高壓旋噴樁防滲技術在卵石混砂土層中的應用

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，高壓旋噴樁防滲墻由于在經濟性和適應性上具有相對優勢，取得了一定數量的試驗和應用經驗，仍然面臨著各種問題。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基坑、圍堰進行防滲、止水，達到了預期的設計效果，為高壓旋噴樁樁處理類似技術提供了經驗和參考。

【關鍵詞】高壓旋噴樁；防滲；圍井試驗

0 引言

噴射注漿法又稱為旋噴法，是通過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已有了廣泛的應用，既可作為施工中的臨時止水防滲帷幕，又可作為永久建筑物的地基加固。在施工機具方面，有單管法、二重管法和三管法，我國長期以來應用最多的是三管法。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。實際工程應用表明，高壓旋噴樁在松散、軟弱土層（N<10砂類土，N<10的粘性土、粉土、黃土等）易取得較好的效果，在堅硬土層、含大直徑塊石以及地下水流速較大的土層中成功率較低，需通過現場試驗確定其適應性。

在卵石土層中施工止水帷幕是巖土工程界的難點，常規做法往往采用帷幕灌漿技術或者混凝土防滲墻技術，不過這兩種技術都具有施工造價高、工期長的缺陷。因此我國許多工程項目開始逐漸摸索將高壓旋噴樁防滲墻應用在砂礫石土層中，并取得了相當數量的試驗和應用經驗。然而，高壓旋噴樁在含卵石土層的應用仍然面臨著各種問題。一方面，影響高壓旋噴樁成樁質量和處理效果的技術參數較多，現行規范及手冊給定的技術參數建議值區間較大，無法使用較為準確的理論計算確定設計參數；另一方面，施工質量受施工班組經驗以及現場施工質量控制的影響較大。

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基坑、圍堰進行防滲、止水，達到了預期的設計效果，為高壓旋噴樁樁處理類似技術提供了經驗和參考。

1 工程概況

本工程位于福建省福清市龍江下游規劃東部新城。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至規劃的清昌大道段，全長3.339km。河道在樁號K1+598處設攔河閘（倪松閘）一座。防洪堤岸防洪（潮）標準為50年一遇，排澇標準為10年一遇。

倪松閘為大（2）型水閘，防洪標準為50年一遇設計，過閘流量為2975m3/s；100年一遇校核，過閘流量為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，圍堰內外水頭差高達11.41m。

2 工程水文地質條件

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，有簡易水泥路連通，岸側地面高程約+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；南側以農田為主，地面高程約+4.9～+3.9。擬建場地屬海積、沖洪積河漫灘地貌。

2.2 場地土層滲透性

根據各土層的工程地質性質和滲透試驗、顆分試驗等室內土工試驗成果，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灰黃色粉質黏土、Ⅱ2灰色淤泥質粉質黏土夾粉砂一般屬弱～微透水層，其中Ⅱ3層屬極微透水層，可能產生的滲透變形類型為流土；Ⅱ2t灰色粉細砂混淤泥、Ⅱ3t灰黃色中粗砂層屬中等透水層，可能產生的滲透變形類型為管涌；Ⅲ雜色卵石混砂、Ⅵ1-1 灰黃色散體狀強風化花崗巖為強透水層。各土層滲透系數值見表1：

表1 各土層的滲透系數值

2.3 主要水文地質問題分析

根據地勘報告，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10cm以上，卵石含量超過50%，局部為卵石混黏性土。經修正后的重型動力觸探擊數一般為10.5～20.5擊，厚度一般在3.6～8.5m之間。

本工程建設規模大，地質條件復雜，施工技術難度大，工程區域不僅存在強透水層，而且存在龍江大堤、居民房等構筑物，基坑頂邊緣距離民房最近僅12m，工程環境條件復雜。為保證施工期基坑及民房等構筑物安全，避免基坑開挖后出現滲水、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 主要設計參數

本工程需對淺部的強透水層或中等透水層進行防滲處理，擬采用高壓旋噴樁防滲墻進行防滲處理。高壓旋噴樁參數施工技術參數選取合理與否，直接關系到防滲墻的止水效果以及工程的投資。根據同類型土層施工經驗并接過有關規范，對施工各參數進行了初步設計，然后針對這些參數進行試樁，通過開完檢測、壓水試驗和鉆芯取樣，得出符合該工程實際情況的實際施工參數。本工程高壓旋噴樁防滲墻的主要施工技術參數及檢測要求如下：

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：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，砂卵石層和強風化巖層5～8cm/min；旋轉速度15r/min；漿液比重>1.5。

3）水泥采用強度等級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%，鉆孔平面位置與設計位置偏差不得大于50mm。鉆桿的旋轉和提升必須連續不中斷。注漿管分段提升的搭接長度不得小于100mm。

5）試驗成樁28d取芯抗壓強度平均值應大于3.0MPa，鉆孔壓水試驗透水率不大于3Lu。

6）樁底應深入強風化層至少1.0～2.0m，樁底高程約為-9.00～-11.00m。

4 試樁與圍井試驗

4.1 試樁參數

為選取合理的施工參數，更科學的指導工程后續圍堰、閘室高壓旋噴樁防滲墻施工，確保圍堰防滲效果滿足設計及規范要求，本工程在地勘孔附近進行高壓旋噴樁試樁試驗。因地質條件復雜、參數較多（噴漿量、提升速度、旋轉速度），為更好的反應樁與樁之間的重疊（咬合）區域樁體質量，本工程初期進行了進行了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18根。單管法高壓旋噴樁試樁共1組，試樁數量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，試樁數量為6根；另一組樁徑為800mm，間距600mm，試樁數量6根。

第一次試樁結束后進行鉆芯取樣和壓水試驗，根據試驗結果調整參數進行了第二次試樁試驗。

4.2 鉆芯取樣

高壓旋噴樁試驗完成28天后，由第三方檢測部門對防滲墻墻體進行了鉆芯取樣，鉆芯位于搭接處。取樣結果標明：（1）單管法高噴樁試驗樁在土層可以取出較為完整的芯樣，但在卵石層中的無法鉆取完整芯樣，芯樣呈破碎、斷裂狀態；（2）三管法高壓旋噴樁試驗樁的芯柱較完整，卵石層中水泥土芯樣較完整、連續，表面氣泡少、攪拌較均勻，芯柱經檢測，抗壓強度為4.0MPa，滿足設計要求。

4.3 圍井試驗

高壓旋噴樁試驗完成28天后，對試驗的圍井進行了穩定流抽水試驗和水位恢復觀測。試驗采用小流量深井泵，出水管安裝水表計量流量，秒表測量抽水時間，抽水歷時108分鐘，抽取水量5.411m3；水位恢復觀測歷時1112分鐘。通過達西滲流定律公式計算以及分析判斷，本次圍井試驗較為成功，滲透試驗結果基本反映了防滲墻的防滲情況，防滲墻的滲透性等級屬弱透水，滲透系數數值為2.07×10-5cm/s，滿足設計要求。

5 結論與建議

1）根據試驗結果，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）通過試樁過程水泥消耗量、取芯、壓水試驗檢測對比，建議在水泥漿液內添加一定數量的膨潤土，提高水泥漿液懸浮能力，減少地下水對樁身影響。

3）通過現場開挖的集水坑及圍井開挖抽水情況，發現工程地下水位高，水系發達，通過圍井試驗，Ⅲ雜色卵石混黏性土（卵石混砂）及下層強風化層地質透水量大，因此在施工該段地層時，應適當降低鉆桿提升速度、增加漿液流量等方法確保防滲質量，旋噴樁應進入強風化層1.0～2.0m。

4）高壓旋噴樁施工過程中調整樁間距，適當減少樁與樁之間距離，加大相鄰兩孔高噴凝結體搭接處。若遇機械故障，停工時間較長，必須在搭界處另行補樁。

5）通過圍井試驗，建議在防滲墻拐角處增加3～5根高壓旋噴樁進行補強。

[責任編輯：楊玉潔]