压密注浆在深厚杂填土场地基坑止水帷幕的应用

李 玉 龙

(天津市勘察院， 天津 300191)

随着土地资源的日趋紧张和工程技术的不断进步，城市地下空间的开发和利用越来越受到人们的青睐与重视。在基坑工程向着更大更深方向发展的同时，一些老旧城区改建工程中的小型基坑，由于受到周边环境和施工条件的影响，如交通不便、工作面狭小、古旧建筑、老旧基础等，也对工程技术和施工工艺提出了诸多更为严苛的挑战。

在老旧房屋拆除后，由于交通不便、资金压力和工期紧张等诸多因素，往往导致没有条件在短时间内将大量建筑垃圾及时外运并完成换填，故一般只将大块建筑垃圾外运后而将剩余部分就地平整，这就意味着后续的工程建设将在深厚的杂填土场地条件下完成。此类杂填土中大粒径的砖石瓦块含量极高，土颗粒含量较少，渗透性高，在此类场地做基坑止水帷幕的设计和施工时，需要充分考虑杂填土对于止水工艺的限制和止水效果的影响，而注浆技术经过多年的理论研究和工程实践，已在隧道工程、地基加固和基坑堵漏等方面得到了较为广泛的应用[1-3]，亦有利用压密注浆成桩技术运用于堤防加固[4]。在杂填土场地采用压密注浆进行基坑止水帷幕的加固和堵漏较为常见[5-7]，但单独用压密注浆进行基坑的止水设计鲜有成功案例。

本文以苏州老城区某基坑工程止水帷幕设计与施工为例，面对深厚杂填土场地和紧凑的施工工作面，将设计方案优化，采用压密注浆施工工艺取代双轴搅拌桩，应用于基坑止水工程当中。从帷幕施工、到基坑开挖，再到基础施工全过程的效果反馈来看，该工艺既保证了基坑的止水效果，方案切实可行，也降低了一定的工程造价，取得了较好的经济效益和社会效益。

1 工程概况

项目位于苏州市姑苏区东小桥弄与孔付司巷交口，分为东西A、B、C三个地块，拟建地上建筑主要为2F的别墅和1F公建用房，地下建筑为满铺的1层地下车库，基坑开挖深度为5.5 m，本文主要以BC地块为阐述对象。项目周边环境复杂，基坑北侧，基础外边线距离红线最近约为4.7 m，红线外为既有别墅甬道，红线外6 m为既有2层天然地基的别墅；东侧地下室基础外边线距离用地红线最近约3.0 m，特别的是C地块东侧为东吴饭店既有控保建筑和老旧房屋，且部分房屋墙体已进入红线范围内；基坑南侧基础外边线距离红线约4.6 m，红线外紧贴围墙为现状3层天然地基住宅楼；基坑西侧基础外边线距离红线最近为3.6 m，红线外为现状迎风桥弄，宽度约6 m，路面下分布有市政雨污水管和燃气管等。

该项目位于老城区，周边道路狭窄，能够满足货车进出场的道路仅有东小桥弄转孔付司巷一条，其中孔付司巷上有四座受保护的紫藤树及配套钢架，导致通行限宽限高分别为3.2 m和3.6 m，这就对施工机械和设备进出场做出了严苛的限定。

原基坑支护方案拟采用钻孔灌注桩+一道钢筋混凝土内支撑的支护形式，双轴搅拌桩全封闭止水，详见图1。

2 场地地质条件

场地地貌单元属于长江三角洲太湖流域冲湖积平原，原为工厂厂区，施工前已拆除平整。场地内地势较为平坦，各土层参数如下：

① 杂填土：杂色，松散。主要由块石、碎砖石、混凝土块等建筑垃圾组成，中间充填少量黏性土，局部底部夹有少量淤泥。场地内均有分布，层厚2.00 m～4.60 m，层底标高-1.62 m～1.60 m，系低强度土层，工程特性差。

② 黏土：灰绿色—褐黄色，可塑—硬塑，含铁锰结核，夹有灰色条纹。场地内局部缺失(缺失范围详见“建筑物及勘探点平面布置图”)，层厚0.90 m～4.00 m，层底标高-3.22 m～-1.90 m，该土层压缩性中等，工程特性良好。

③ 粉质黏土：灰黄色，可塑，含铁锰质斑点，局部粉质含量较高。场地内均有分布，层厚2.00 m～4.70 m，层底标高-7.77 m～-6.08 m，该土层压缩性中等，工程特性中等。

④ 粉质黏土夹淤泥质粉质黏土：灰色，软塑～流塑，夹粉土薄层，稍具层理。场地内均有分布，层厚1.40 m～6.70 m，层底标高-13.61 m～-8.53 m，该土层压缩性中等偏高，工程特性一般。

⑤1粉土：灰色，稍密～中密，饱和。偶夹薄层状粉质黏土。场地内局部缺失，层厚0.80 m～3.90 m，层底标高-14.57 m～-9.89 m，该土层压缩性中等，工程特性中等。

⑤2粉质黏土夹粉土：灰色，软塑，夹薄层粉土，局部粉质含量稍高。场地内局部缺失，层厚1.70 m～5.00 m，层底标高-15.35 m～-12.77 m，该土层压缩性中等，工程特性一般。

在踏勘走访、平整场地和工程桩施工过程中，发现该场地内分布有大量老旧方桩，桩顶埋深约1.0 m～2.5 m，桩长不小于6 m，由于数量多、资料不详，工作面狭小等因素很难拔除。

3 止水方案的调整

3.1 调整的原因

原止水帷幕的设计方案为双轴搅拌桩，参数为Φ700@900，有效桩长7.5 m，BC地块共计553组，固化剂采用P·O 42.5水泥，掺入比不小于16%，水灰比0.45～0.55。但在施工中遇到如下问题：

(1) 场地内分布深厚的杂填土，局部厚度将近5 m，且黏土颗粒极少，若采用双轴搅拌桩，则因缺少黏土颗粒导致水泥浆的胶结凝集作用大打折扣，且桩机钻进受块石等影响，搅拌的均匀性很难保证。

(2) 成桩过程既要克服深厚杂填土，局部还要穿越硬塑黏土层(土层编号②)，而双轴搅拌桩机的动力为2台55 kW的电机，从以往的施工经验和现场的试钻情况来看，钻头无法进尺，桩机电流过大、系动力不足而不能满足施工。

(3) 搅拌桩位置距离东侧和西侧围墙太近，尤其是东侧与东吴饭店交界位置，控保建筑围墙(也做房屋墙体)进入场地内，基础外边线距离围墙不足1 m(见图1中控保建筑位置)，涉及长度约60 m，此处围墙无法拆除，导致搅拌桩机无工作面无法施工。

(4) 场地内不明位置的老旧方桩对桩机钻进是个极大隐患，若盲目施工，可能导致卡钻等情况的发生，处理起来更加的麻烦。

鉴于以上因素，决定对止水方案进行设计方案调整，考虑到②③层土的土质情况较好，渗透性差，开挖后采取挂网喷浆措施后能够满足止水要求，故现仅需对上部杂填土和淤泥进行处理，土层渗透系数详见表1。综合考量现场的施工条件和场地特性，结合类似工程经验，拟采用前部土层压密注浆加固封堵替换双轴搅拌桩工艺进行止水。

表1 浅部土层渗透系数表 单位：cm/s

3.2 压密注浆止水设计

3.2.1 压密注浆止水原理

压密注浆是通过机械压力泵送浆液，使浆液通过渗透、劈裂、压密或其组合形式进入土体中，排挤孔隙中存在的自由水和空气后，浆液和土体形成的塑性变形区对周围的土体形成挤密、填充，以形成强度大、防水性能高、化学性能稳定的整体[8]。

压密注浆止水与注浆处理地基不完全相同，而与注浆堵漏类似，不需要使得加固土体达到很高的强度，而只需要将土体中水的渗透路径进行截断即可。

杂填土的组成成分比较复杂，一般情况下，孔隙率较大，渗透性强，渗透路径主要是杂填土内粗颗粒土之间的孔隙[9]。杂填土的高孔隙率为浆液的贯通和与黏土颗粒黏结固化提供了有利的条件。若要在本项目深厚的杂填土地质条件下进行止水，可对杂填土的孔隙通过注浆工艺进行封堵，浆液与黏土颗粒结合后在低压力作用下向周围扩散，并逐渐填充杂填土孔隙，固化后的浆液与杂填土形成整体，截断了水体的渗透路径，以达到止水作用。

为了控制浆液的凝结时间，参考注浆堵漏的相关工艺[4，10-12]，采用水泥浆+水玻璃的双液组合作为注浆材料。

3.2.2 压密注浆设计方案

针对压密注浆用作杂填土场地基坑止水帷幕的工程实际，参考岩石裂隙注浆工艺[13-15]，制定本工程压密注浆止水方案，见图2，具体参数如下：

图2 止水方案调整前后剖面对比图(单位：mm)

(1) 注浆孔的布置。在支护桩外侧设置三排压密注浆孔，孔径50 mm，梅花型布置，孔间距0.9 m～1.1 m，排距以0.5 m～1.0 m为宜，最内侧注浆孔距离支护桩轴线0.3 mm～0.4 mm，孔顶标高为现地坪标高(中间排标高降低0.5 m，以形成错层)，孔深5.0 m；若在打孔中遇到块石等阻碍时，可适当调整注浆孔位置，偏差以不大于200 mm为宜。

(2) 注浆材料。采用P·O42.5水泥与2%～3%左右40°Bé、模数3的水玻璃混合，水灰比0.6。

(3) 注浆量。外排注浆孔水泥注入量不小于100 kg/m，其余2排可根据钻孔冒浆、串浆、注浆压力进行适当调整水泥注入量，但不宜小于50 kg/m。

(4) 注浆压力和流量。注浆过程采用低压注浆，外排注浆孔注浆压力0.2 MPa～1.0 MPa，其余2排注浆压力不大于2 MPa。注浆流量控制在7 L/min～10 L/min。

(5) 注浆顺序。应先对最外侧注浆孔进行注浆，用以封堵内侧两排注浆孔的水泥渗透路径。注浆采用隔二注一的方式进行注浆，以避免后续注浆对前一个注浆孔内浆液固化的干扰，并能保证浆液更好的向孔隙处渗透。间隔注浆完成需间隔24 h后，方可进行中间孔的注浆。

(6) 注浆方式。每套设备使用两台注浆泵进行注浆，一台注入水泥浆，另外一台随之注入水玻璃，通过流量计、压力表等进行过程控制。注浆时先将打孔注浆管压入(人工和小型震动器配合)预定标高，然后通过流量计按单延米深度进行该孔注浆量的分配控制，即每1 m提升一次注浆管，但单孔任一深度点位的注浆量不能超过该孔注浆量的40%。若超过40%，需要检查周边环境，环境正常且注浆压力未超过2 MPa，则可以暂停该孔注浆，待24 h后进行二次注浆。

(7) 由于杂填土的孔隙复杂性、不均匀性和浅层滞水，施工过程中需根据实际情况(注浆速率、冒浆、串浆等)对上述参数进行微调修正，当调整水灰比和注浆压力，以确保杂填土孔隙填充的均匀性和密实度。

(8) 本工程压密注浆用于基坑止水，而非地基加固，故只需要将杂填土内的孔隙填堵固化，无需扩大浆液渗透范围；且内侧的支护桩为钻孔灌注桩，桩径700 mm～900 mm，桩间距200 mm，桩间杂填土在支护桩施工过程中已被一定程度挤密压实，渗透性降低，可以减小相邻注浆孔的浆液向坑内渗透，与最外排先注浆的土体形成截流墙，在中间排注浆时可以更好的保证浆液的使用效率，且可以避免浆液扩散至周边，既提高了浆液的利用效率，又可以一定程度避免浆液外溢对周边管道和路面产生影响。

由于杂填土组成成分和孔隙率差异较大，水文条件不尽相同，故注浆参数可于正式施工前根据现场区段试验进行确定。

3.3 施工工艺主要流程

施工工艺主要流程见图3。

3.4 压密注浆止水效果

该基坑已于2018年5月开槽，并随之进行后续施工，至今已5个月有余，且经过了南方梅雨季节，经现场查勘和观测井监测，基坑内未发现渗漏点，止水效果良好。可见，压密注浆止水工艺用作深厚杂填土场地基坑止水帷幕的方案是可行的。

3.5 适用范围

结合压密注浆的止水原理和本文的工程案例可见，本文注浆参数下压密注浆止水工艺的适用条件为：

(1) 场地周边环境复杂、施工工作面狭小的场地。

(2) 场地存在深厚杂填土，下部土体为渗透性差的黏性土层。

(3) 基坑开挖不宜太深，5 m～7 m为宜，超过此深度的基坑有待工程实际检验，但可以考虑调整设计参数和开展区段试验验证适用性[16]。

4 方案的对比分析

(1) 采用双轴搅拌桩做止水帷幕的原方案未充分考虑场地地质条件和周边环境因素对方案可实施性的影响；采用压密注浆工艺止水，考虑了支护桩桩间土的止水作用，更充分发挥了场地杂填土和②③层土的特性，更具备可操作性。

(2) 注浆设备相对于搅拌桩设备更加轻巧灵活，对施工工作面的要求较低，墙下施工和围墙拐角点处理更加方便，且土层适用性强；且低压注浆的挤土效应小，使得对周边老旧围墙和控保建筑的保护更加可控。

(3) 由表2可知，压密注浆止水的施工费用仅为双轴搅拌桩的35%，材料费用稍低，总体造价压密注浆止水不足双轴搅拌桩止水的60%，故此压密注浆的成本要低；且前者设备小，功率低，设备数量便于增减，便于工期调控；在狭小空间内与其他工序交叉作业时彼此影响更小，经济效益和社会效益更加明显。

表2 两种工艺工程经济指标对比

注：表中注浆的材料费已包含水玻璃费用。

综上，本工程的止水工艺采用压密注浆更具可操作性，也更加经济、合理。

5 结 论

本文以苏州某基坑工程止水帷幕的方案设计为例，结合该项目地质条件、周边环境和施工工艺等因素，阐述了以压密注浆作为止水措施的必要性和可行性。

根据止水帷幕的工程要求和杂填土的特性出发，详细介绍了孔位、注浆材料、注浆量、注浆压力、注浆顺序和注浆压力等压密注浆止水施工工艺的相关参数和施工要点，为工程顺利实施和质量的管控提供了切实的保障。

从经济指标、方案合理性和施工便捷性等方面对比了压密注浆在类似场地的优越性，开挖后基坑的止水效果良好，无渗漏情况发生，且工程造价较原双轴搅拌桩方案降低约40%，具有良好的适用性和经济性。

设计方案要因地制宜，保证安全的同时也要做到切实可行，本案例的成功经验为今后的类似项目提供了新的思路，具有一定的借鉴意义。