆与喷射管的复合体）干法钻进地层形成钻孔 （不需要泥浆冲洗和护壁而一次性成孔），振管底部设置特制喷头 （为钻头与高喷头的复合体），在其向上提升过程中供给高喷介质 （风、浆、高压水或高压浆）进行高压喷射灌浆作业，喷头体提至地面即完成一次造孔与高喷灌浆全过程。这种把振动钻孔与高喷灌浆两种工艺耦合为 “钻喷一体化”的新工艺，被称为振孔高压喷射灌浆工艺 （简称振孔高喷）。工艺过程参见图1 6。振孔高喷工艺也同样包括旋喷、摆喷 （即摆动振孔高喷）、定喷3种基本形式，其中尤以摆喷应用最为广泛。

图1-5 高喷固结体基本连接形式

图1-6 振孔高喷工艺原理示意图

振孔高喷率先将钻进成孔和高压喷射灌浆两大工序整合为“钻喷一体化”。采用振动方式、整体钻杆（即高喷管）、干法强力钻进，实现快速成孔（比回转钻孔速度提高数十倍），结合较小孔距以充分利用高压射流的前锋高能区（即射流起始段）高效切割地层实现快速提升（比钻孔高喷提升速度高1～2倍）、邻孔连续施工射流多重切割搅拌地层实现连续成墙，从根本上保证高喷灌浆工程质量。历经30年不断研发完善和近百项工程成功检验，振孔高喷技术工艺成熟、设备性能可靠、综合效益突出，被纳入国家行业标准《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》（DL/T 5200—2004），并入选水利部水利先进实用技术重点推广项目，振孔高喷技术市场应用前景十分广阔。振孔高喷工艺与设备获得多项国家专利和省部级科技奖项。经过不断创新发展的振孔高喷技术广泛适用于水利、电力、交通、航运、城建、核电、航天等领域的地基加固与防渗工程。

1.2.3 振孔高喷技术优势

1.振孔高喷工艺三大技术优势

（1）强力快速钻进、干法直接成孔、钻喷一体化优势。利用数百千牛激振力和近于地层自振频率的振动锤，将略长于孔深的高强度振管以垂直状态强力高效钻入地层，甩掉泥浆护壁，实现干法（或湿法）一次性直接成孔，且在振管上提过程中进行并完成高喷灌浆作业。在设备上，首先实现了钻机与高喷机一体化；在器具上，高性能振管实现了钻杆与喷射管一体化和钻头与高喷头一体化；在工艺上，实现了钻进成孔与高喷灌浆一体化。

这一系列重大突破把钻孔效率迅速提高了数十倍以上，高喷灌浆效率也得到大幅度提高，使得原本十分复杂的钻孔高喷灌浆工艺变得非常简捷，材料消耗和施工成本得到大幅度降低，固结体质量得到根本性保障，施工环境也得到很大改善。

（2）小孔距、快速提升、复杂地层造墙优势。在成孔效率极高和钻孔成本极低的优势下，为实现小孔距（为钻孔高喷孔距的1/3～1/2）、高提速（提升速度比钻孔高喷提高1～2倍）的最优化高喷灌浆工艺创造了必要条件。

由于孔间距较小，钻孔直径较大，孔间地层厚度小，可以有效利用高压射流近喷嘴处（即射流起始段）的高能区高效切割、重复扰动地层，在保证固结体质量（强度、密度、连续性）的同时实现高喷灌浆的快速提升，从而大幅度降低水泥消耗及其他能耗。

“小孔距”突破了钻孔高喷限于较大的孔间距而无法用于大颗粒地层的局限性，极大拓宽了地层适用范围。大功率垂直激振力加上超大扭矩回转钻进对各类地层均有极强的穿透能力，在大颗粒的卵石、砾石地层也可高速成孔并建成优质高喷墙（桩）；对风化岩层也具有很强的钻进能力，为高喷桩（墙）嵌入基岩创造了必要条件。

小孔距、提升速度快的技术优势，可用来配合采用特殊三管（其中一管注入水泥砂浆、早强速凝等特种浆液）处理帷幕集中渗漏和地下水径流、空洞类地层，突破了高喷灌浆工艺的应用禁区。

（3）施工速度快、连续建造优质防渗墙优势。由于单孔施工速度快，在前孔水泥浆尚未凝结时后孔施工即已经结束，可以实现高喷孔不分序依次施工连续成墙，这为高喷防渗墙体的连续性提供了有效保障。振孔高喷这一优势往往成为防渗抢险工程的首选工艺。

小孔距加快速提升成为高效建造优质防渗墙的根本保障。实践中的多孔串浆现象即可直观分析判断墙体施工质量。振孔高喷不存在坍孔和护壁泥浆造成的“假灌”弊病，能够从根本上确保高喷固结体质量。

2.振孔高喷工艺主要特点简述（详见第2章）

（1）工序简单，干法成孔。

（2）施工速度快，造孔效率极高。

（3）墙体连续，固结体质量好。

（4）广泛适用于除永久冻土、超大漂石、完整基岩的各类地层。

（5）节省材料，无环境污染。

3.高喷灌浆工艺主要特点对比

振孔高喷与常规钻孔高喷工艺特点对比见表1-5。

钻孔高喷是近年发展并趋成熟的钻喷一体化工艺，在质量、效率、地层实用性等方面均有所提高。