密閉空間砂卵石層固結灌漿效果檢驗方法研究

馮春萌，羅小斌，高 豐，黃曉倩，劉 坪

（1. 廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530011； 2. 湖南宏禹工程集團有限公司，湖南 長沙 410007）

前 言

砂卵石層是第四紀沉積物中的一種松散粗碎屑堆積層，具有顆粒間膠結性差、滲透性強、孔隙分布不均等復雜特征。灌漿是治理砂卵石層的有效方法，通過有針對性的灌漿可以大幅提高密實度和地基承載力，增強地基的穩定性，保障工程安全[1～2]。然而，漿液注入到地層中的工程屬隱蔽工程，無法用直觀方法去觀測，要判定灌漿后是否達到應有的密實度及承載力，需選擇適當檢測方法進行評價。目前，常采用壓水試驗配合鉆孔取芯進行注漿效果檢測[3～4]。但由于地質體的各向異性和不均勻性，漿液滲透方向和注入量也存在不定性，使得鉆孔取芯觀察水泥結實率具有一定局限性。

針對上述問題，本文以廣西荔浦至玉林高速平南三橋段北岸拱座地連墻基礎砂卵石層固結灌漿工程為背景，針對砂卵石層注漿效果檢測方法開展了試驗與研究，總結了相關的經驗以供類似工程參考。

1 概 述

1.1 項目概況

平南三橋為廣西荔浦至玉林高速公路南北互通連接線上跨潯江的一座特大型橋梁。其北岸拱座基礎為地下連續墻基礎，持力層為中風化泥灰巖。北岸地連墻施工完畢后，對圈閉范圍內的砂卵石層進行注漿，注漿深度為卵石層頂+11 m 標高至巖面以下1 m，以增加砂卵石層的密實性并降低其透水性，達到減少沉降和止水的目的。2018 年8 月25 日～10 月17 日，北岸拱座基礎卵石層加固注漿歷時54 天施工完畢。共計鉆孔647個，累計注入水泥2 330 t，平均單孔水泥用量13 t。

1.2 地質條件

橋位區南北兩主墩施工場地分布Qal+pl-3粉質粘土、Qal+pl-2 粉質粘土及Qal+pl-1卵石、中風化灰巖（D2y）、中風化泥灰巖（D2y）合計5 類巖土。

平南三橋橋址區地層主要由第四系沖洪積層（Qal+pl）、泥盆系中統郁江階（D2y）組成，圖1 為北岸拱座地質剖面圖。

圖1 地質剖面圖

2 注漿效果檢測

2.1 抽水試驗

2.1.1 試驗概況

依據《水電水利工程鉆孔抽水試驗規程》（SL 320-2005）對拱座施工場地內進行抽水試驗，抽水穩定時間大于8 h。

2.1.2 試驗布置

抽水試驗設1 個抽水孔（井徑Φ1 300 mm，孔深31.20 m，后置Φ630 mm 鋼管護壁直至入巖石面）和4 個觀測孔（開孔Φ127 mm，放置Φ110 mmPVC 管護壁置入巖石面），抽水孔CS1 位于場地中心，觀測孔位于抽水孔四周半徑15 m 圓周的象限點上。

2.1.3 抽水試驗方法及主要設備

釆用單孔抽水試驗方法，記錄停泵后孔內水位恢復至初始水位的過程，并變換不同的流量多次進行抽水試驗，計算滲透系數。抽水設備采用電潛泵，出水量采用三角堰測量。抽水孔和觀測孔使用電測水位計測量。

2.1.4 試驗成果計算與分析

1）抽水試驗主要成果。抽水鉆孔CS1 孔口高程為28.77 m（地面高程約為28.40 m），地下水靜水位高程為15.30 m。觀測鉆孔孔口高程為28.47 m，地下水靜水位高程為15.30 m。同期外江河水位高程為22.9 m。

降深10.27 m，Q=2.88 L/s=248.832 m3/d，單位涌水量為0.28 L/s·m。

2）水文地質參數計算。依據是《水利水電工程鉆孔抽水試驗規程（SL 320-2005）附錄E 用拐點法求有越流補給的水文地質參數》。根據S-lgt 曲線求得：Si=5.16 m，mi=5.16/1.4771=3.493 3；査附錄E 中表E.0.5 ex，K0（x），exK0（x），-Ei（-x）和-Ei（-x）ex的數值表求得e（r/B）=1.044 2，K0（r/B）=3.262 0，得T=2.3Q/（4πmie（r/B））=12.485 8 m2/d。

地下連續墻施工后基坑涌水量Q檢按以下公式計算：

Q檢=W×S=T/B2×（Sd×S）

B2=TM′/K′

式中 Q檢——基坑檢驗計算涌水量（m3/d）；

W——越流補給強度（m/d）；

K′——相對弱透水層滲透系數（m/d），根據原勘察資料取K'=0.069 12 m/d；M′為相對弱透水層厚度（m），根據原勘察資料取M′=4 m；

Sd——基坑地下水位設計降深（m），根據基坑設計資料Sd=18.74 m；

T——導水系數（m2/d）=12.485 8 m2/d；

S——基坑截面積（m2）=2 827.35 m2。

通過計算得基坑涌水量Q檢=915.57 m3/d

圖2 基底開挖照片

2.2 重型圓錐動力觸探試驗

2.2.1 試驗概況

試驗工作包括鉆探及鉆孔壓水試驗（注水試驗）和重型圓錐動力觸探試驗，每個鉆孔試驗地段自卵石層頂部至卵石層底部（-0.6～6 m 高程），共18 個鉆孔。動力觸探試驗每2 m 做一次、每次段長l m；每個鉆孔壓水試驗（注水試驗）總段數為3 段，每段長度為5 m 計。

2.2.2 試驗成果與分析

1）重型圓錐動力觸探。根據13 個鉆孔重型圓錐動力觸探試驗數理統計（共429 組，參與統計有356 組），灌漿加固后卵石重型圓錐動力觸探修正錘擊數為15.40擊，查《廣西壯族自治區巖土工程勘察規范》（DBJ/T 45-002-2011）獲知，承載力為582.00 kPa。值得注意的是，由于卵石層分布不均勻，含砂量較大，重型圓錐動力觸探的結果離散大，并不能較好的反映出注漿效果。

2）鉆孔壓水試驗（注水試驗）。因孔內塌孔嚴重，全部鉆孔均需跟管鉆進，大多數鉆孔無法正常進行鉆孔壓水試驗及注水試驗。從僅有的2 個鉆孔注水試驗結果表明，卵石層滲透系數一般均大于1×10-4cm/s，詳見表1、圖3。需要指出的是，檢驗孔孔壁經常被沖垮，人為形成新的通道，檢驗孔中地下水水位人為升高，鉆孔注水試驗受干擾，因此注水試驗結果無法準確評價灌漿效果。

表1 鉆孔注水試驗結果

圖3 鉆孔A1-17、F2-20 取芯照片

2.3 淺層平板載荷試驗

2.3.1 試驗概況

開挖至標高+11 后，對該工程地基土承載力進行淺層平板載荷試驗，以確定該地基土承載力特征值。本次試驗抽檢3 個點，試驗點高程-0.5 m，壓板尺寸0.75 m×0.75 m，最大試驗荷載1 600 kPa，配重堆載量1 530 kN。

2.3.2 試驗成果與分析

當載荷加至1 600 kPa 時，經過180 min 觀測，承壓板頂的沉降已達相對穩定，此時承壓板頂總沉降值為40.23 mm，隨后分級卸載至零，殘余沉降值為34.13 mm，壓力～沉降曲線如圖4 所示，為緩變型曲線，s/b 為0.01所對應的壓力大于最大加載壓力的一半，即800 kPa。

圖4 1#試驗點淺層平板試驗點p-s、s-lgt 曲線圖

當載荷加至1 600 kPa 時，經過1 020 min 觀測，承壓板頂的沉降達到89.33 mm，隨后分級卸載至零，承壓板回彈值為2.50 mm，殘余沉降值為87.58 mm，壓力～沉降曲線如圖5 所示，為緩變型曲線，s/b 為0.01 所對應的壓力為721 kPa。

圖5 2#試驗點淺層平板試驗點p-s、s-lgt 曲線圖

當載荷加至1 600 kPa 時，經過210 min 觀測，承壓板頂的沉降已達相對穩定，此時承壓板頂總沉降值為29.08 mm，隨后分級卸載至零，殘余沉降值為22.79 mm，壓力～沉降曲線如圖6 所示，s/b 為0.01 所對應的壓力大于最大加載壓力的一半，即800 kPa。

綜合上述試驗結果，各試驗點的特征值極差不超過平均值的30%，故本次試驗取其地基承載力特征值的平均值為該土層的地基承載力特征值，fak=734 kPa，滿足設計要求。

3 結 論

本文通過在開挖前進行抽水試驗、動力觸探試驗、鉆孔取芯檢查、壓水試驗及開挖后淺層平板載荷試驗對平南三橋北岸拱座地連墻砂卵石注漿工程進行了效果檢測。結果表明，通過抽水試驗比對注漿前后涌水量的大小及平板載荷試驗能較好的反映注漿效果，而采用鉆孔取芯、動力觸探及壓水試驗的方法得到的試驗結果離散大，且無效數據較多，因而并不適用。

圖6 3#試驗點淺層平板試驗點p-s、s-lgt 曲線圖