旋喷桩止水帷幕在填海造陆区的应用

陈又祥

摘要：沿海地区填海区域砂层段或淤泥层段富含水，且受潮汐的影响属于动水，在进行高压旋喷桩止水帷幕施工时，海水对浆液具有一定的稀释作用，造成成桩效果较差，达不到设计要求。通过现场的多次试验和工艺改进，并在实践中不断修正技术参数，使高压旋喷桩在该类地质情况下可以较好的满足加固地层和止水的作用。

关键词：填海区域；旋喷桩；施工工艺；复喷

1.引言

高压旋喷桩是利用工程钻机（或引孔旋喷一体机）钻孔至要求深度后，利用高压旋喷台车把安有水平喷嘴的注浆管下到设计标高，利用高压设备使喷嘴以一定的压力把浆液喷射出去，高压射流冲击切割土体，使一定范围内的土体结构破坏，浆液与土体搅拌混合固化，随着注浆管的旋转和提升而形成圆柱形桩体，凝固后便在土体中形成圆柱形状、有一定强度、相邻桩体相互咬合成一体的固结体，起到止水与土体加固的作用。该工艺可用于既有建筑和新建建筑的地基加固处理、深基坑止水帷幕、边坡挡土或挡水、基坑底部加固、防止管涌与隆起、地下大口径管道围封与加固、地铁工程的土层加固或防水、水库大坝、海堤、江河堤防、坝体坝基防渗加固、构筑地下水库截渗坝等工程。

沿海地区存在较多的填海造陆区，多含较厚淤泥质土、砂质粉土和粉砂土，在这种地层中进行帷幕施工有3大难点：一是难成孔，孔壁坍塌严重，无法钻进，难以形成钻孔；二是漏浆、冒浆严重，浆液从填石层中的空隙漏失或从孔口流失，帷幕体不连续，止水效果差；三是受潮汐影响强烈，每天2次的涨潮落潮，水位变化大，地下迳流紊乱，海水的冲刷能力强，使浆液不易在原处凝固，帷幕体上多蜂窝状孔洞，帷幕体的整体性和连续性差。为保证施工质量，施工前必须做大量的试桩，以达到最佳的施工效果。

2.工程概况

该工程位于广东省湛江市某海岛上，施工场地为填海区。工程内容为建造一座5万吨级船坞和二座5万吨级重力式码头。

止水帷幕施工深度范围内地层以回填砂和淤泥質土为主，下伏土层为砂质粉质粘土和粘土。淤泥质土为浅灰色～深灰色，流塑～软塑，为高压缩性土，见零星贝壳碎屑，局部夹粉砂团块或薄层，层厚215～610mm，平均厚416mm。砂质粘性土为灰褐色～黄褐色，可塑～硬塑。

施工场地原为某海岛水域，填料成分以中粗砂为主，透水性强，赋存于填土的地下水属海水，水位变化与潮汐活动密切相关，高潮时海水面高于桩顶0.3～0.5m，低潮时海水低于桩顶3.2～4.5m。

3.旋喷桩止水帷幕设计

3.1旋喷桩止水帷幕应使用两重管工艺施工，渗透系数不大于4.00×10-6cm/s。

3.2旋喷桩P.O42.5普通硅酸盐水泥，应根据现场试验确定水泥掺入比，水灰比为0.9。

3.3旋喷桩径800mm，桩间距500mm，有效搭接距离300mm。

3.4其他参数通过现场试验确定。

4.旋喷桩试桩

4.1试桩方案

按图4.1所示布桩方式形成一桩群，然后于桩群中心钻孔取芯并作抽水试验。

图4.1 试验桩位布置图

4.2 试桩参数

本工程共进行了5次试桩，各次试桩参数见下表4.2。在经历前两次试桩效果不理想的情况下，通过讨论，现场提出了对淤泥层及粉砂层进行复喷的方案。

4.3试桩结果与结论

4.3.1 取芯结果

1#试桩从钻孔所取芯样来看，6.0到11.0米范围，芯状呈散体碎块状，桩体不成型，强度低；其他位置成桩效果较好。成桩效果差的部分主要存在于淤泥层及粉砂层，整个深度取芯率在65%左右。

2#试桩从钻孔所取芯样7.0到11.0米范围，同样局部出现1#试桩的情况；存在一段或多段薄弱层。经过复喷以及改进部分工艺参数后，3#～5#试桩取芯效果得到了明显的改善，整体桩成型较好，淤泥层及粉砂层均得到了很大的加强，整个深度取芯率在75%左右。

4.3.2 抽水试验结果

表4.3可见，采用了重喷的3#试桩、4#试桩与5#试桩，其渗透系数较没有采用重喷的1#试桩与2#试桩有明显的提升，采用重喷的施工工艺能取得比较好的防渗效果。

5.施工总结

5.1止水帷幕未达到强度和抗渗性能前，基坑不得进行降排水开挖，以防止海水渗流引起边坡坍塌和细粒土的流失，增加旋喷桩止水帷幕施工的困难；

5.2若施工过程中遇到硬层难以钻进，可用钻机先引孔再进行高压旋喷桩施工；

5.3引孔和高压旋喷桩旋喷注浆应间隔进行，效果较好，可减小相邻扰动的不利因素；

5.4对于2排旋喷桩止水帷幕，应先施工外侧排桩后施工内侧排桩；

5.5各排上的旋喷桩均采取间隔式施工；

5.6涨落潮期间施工应增加浆液浓度、减小提升速度；

5.7施工中如发现孔口不返水泥浆，则暂停喷射，有可能发生了串孔，水泥浆无法形成柱体，应调整施工参数进行复喷。

5.8受潮汐影响一排旋喷桩帷幕的整体性和连续性差，多蜂窝状孔洞，帷幕体上有明显的集中漏水点，漏水较严重；二排旋喷桩帷幕的整体性和连续性好，帷幕体上基本无蜂窝状孔洞，无集中漏水点。

本工程共施工高压旋喷桩2476根，施工完成28天后，选6个点进行取芯检查施工效果，并取样作变水头渗透试验，均达到设计要求。施工实践证明，该方案和施工都是成功的，具有形式简单，受力明确，支护可靠，施工操作空间大，造价较低等优点，成功解决了沿海填海地区复杂地质条件下进行基坑止水帷幕施工时，受海水潮汐影响大、基坑易透水等问题。

结 语

综上所述，填海造陆区旋喷桩止水帷幕桩体排数不宜少于2排，施工时宜采用早强型水泥，并添加一定量的速凝剂。对于透水性强的地层可以采取复喷工艺。该方案的成功实施，为沿海填海造陆区止水帷幕的施工积累了工程实践经验，使之在同类地质条件下的实施成为可能。

参考文献：

[1]贺启鑫，张智博。大连临海超大深基坑旋喷桩止水帷幕施工技术.探矿工程，2010，（12）.

[2]郭庆清，夏焰光。深层粉砂土中高压旋喷桩施工工艺研究.人民长江.2009，