小直径搅拌桩与高压旋喷桩组合防渗墙技术在宝应船闸扩容工程中的应用

冯玉凯 王传国

（1.扬州市航道管理处 扬州 225001；2.南京水建水利建筑工程监理有限公司 南京 210001）

随着我国社会经济的蓬勃发展，大量的基坑工程出现在各种建筑物的施工过程中。基坑工程是指基坑施工的安全、主体地下结构的稳定以及周围环境不受损害而采用的支护结构、防渗帷幕、降水和土方开挖与回填［1－2］。为保证基坑工程的安全，支护结构体系中的防渗帷幕是其中的重要环节。如果防渗帷幕的设计与施工不当，极易产生流砂、管涌、坑底隆起、边坡失稳和坑壁坍塌等事故。基坑工程中常用的防渗帷幕有深层水泥搅拌桩和高压喷射注浆法等［3－4］。但普通的水泥搅拌桩，地层适应性较差，10m以下水泥含量会迅速衰减，防渗效果不明显。为保证施工质量，在宝应船闸扩容工程中，基坑采用上部小直径搅拌桩与下部高压旋喷桩的组合防渗墙施工技术，取得了良好的工程效果。

1 工程概况

宝应船闸位于江苏省宝应县城南，连通京杭大运河和宝射河，承担沟通江苏省干线航道网中“两纵”——京杭大运河和连申线的重要作用。宝应船闸扩容工程为拆除老船闸、建设新船闸，扩容后船闸尺度为23m×180m×4m（口门宽×闸室长×槛上水深），闸首、闸室均采用整体坞式结构，上下游导航墙采用扶壁结构，输水系统采用长廊道输水，工程直接投资1.7亿元。船闸为IV级通航建筑物，上闸首为1级水工建筑物，下闸首、闸室为3级水工建筑物。

2 工程地质

场地处于长江里下河浅洼平原区，地貌类型属古泻湖堆积平原中的沼泽洼地平原。场地钻探深度范围内揭示的土层，按其成因类型及土的性状自上而下共分为13大层，分别为Ⓐ层灰黄、杂灰色粘土夹粉质粘土、粉土。①层灰色淤泥质粘土夹粉土；②层灰黄、黄灰色粘土；③层灰、黑灰色粘土、粉质粘土；④层灰黄、灰色粉质粘土、粘土；⑤层灰黄色砂质粉土夹薄层粘土，渗透系数k＝2.24×10－3；⑥层灰黄色粉质粘土，渗透系数k＝2.15×10－4；⑦层灰黄色砂质粉土，渗透系数k＝2.15×10－4；⑦’层灰色粉质粘土、粘土；⑧层灰色淤泥质粉质粘土、粘土；⑨层灰黄、灰色粉砂；⑨’层灰、灰黄色粉质粘土；⑩层灰色粉质粘土、粘土，夹薄层粉土。

场地地下水类型主要为上层滞水及孔隙性承压水。场地地表Ⓐ、②层构成场地上层滞水含水层；⑥、⑧层粘性土局部分布，⑤层、⑦层粉土与⑨层粉砂相互连通，构成场地的第一承压含水层；[11]层粉砂构成场地第二承压含水层。

3 基坑防渗设计

3.1 工程条件

宝应船闸上闸首距离京杭大运河250m。上游京杭运河最高洪水位9.0m（废黄河高程系，下同），最高通航水位8.5m，最低通航水位6.0m，施工期正常水位7.0m；下游宝射河最高洪水位3.5m，最高通航水位2.8m，最低通航水位0.7m。

船闸主体底板设计底高程：上闸首－4.8m，地面高程11.0m；闸室－5.7m，地面高程3.0 m；下闸首－7.0m，地面高程4.5m。上下闸首及闸室均坐落在⑤层砂壤土层，施工期船闸上闸首基坑开挖至－5.0m，下闸首基坑开挖至最低－7.0m；上闸首基坑开挖深度16m，下闸首基坑开挖深度11.5m。考虑到闸址紧邻京杭大运河，地下水补给路径短，闸址处⑤层砂壤土渗透系数较大，具中等～弱透水性，加之船闸基坑与地面存在较大高差，基坑周边30m外为密集居民区，基坑降水后，基坑底承压水头较大。根据以往类似船闸施工经验，如降排水措施不当，施工期难免会发生基坑管涌，给工程实施带来困难，周边建筑物也会因地下水位下降产生位移沉降，从而发生不必要的纠纷和赔偿。而采取有效的防渗工程措施，保证施工期渗透稳定，可避免类似事件的发生。

3.2 防渗布置

为确保施工期周边建筑物安全，在地面▽3.00m外侧，沿基坑四周设置防渗帷幕墙作为垂直防渗（见图1），防渗墙顶高程3.0m、底高程－15.0m，沿基坑－1.50m平台灌浆帷幕内侧布置直径300mm、间距20m的降水井，并在基坑底部四周设明沟排水，以保持船闸基坑干地施工。

图1 防渗平面布置图

3.3 防渗方案选择

基坑工程中常用的防渗帷幕有深层水泥搅拌桩、高压喷射注浆法等。水泥搅拌桩利用水泥作为固化剂，通过深层搅拌在地基深部将土和固化剂拌和形成防渗墙，具有施工简便、防渗效果显著、工程造价低等优点。但对于长桩，易存在包壳、夹心，10m以下水泥含量迅速衰减等缺点。

高压喷射灌浆是利用能量较大的水气同轴喷射切割掺搅地层，同时将凝结材料如水泥浆等灌注掺搅地层，形成凝结体，具有施工简便、适应范围广、防渗效果好等优点，但工程造价相对较高。

根据宝应船闸扩容工程地质情况，经技术经济方案综合比选，基坑防渗措施为：上部承载力较小段采用小直径搅拌桩，下部地基承载力较大段采用高压旋喷桩形成组合防渗墙。

3.4 防渗墙设计

墙渗墙设计见图2。墙顶高程3.0m，底高程－15.0m，墙高18.0m，高程－15.0～－8.0m为直径600mm的高压旋喷桩，上部－9.0～3.0m为直径600mm的水泥搅拌桩，高程－8.0～－9.0m为搭接段，搭接长度1.0m、厚度0.25m。

图2 防渗墙示意图（尺寸单位：mm）

水泥搅拌桩直径600mm，桩距350mm，墙体有效厚度480mm；固化剂采用P.C.32.5级复合硅酸盐水泥，掺入量15%，三喷四搅，要求90d无侧限抗压强度大于1.8MPa。

高压旋喷桩中心布于搅拌桩外侧0.35m，浆液喷射压力20MPa，浆液相对密度≥1.4，喷浆量100L／min，气压0.7MPa，风量10m3／min，提升速度200mm／min，P.C.32.5硅酸盐水泥，用量0.23t／m，墙体90d抗压强度大于1.8MPa。

3.5 工程效果

成桩28d后，经钻孔取心检测，强度在1.35～2.02MPa，渗透系数6.19～7.34×10－8cm／s，墙体质量满足要求。

船闸基坑工程于2011年10月开挖，至次年5月结束，基坑开挖及工程施工中未见明显渗透，周边建筑物稳定，工程防渗效果明显。

4 结语

普通的水泥搅拌桩，地层适应性较差，成桩深度较小，搅拌桩成桩易包壳、夹心，10m以下水泥含量衰减较快。小直径搅拌桩与高压旋喷桩组合防渗墙施工工艺弥补了上述缺点，可适用于砂质土、粉质粘土、粉砂及其互层中，加固深度可达50 m，可用于形成防渗帷幕，防止基坑渗透破坏，保护相邻构筑物。该工艺成桩深度较传统水泥搅拌桩工艺有显著提高，在地下空间开发趋于大深度的背景下具有较大的市场潜力。

［1］JGJ79－2012建筑地基处理技术规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2012.

［2］GB50007－2011建筑地基基础设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2012.

［3］王 蛟.基坑工程中防渗帷幕的应用［J］.山西建筑，2011，37（2）：63－65.

［4］兰晓玲.浅议水泥搅拌桩技术的现状及展望［J］.山西建筑，2006，32（11）：78－79.