高壓旋噴樁防滲技術(shù)在卵石混砂土層中的應(yīng)用

張齊焰　高瑩

【摘 要】在卵石土層中施工止水帷幕是巖土和水利工程界的難點(diǎn)，高壓旋噴樁防滲墻由于在經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性上具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)，取得了一定數(shù)量的試驗(yàn)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，仍然面臨著各種問(wèn)題。在福建省福清市倪松攔河閘工程中，筆者成功地在卵石混砂土層中使用三管法高壓旋噴樁對(duì)基坑、圍堰進(jìn)行防滲、止水，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果，為高壓旋噴樁樁處理類(lèi)似技術(shù)提供了經(jīng)驗(yàn)和參考。

【關(guān)鍵詞】高壓旋噴樁；防滲；圍井試驗(yàn)

0 引言

噴射注漿法又稱(chēng)為旋噴法，是通過(guò)高壓噴射切割土體并使水泥與土攪拌混合，形成水泥土體加固的方法。高壓旋噴樁注漿法處理地基在我國(guó)已有了廣泛的應(yīng)用，既可作為施工中的臨時(shí)止水防滲帷幕，又可作為永久建筑物的地基加固。在施工機(jī)具方面，有單管法、二重管法和三管法，我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)應(yīng)用最多的是三管法。理論上，高壓旋噴樁注漿法可廣泛適用于淤泥、軟弱粘性土、砂卵土甚至砂卵石等多種土質(zhì)。實(shí)際工程應(yīng)用表明，高壓旋噴樁在松散、軟弱土層（N<10砂類(lèi)土，N<10的粘性土、粉土、黃土等）易取得較好的效果，在堅(jiān)硬土層、含大直徑塊石以及地下水流速較大的土層中成功率較低，需通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定其適應(yīng)性。

在卵石土層中施工止水帷幕是巖土工程界的難點(diǎn)，常規(guī)做法往往采用帷幕灌漿技術(shù)或者混凝土防滲墻技術(shù)，不過(guò)這兩種技術(shù)都具有施工造價(jià)高、工期長(zhǎng)的缺陷。因此我國(guó)許多工程項(xiàng)目開(kāi)始逐漸摸索將高壓旋噴樁防滲墻應(yīng)用在砂礫石土層中，并取得了相當(dāng)數(shù)量的試驗(yàn)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。然而，高壓旋噴樁在含卵石土層的應(yīng)用仍然面臨著各種問(wèn)題。一方面，影響高壓旋噴樁成樁質(zhì)量和處理效果的技術(shù)參數(shù)較多，現(xiàn)行規(guī)范及手冊(cè)給定的技術(shù)參數(shù)建議值區(qū)間較大，無(wú)法使用較為準(zhǔn)確的理論計(jì)算確定設(shè)計(jì)參數(shù)；另一方面，施工質(zhì)量受施工班組經(jīng)驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量控制的影響較大。

在福建省福清市倪松攔河閘工程中，筆者成功地在卵石混砂土層中使用三管法高壓旋噴樁對(duì)基坑、圍堰進(jìn)行防滲、止水，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果，為高壓旋噴樁樁處理類(lèi)似技術(shù)提供了經(jīng)驗(yàn)和參考。

1 工程概況

本工程位于福建省福清市龍江下游規(guī)劃東部新城。龍江是福清市最大的河流，總流域面積538km2，干流全長(zhǎng)62.0km，河道平均坡降4‰。本次河道整治范圍為龍江干流自利橋下游1km至規(guī)劃的清昌大道段，全長(zhǎng)3.339km。河道在樁號(hào)K1+598處設(shè)攔河閘（倪松閘）一座。防洪堤岸防洪（潮）標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，排澇標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇。

倪松閘為大（2）型水閘，防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇設(shè)計(jì)，過(guò)閘流量為2975m3/s；100年一遇校核，過(guò)閘流量為3320m3/s。倪松閘采用5孔鋼壩閘，每孔凈寬24m，總凈寬120m。倪松閘分2期施工，一期施工右岸2孔，二期施工左岸3孔。一期基坑南北長(zhǎng)約160m、東西寬約100m；閘底高程為-4.35m，施工洪水位為7.06m，圍堰內(nèi)外水頭差高達(dá)11.41m。

2 工程水文地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

擬建倪松攔河閘位于倪松大橋下游，北側(cè)橫跨龍江，龍江左岸位于人口密集的倪浦村附近，居民住宅分布密集，有簡(jiǎn)易水泥路連通，岸側(cè)地面高程約+6.8～+6.0，右岸為老大堤和灘地，老大堤堤頂高程約+7.2～+6.6，龍江泥面高程約+1.9～-1.2m；南側(cè)以農(nóng)田為主，地面高程約+4.9～+3.9。擬建場(chǎng)地屬海積、沖洪積河漫灘地貌。

2.2 場(chǎng)地土層滲透性

根據(jù)各土層的工程地質(zhì)性質(zhì)和滲透試驗(yàn)、顆分試驗(yàn)等室內(nèi)土工試驗(yàn)成果，各土層是透水性判別如下：Ⅰ0-2灰黃色素填土、Ⅰ1灰色淤泥、Ⅱ1灰黃色粉質(zhì)黏土、Ⅱ2灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉砂一般屬弱～微透水層，其中Ⅱ3層屬極微透水層，可能產(chǎn)生的滲透變形類(lèi)型為流土；Ⅱ2t灰色粉細(xì)砂混淤泥、Ⅱ3t灰黃色中粗砂層屬中等透水層，可能產(chǎn)生的滲透變形類(lèi)型為管涌；Ⅲ雜色卵石混砂、Ⅵ1-1 灰黃色散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖為強(qiáng)透水層。各土層滲透系數(shù)值見(jiàn)表1：

表1 各土層的滲透系數(shù)值

2.3 主要水文地質(zhì)問(wèn)題分析

根據(jù)地勘報(bào)告，Ⅲ雜色卵石混砂土層的卵石直徑在2.0～10.0cm之間，局部5～10cm，少量達(dá)10cm以上，卵石含量超過(guò)50%，局部為卵石混黏性土。經(jīng)修正后的重型動(dòng)力觸探擊數(shù)一般為10.5～20.5擊，厚度一般在3.6～8.5m之間。

本工程建設(shè)規(guī)模大，地質(zhì)條件復(fù)雜，施工技術(shù)難度大，工程區(qū)域不僅存在強(qiáng)透水層，而且存在龍江大堤、居民房等構(gòu)筑物，基坑頂邊緣距離民房最近僅12m，工程環(huán)境條件復(fù)雜。為保證施工期基坑及民房等構(gòu)筑物安全，避免基坑開(kāi)挖后出現(xiàn)滲水、管涌及塌方等，圍堰及邊坡必須采取有效可靠的防滲、止水措施。

3 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

本工程需對(duì)淺部的強(qiáng)透水層或中等透水層進(jìn)行防滲處理，擬采用高壓旋噴樁防滲墻進(jìn)行防滲處理。高壓旋噴樁參數(shù)施工技術(shù)參數(shù)選取合理與否，直接關(guān)系到防滲墻的止水效果以及工程的投資。根據(jù)同類(lèi)型土層施工經(jīng)驗(yàn)并接過(guò)有關(guān)規(guī)范，對(duì)施工各參數(shù)進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)，然后針對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行試樁，通過(guò)開(kāi)完檢測(cè)、壓水試驗(yàn)和鉆芯取樣，得出符合該工程實(shí)際情況的實(shí)際施工參數(shù)。本工程高壓旋噴樁防滲墻的主要施工技術(shù)參數(shù)及檢測(cè)要求如下：

1）基坑及圍堰防滲采用三管法高壓旋噴樁，旋噴樁直徑為800mm，間距600mm。

2）高壓旋噴樁施參數(shù)：水泥漿水灰比1.1；高壓水壓力≥35MPa，氣流壓力0.6～0.8MPa，輸液流量110L/min；提升速度土層18cm/min，砂卵石層和強(qiáng)風(fēng)化巖層5～8cm/min；旋轉(zhuǎn)速度15r/min；漿液比重>1.5。

3）水泥采用強(qiáng)度等級(jí)42.5R及以上的普通硅酸鹽水泥。

4）施工鉆孔傾斜度不得大于1.0%，鉆孔平面位置與設(shè)計(jì)位置偏差不得大于50mm。鉆桿的旋轉(zhuǎn)和提升必須連續(xù)不中斷。注漿管分段提升的搭接長(zhǎng)度不得小于100mm。

5）試驗(yàn)成樁28d取芯抗壓強(qiáng)度平均值應(yīng)大于3.0MPa，鉆孔壓水試驗(yàn)透水率不大于3Lu。

6）樁底應(yīng)深入強(qiáng)風(fēng)化層至少1.0～2.0m，樁底高程約為-9.00～-11.00m。

4 試樁與圍井試驗(yàn)

4.1 試樁參數(shù)

為選取合理的施工參數(shù)，更科學(xué)的指導(dǎo)工程后續(xù)圍堰、閘室高壓旋噴樁防滲墻施工，確保圍堰防滲效果滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，本工程在地勘孔附近進(jìn)行高壓旋噴樁試樁試驗(yàn)。因地質(zhì)條件復(fù)雜、參數(shù)較多（噴漿量、提升速度、旋轉(zhuǎn)速度），為更好的反應(yīng)樁與樁之間的重疊（咬合）區(qū)域樁體質(zhì)量，本工程初期進(jìn)行了進(jìn)行了2次試樁。第一次試樁共分為3組（單管法1組、三管法2組），每組6根，共計(jì)18根。單管法高壓旋噴樁試樁共1組，試樁數(shù)量6根，鉆孔樁徑為600mm，間距400mm。三管法高壓旋噴樁試樁共分2組：一組樁徑為600mm，間距400mm，試樁數(shù)量為6根；另一組樁徑為800mm，間距600mm，試樁數(shù)量6根。

第一次試樁結(jié)束后進(jìn)行鉆芯取樣和壓水試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整參數(shù)進(jìn)行了第二次試樁試驗(yàn)。

4.2 鉆芯取樣

高壓旋噴樁試驗(yàn)完成28天后，由第三方檢測(cè)部門(mén)對(duì)防滲墻墻體進(jìn)行了鉆芯取樣，鉆芯位于搭接處。取樣結(jié)果標(biāo)明：（1）單管法高噴樁試驗(yàn)樁在土層可以取出較為完整的芯樣，但在卵石層中的無(wú)法鉆取完整芯樣，芯樣呈破碎、斷裂狀態(tài)；（2）三管法高壓旋噴樁試驗(yàn)樁的芯柱較完整，卵石層中水泥土芯樣較完整、連續(xù)，表面氣泡少、攪拌較均勻，芯柱經(jīng)檢測(cè)，抗壓強(qiáng)度為4.0MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

4.3 圍井試驗(yàn)

高壓旋噴樁試驗(yàn)完成28天后，對(duì)試驗(yàn)的圍井進(jìn)行了穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)和水位恢復(fù)觀測(cè)。試驗(yàn)采用小流量深井泵，出水管安裝水表計(jì)量流量，秒表測(cè)量抽水時(shí)間，抽水歷時(shí)108分鐘，抽取水量5.411m3；水位恢復(fù)觀測(cè)歷時(shí)1112分鐘。通過(guò)達(dá)西滲流定律公式計(jì)算以及分析判斷，本次圍井試驗(yàn)較為成功，滲透試驗(yàn)結(jié)果基本反映了防滲墻的防滲情況，防滲墻的滲透性等級(jí)屬弱透水，滲透系數(shù)數(shù)值為2.07×10-5cm/s，滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論與建議

1）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，三重管高壓旋噴樁防滲效果在Ⅲ雜色卵石混砂土層中遠(yuǎn)好于單管法高壓旋噴樁防滲墻，可判定單管法旋噴樁在Ⅲ雜色卵石混砂成樁效果較三重管高壓旋噴樁成樁效果差，防滲效果不理想。

2）通過(guò)試樁過(guò)程水泥消耗量、取芯、壓水試驗(yàn)檢測(cè)對(duì)比，建議在水泥漿液內(nèi)添加一定數(shù)量的膨潤(rùn)土，提高水泥漿液懸浮能力，減少地下水對(duì)樁身影響。

3）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖的集水坑及圍井開(kāi)挖抽水情況，發(fā)現(xiàn)工程地下水位高，水系發(fā)達(dá)，通過(guò)圍井試驗(yàn)，Ⅲ雜色卵石混黏性土（卵石混砂）及下層強(qiáng)風(fēng)化層地質(zhì)透水量大，因此在施工該段地層時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低鉆桿提升速度、增加漿液流量等方法確保防滲質(zhì)量，旋噴樁應(yīng)進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化層1.0～2.0m。

4）高壓旋噴樁施工過(guò)程中調(diào)整樁間距，適當(dāng)減少樁與樁之間距離，加大相鄰兩孔高噴凝結(jié)體搭接處。若遇機(jī)械故障，停工時(shí)間較長(zhǎng)，必須在搭界處另行補(bǔ)樁。

5）通過(guò)圍井試驗(yàn)，建議在防滲墻拐角處增加3～5根高壓旋噴樁進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

[責(zé)任編輯：楊玉潔]