东风西沙水库大堤防渗搅拌桩试桩检测试验

刘东坤

(上海勘测设计研究院，上海 200434)

1 工程概况

崇明岛东风西沙水库工程位于长江口南支上段的北侧，崇明岛的西南侧，在东风西沙与崇明岛之间，为上海市第二大水源地工程。水库库区规划总面积约3.74km2，总库容976.2万m3，建成后将惠及上海崇明县70多万居民［1］。

水库工程环库大堤总长度约12km，包括:新建东堤1220m，加高加固东风西沙海塘即水库南堤4798m，新建西堤2352m，加高加固崇明大堤即水库北堤3638m。根据地勘资料，水库大堤多为吹填土、粉砂、粉土等中等透水性的土质，存在渗透变形的隐患，需要采取相应的防渗措施［2］。

2 试桩施工概况

根据设计方案，水库大堤主要采用搅拌桩进行防渗处理，为保证防渗工程的顺利实施，在正式施工前在水库西堤进行了试桩，以确定合适的施工参数。

试桩注浆材料采用42.5级普通硅酸盐水泥，外掺剂为粉煤灰、膨润土。水泥掺量为15%左右、粉煤灰掺量为5%左右、膨润土掺量为50kg/m3左右，水灰比为1.5～1.8。采用跳打法实施，地面高程为7.0m，具体施工参数见表1。

表1 三轴搅拌桩试桩施工参数表

根据大堤防渗的需要，设计要求防渗体能达到以下标准:墙体厚度不小于600mm，28d墙身无侧限抗压强度不小于0.5～1.0MPa，墙体渗透系数不大于5×10-6cm/s。因此要求对试桩进行以下内容的检测试验:①进行全桩长钻孔取芯，检查试桩桩身连续性及完整性;②对钻孔所取水泥土芯样进行室内抗压试验及室内抗渗试验，获得桩身水泥土芯样28d龄期无侧限抗压强度值及渗透系数值;③在现场通过现场钻孔压力注水试验获得试桩原位渗透系数。考虑不同施工参数，浆孔位、气孔位、大幅、小幅桩位及搭接等各种情况，对S1大幅气孔位、S2-S3小幅/大幅套打浆孔位、S4小幅气孔位、S6小幅气孔位进行了质量检测试验。

3 检测试验方法及结果

3.1 钻孔取芯检查

用150型钻机钻孔取芯法对桩体连续性进行检测，钻头采用金刚石钻头或合金钻头，直径为110mm。检测时根据芯样的情况及时调整钻头和钻孔工艺，将全部芯样取出。取出的芯样按顺序整齐摆放在芯样盒中，并作好深度标记。现场检测人员及时对芯样外观及完整性进行描述、拍照及评价。4个位置钻孔取芯结果描述见表2，钻孔所取芯样照片见图1～4。

图1 S1#桩芯样照片图

图2 S2#、S3#桩芯样照片图

图3 S4#桩芯样照片图

图4 S6#桩芯样照片图

表2 钻孔取芯结果描述

3.2 水泥土芯样抗压试验

对钻孔所取芯样进行抗压试验。根据土层的划分确定芯样的取样范围。每根桩根据桩长不同取3～4组、每组取3段芯样，选取的芯样在现场放入水中保存，送至实验室加工成标准试件后进行标准水中养护，养护室的温度控制在(20±2)℃。标准水中养护48h后，按照DG/TJ 08-40—2010《地基处理技术规范》的规定进行抗压试验。水泥土芯样28d无侧限抗压强度见表3。

表3 水泥土芯样28d无侧限抗压强度汇总表

3.3 水泥土芯样室内渗透试验

对钻孔所取芯样进行室内渗透试验。根据土层的划分确定芯样的取样范围。每根桩取3～4组，每组3段芯样。选取的芯样在现场放入水中保存，送至实验室加工成30mm高的试件后进行标准水中养护，养护室的温度控制在(20±2)℃。标准水中养护48h后，按照 SL 237—1999《土工试验规程》进行常水头渗透试验，试验压力为350kPa。水泥土芯样室内渗透系数见表4。

表4 水泥土芯样室内渗透试验结果汇总表

3.4 防渗桩的现场渗透试验

现场渗透试验结合现场钻孔检查同步进行，主要采用压力注水试验［3］进行。按照SL 31—2003《水利水电工程钻孔压水试验规程》进行。随钻孔的加深自上而下地用单栓塞分段隔离进行。试段长度以5m左右控制。

压力注水试验采用一级压力进行。试验时采用抬高水箱的方法提供压力水头，使用量筒往水箱内加水，保持水箱液面不变，通过一定时间内注入水箱的水量来计算渗透流量。现场渗透试验结果见表5。

表5 压力注水试验结果汇总表

3.5 结果分析及搅拌桩施工参数的确定

从以上检测试验结果来看，试桩选择的施工参数基本能够达到设计目标。其中S1号桩桩顶以下1～6m段现场渗透试验结果为2×10-5cm/s，超出设计预期要求，其余检测结果均能达到设计预期。实际上该桩的水泥、粉煤灰和膨润土掺量均较高，这与预期的结果不相符。经过对钻孔所取的水泥土芯样的仔细观察发现，在该桩孔口以下4～6m部分芯样较破碎，呈块状，说明该段施工质量不理想，不能说明该桩施工参数不合理。检测试验也表明，采用上述几种方法能够检测评价东风西沙水库大堤防渗搅拌桩的质量。

经过对试验结果的对比分析，并与设计、监理和施工单位进行讨论。在保证满足设计要求的前提下，尽量节约资源，确定选择以下施工参数:大堤防渗主要采用φ650@400三轴搅拌桩，加入土体的固化剂掺入量为20%(土体质量的20%、土体密度取1800kg/m3)，固化剂中75%为水泥、25%为粉煤灰，膨润土掺量为50kg/m3。

4 结语

在崇明岛东风西沙水库西堤进行试桩，并采用钻孔取芯、水泥土芯样抗压试验、水泥土芯样室内渗透试验、钻孔压力注水试验等方法对试桩进行检测，取得了可靠的成果，为确定用作大堤防渗的水泥土搅拌桩施工参数提供了可靠的参考数据。经过试桩确定参数不仅节约了成本，更重要的是保证了东风西沙水库工程大堤防渗的顺利实施。

［1］曹元生.水泥土防渗墙原位渗透试验方法研究 ［J］.土工基础，2009，26(3):98-100.

［2］刘颖.多轴水泥土搅拌桩在水库垂直防渗中的应用［J］.广东水利水电，2013(5):69-71.

［3］朱鹏.五轴水泥土搅拌桩防渗墙在水库大堤防渗工程中的应用［J］.水利科技，2013(16):192-193.