余忠心

(1.華北有色工程勘察院有限公司，河北 石家莊 050024； 2.河北省礦山地下水安全技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 石家莊 050024)

高壓旋噴注漿法是通過注漿管將漿液、氣體以及水在一定的壓力下輸送到孔內(nèi)，利用高壓射流切割土體，將沖下來的土體置換或一同形成混合體以實(shí)現(xiàn)改良土體的目的。根據(jù)輸送介質(zhì)可以分為單管法、雙管法以及三管法；根據(jù)噴射的方向可以分為定噴、擺噴和旋噴。主要適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、黏性土(流塑、軟塑、可塑)、粉土以及砂土、黃土、素填土和碎石土等地基，當(dāng)土中含有較多大粒徑塊石，大量植物根莖或較高有機(jī)質(zhì)，以及地下水流速過大或已涌水的工程應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果確定其適用性[1]。

李洪廠等[2]采用三管法實(shí)施北京市某深基坑止水帷幕，在卵石地層加入水玻璃，能夠達(dá)到比較好的膠結(jié)效果；賈俊峰[3]采用高壓旋噴工藝作為基坑支護(hù)的止水帷幕，雜填土地層中選定3個(gè)水灰比進(jìn)行試樁，對(duì)比了不同配合比下的試樁效果；朱德良等[4]在新近回填的深厚建筑垃圾雜填土場(chǎng)地，就高壓旋噴樁的地基加固效果進(jìn)行了分析，通過單樁和復(fù)合靜載荷試驗(yàn)表明高壓旋噴樁的加固能夠滿足設(shè)計(jì)要求；朱明誠(chéng)等[5]通過試樁和篩分試驗(yàn)將卵礫石層特征對(duì)樁徑大小的影響進(jìn)行了分析研究，結(jié)果表明卵礫石含水層中成樁效果與卵礫石顆粒大小及含砂量有關(guān)，超高壓旋噴注漿技術(shù)在含水卵礫石層中，可形成質(zhì)量可靠、抗?jié)B性能好的加固體。孫憲海[6]在風(fēng)化巖層中進(jìn)行高壓旋噴試驗(yàn)，通過優(yōu)化工藝參數(shù)使成樁效果達(dá)到了工程設(shè)計(jì)需求。

1 工程概況

該工程處于國(guó)內(nèi)某礦區(qū)，工程所在地屬于低山丘陵地貌，溝谷侵蝕切割嚴(yán)重，擬建場(chǎng)地為山前沖溝地貌，表現(xiàn)為“U”型谷，根據(jù)調(diào)查資料靠近東側(cè)山前原為河塘，現(xiàn)已回填，緊鄰場(chǎng)地的東、南及北側(cè)為環(huán)山道路，由于礦山的建設(shè)，場(chǎng)地的地質(zhì)環(huán)境發(fā)生了較大的變化。建設(shè)目的為尾礦庫的防滲治理，場(chǎng)地的東側(cè)直線距離約80 m為滲濾液收集池，由于礦區(qū)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，廢棄物的處理系統(tǒng)老舊，為防止泄露污染地下水和附近土壤，根據(jù)勘察及設(shè)計(jì)單位提供的建議，修建防滲帷幕進(jìn)行加固防護(hù)，擬采用高壓旋噴樁，旋噴，雙管法，設(shè)計(jì)樁徑800 mm(直徑)，搭接寬度250 mm，滲透性達(dá)到10-6cm/s數(shù)量級(jí)，帷幕線長(zhǎng)度39 m，平面位置圖如圖1所示。

2 地質(zhì)條件

根據(jù)場(chǎng)地的地質(zhì)勘察報(bào)告，場(chǎng)地地層分布如表1所示?？辈旆秶鷥?nèi)主要揭露含水層為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水，松散巖類孔隙水主要賦存于素填土、淤泥質(zhì)土、全風(fēng)化地層中，基巖裂隙水為強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化地層中。溝谷呈“C”狀，西北向?yàn)閳嚎?，其余方向山體環(huán)繞，受地形的影響，地下水向低洼處匯集，由西北向排泄，場(chǎng)地的局部范圍內(nèi)地下水的補(bǔ)給、排泄路徑如圖1虛線所示，勘察范圍內(nèi)地下水埋深為0.13 m～0.85 m。

3 試驗(yàn)方案

本工程擬采用雙管法高壓旋噴法對(duì)雜填土層進(jìn)行防滲加固，按照以往的施工經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)?shù)貙又袏A雜較多塊石時(shí)，成樁的效果較差。因此設(shè)計(jì)了試驗(yàn)方案來驗(yàn)證成樁效果，試驗(yàn)灌漿材料使用42.5級(jí)抗硫硅酸鹽水泥和改性納基膨潤(rùn)土。高壓旋噴工藝的主要工藝參數(shù)漿液配比、噴漿壓力、提升速度、漿液流量以及旋轉(zhuǎn)速度，根據(jù)設(shè)計(jì)院要求以及施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行選擇，試驗(yàn)樁長(zhǎng)為3 m，提升速度10 cm/min，旋轉(zhuǎn)速度32 r/min，水灰比(質(zhì)量比)1∶1，氣壓采用0.8 MPa，擬采用2種壓力，3種配合比，共6個(gè)孔，孔間距0.55 m，進(jìn)行試樁試驗(yàn)，具體試驗(yàn)參數(shù)見表2。部分鉆孔的巖芯如圖2所示，含有較多的碎石，多為中風(fēng)化基巖，質(zhì)地堅(jiān)硬，巖芯較為松散，呈散體狀。

表1 場(chǎng)地地層分布

表2 試驗(yàn)參數(shù)

4 質(zhì)量保證措施

1)測(cè)量放點(diǎn)，鉆機(jī)就位，保證鉆桿的垂直度，應(yīng)與樁位一致，偏差應(yīng)在10 mm以內(nèi)，鉆孔垂直度誤差小于0.1%，鉆孔偏斜率不大于設(shè)計(jì)孔深的1%。

2)引孔至設(shè)計(jì)深度后，拔出巖芯管，并換上噴射灌漿管插入預(yù)定深度。在下管過程中，為防止泥砂堵塞噴嘴，要邊噴水邊下管，水壓不得超過1 MPa，以免壓力過高，將孔壁射穿，高壓水噴嘴要用塑料布包裹，以防泥土進(jìn)入管內(nèi)。

3)下噴射管至設(shè)計(jì)深度，接通泥漿泵、氣泵，然后由下向上旋噴，在原位置旋轉(zhuǎn)10 s左右，待孔口冒漿正常后再正常旋噴，以保證樁底部的質(zhì)量。

4)在旋噴樁施工過程中，時(shí)刻檢測(cè)漿液比重和孔口冒漿情況，當(dāng)遇到孔口不返漿時(shí)，地層中可能遇到了大的裂隙和導(dǎo)水通道，可采取下列措施[7]:a.降低提升速度；b.降低噴射壓力、流量，進(jìn)行原位灌漿；c.加大漿液密度或灌注水泥砂漿、水泥黏土漿；d.向孔內(nèi)填入砂、土、速凝劑等堵漏材料。

5 試樁效果檢查

施工完成以后，分別對(duì)6根試驗(yàn)樁的成樁效果進(jìn)行檢查，按照DL/T 5200—2019水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范的要求，灌漿結(jié)束28 d先后進(jìn)行鉆孔取芯、開挖檢查成樁直徑以及注水試驗(yàn)。

1)鉆孔取芯。采用地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行樁體取芯，部分樁體的取芯照片如圖3所示，巖芯呈土柱狀，與地層的膠結(jié)較好；右圖1.9 m處巖芯斷裂，該位置處見約40 mm的碎石，膠結(jié)差，在鉆探取樣過程中由于鉆機(jī)的擾動(dòng)，巖芯不完整；右圖1.25 m處礫石含量較高，膠結(jié)性較好，但是受擾動(dòng)后容易開裂。當(dāng)?shù)貙又泻写罅降乃槭瘯r(shí)，漿液與地層的膠結(jié)性較差；含有較多礫石，膠結(jié)性影響較小。

2)檢查成樁直徑。沿樁身的兩側(cè)開挖至深度2 m～2.5 m，檢查樁身直徑及搭接效果。樁身如圖4所示，6根試驗(yàn)樁成樁直徑范圍為600 mm～1 000 mm，并且由上而下樁徑表現(xiàn)為不均勻性，主要是因?yàn)樘钔恋貙映煞值牟痪鶆?，局部含有較多大粒徑的塊石，多為中風(fēng)化的基巖(如圖5所示)，質(zhì)地堅(jiān)硬，高壓漿液未能切穿，影響了成樁直徑。如圖6所示為樁間的搭接，搭接范圍200 mm～300 mm，主要是受到樁徑大小的影響。

3)現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)。采用簡(jiǎn)易鉆孔降水頭注水試驗(yàn)，孔內(nèi)不下套管，試驗(yàn)段裸露，孔壁和孔底同時(shí)進(jìn)水，來測(cè)定各孔的滲透系數(shù)，如圖7所示為試驗(yàn)孔與滲透系數(shù)對(duì)應(yīng)的折線圖，按照GB 50487—2008水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范[8]，SY01，SY02，SY04滲透系數(shù)為10-6數(shù)量級(jí)，滿足設(shè)計(jì)要求；SY03，SY06為10-5數(shù)量級(jí)，不滿足設(shè)計(jì)要求；SY05為10-4數(shù)量級(jí)，不滿足設(shè)計(jì)要求，在試驗(yàn)的過程中，SY05孔口以下0.5 m的開挖面處，土體與石塊間有漏水現(xiàn)象，說明該位置處漿液與地層的膠結(jié)性差，沿著薄弱部位泄露。

6 結(jié)語

根據(jù)旋噴樁樁體的測(cè)試結(jié)果，可得由于填土地層的不均勻性，導(dǎo)致了樁徑在空間分布的差異性，有的位置樁徑可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，有的位置樁徑較小；當(dāng)?shù)貙幽程幒罅?、質(zhì)地堅(jiān)硬的塊石時(shí)，高壓漿液射流路徑會(huì)受到影響，進(jìn)而影響成樁的直徑，影響了樁間的搭接效果；滲透性主要取決于漿液與原地層膠結(jié)的好壞，對(duì)于多塊石地層漿液與石塊的膠結(jié)對(duì)滲透性有重要的影響?？梢愿鶕?jù)影響高壓旋噴樁效果的因素對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。

1)原方案采用水平向的旋噴，當(dāng)遇到堅(jiān)硬的塊石時(shí)，射流的路徑受阻，影響了成樁直徑，如圖8左圖黑色區(qū)域?yàn)楦邏簼{液射流盲區(qū)；如調(diào)整噴嘴的射流方向，改為傾斜方向的旋噴，如圖8右圖所示，在噴射過程中，或許可越過塊石，從而提高樁體的直徑，還需要施工中的試樁驗(yàn)證。

2)在含有較多塊石的填土地層中，滲透性很大程度上取決于漿液與石塊的膠結(jié)，根據(jù)以往的調(diào)查研究，可以在漿液中添加水玻璃，增強(qiáng)與塊石的膠結(jié)性。