壓密注漿堵漏止水技術在基坑工程中的應用

喬光 ，董天杰

（1.中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116083；2.天津市水下隧道建設與運維技術企業重點實驗室，天津 300461）

1 工程概況

大連灣海底隧道干塢臨時圍堰采用拋石斜坡堤結構，斜坡堤軸線長456 m，堤心填筑材料采用粒徑小于10 cm 的開山石碴回填形成，斜坡堤填筑坡度為1∶1.5，臨時斜坡堤圍堰平面圖如圖1所示。

圖1 臨時圍堰平面圖Fig.1 Plan of temporary cofferdam

圍堰止水結構為鋼板樁+雙排旋噴樁+雙排帷幕灌漿。鋼板樁要求打入強風化巖至中風化巖面[1]，旋噴樁直徑為800 mm，間距為600 mm，排距為500 mm，旋噴樁頂高程至少高于強風化巖頂面0.5 m，底部要求打至中風化巖面，中風化巖面以下為帷幕灌漿，帷幕灌漿上包鋼板樁0.5 m，帷幕灌漿間距為1.2 m，排距為500 mm，帷幕灌漿要求打至巖石滲透系數K≤3×10-5cm/s。鋼板樁、旋噴樁、帷幕灌漿斷面位置關系見圖2，鋼板樁、旋噴樁、帷幕灌漿平面位置關系見圖3。

圖2 臨時圍堰斷面圖Fig.2 Cross-section of temporary cofferdam

圖3 鋼板樁、旋噴樁、帷幕灌漿平面位置關系圖Fig.3 Plane position relationship of steel sheet pile,rotary jet grouting pile and curtain grouting

圍堰止水施工完成后，通過對圍堰內側埋設水位觀測孔，對圍堰內外的水位觀測發現，圍堰內部水位標高隨潮汐變化而變化，漲潮過程圍堰內水量上漲約600 m3/d。

2 水文地質條件

2.1 水文條件

1）陸域水文地質

地下水：場區內僅1 層地下水，類型為潛水，無承壓性，水位埋深1.10～9.00 m，標高變化為-0.40～4.70 m，變幅7.9 m。地下水賦存于土層孔隙中和基巖裂隙內。各土層和白云巖為主要含水層。地下水補給來源為大氣降水和海水側向補給，地下水位受海水潮汐影響較大。

2）海域水文地質

大連灣海域屬于非正規半日潮流海區。根據大連港內海潮觀測資料1939—1981 年實測潮位資料統計，潮位特征值（大連筑港高程）如下：歷年最高潮位+5.0 m；歷年最低潮位：-0.66 m；歷年平均高潮位+4.35 m；歷年平均低潮位：-0.26 m；歷年平均潮差+2.08 m；平均潮位：+2.15 m；高水位（重現期50 a）+4.83 m；低水位（重現期50 a）-0.93 m；受臺風影響時，最大海浪高達8.0 m。

2.2 地質條件

圍堰所處區域地形起伏較小，海底地面標高變化在-2.14～-12.12 m。地層揭露自上而下為：

①淤泥質粉質黏土（Q4m）：灰黑色，流塑—軟塑，有機質含量高，含少量貝殼，干強度低。層厚0.60～6.60 m，層底埋深0.60～14.70 m，層底標高-14.23～-2.74 m。

②紅黏土（Q2el）：紅—黃褐色，可塑—硬塑，干強度高。層厚0.80～24.00 m，層底埋深2.20～37.60 m，層底標高-34.80～3.38 m。

③強風化白云巖（Zg）：灰黃色，結構大部分破壞，礦物成分顯著變化，巖芯呈碎屑狀，碎塊狀，遇水易軟化，局部含中風化巖殘塊。帶厚0.80～10.20 m，帶底埋深 2.00～38.40 m，帶底標高-35.60～2.27 m。

④中風化白云巖（Zg）：灰色，隱晶質結構，中厚層狀構造，節理裂隙較發育，巖體破碎—較完整，巖芯呈短柱狀、塊狀，巖質堅硬，局部見有溶蝕現象。揭露帶厚0.80～22.20 m，孔底埋深10.00～43.00 m，孔底標高-40.20～-16.85 m。

3 堵漏止水方案

3.1 滲漏原因分析

1）滲漏點監測及查找

為尋找、確定滲漏點的具體位置，采用分級降排水的方法，在水位降至不同標高后，在止水軸線上打孔投放高錳酸鉀，通過顏色擴散情況尋找圍堰滲漏點。

2）鉆孔取樣

在滲漏點位置處進行鉆探取樣，巖樣顯示在滲漏處的止水旋噴樁位置未能取出完整樁體[2-3]，且取出巖樣較破碎、多為塊石。

3）漏水原因分析

分析造成圍堰漏水的原因主要為：旋噴成樁范圍的塊石量較多，施工過程中水泥漿與塊石未攪拌融合，導致成樁效果不好；此區域海域潮汐屬于非正規半日潮，每日兩漲兩落，受海水漲潮落潮的沖刷影響，圍堰填筑的部分細骨料容易被海水沖散帶走，且存在部分漿液隨水流流失，使得旋噴成樁困難，未能成樁形成有效止水。

3.2 堵漏方案設計

針對本圍堰的漏水原因及下一步工程施工的需要，進行圍堰堵漏處理。堵漏止水采用回轉沖擊鉆機成孔，灌入水泥砂漿、水玻璃的方法進行壓密注漿進行封堵[4-5]。其中壓密注漿設計參數需根據現場地質情況、壓漿強度、砂漿流動度、砂漿凝結時間及砂漿的擴散范圍確定。砂漿的有效擴散半徑最低要求為1.5 m，砂漿要保證有良好的流動性和注入性，能完全充填被處理范圍內回填料的空隙，硬化后具有必要的抗壓強度和黏結力[6]。

通過現場試驗，最終確定在海側距鋼板樁30 cm 布設1 排壓密灌漿孔，注漿影響半徑約1.5 m，孔距為1.0 m，分2 序進行鉆灌施工，鉆孔鉆至巖面，提升至+1 m 標高。壓密注漿孔位布置見圖4。

圖4 壓密注漿孔位與鋼板樁大樣圖（mm）Fig.4 Sample drawing of compaction grouting hole location and steel sheet pile(mm)

4 堵漏止水施工

4.1 壓密注漿施工

1）注漿配合比確定

采用M10 水泥砂漿進行雙液注漿[7]，先進行漿液配合比試驗，根據灌注情況選擇最佳漿液配合比進行注漿施工。現場配合比最終采用表1 進行配置（1 m3砂漿配合比）。

表1 壓密注漿砂漿配合比Table 1 Mix ratio of compaction grouting mortar

其中水泥有質保書且復檢合格、無受潮結塊現象[8]；注漿用水為淡水，水溫不得超過30～35 ℃，以減緩漿體的凝固。

2） 引孔

回轉沖擊鉆機成孔，采用φ130 mm 鉆頭和沖擊器進行跟管鉆進，進入巖面后，停止鉆進，使用空壓機鼓風沖洗孔內沉渣，起出鉆桿、鉆頭和沖擊器，套管留下注漿使用。鉆孔孔位偏差小于50 mm，孔斜不大于1/100[9]。

3） 制漿

漿液先由拌和站攪拌，罐車運輸至現場二次拌制，通過砂漿泵注入孔內。漿液嚴格按照配合比進行拌制，嚴格控制攪拌時間不少于3 min，以確保漿液拌和均勻。

4） 注漿

注漿前準備：應全面檢查注漿設備和材料，包括注漿泵、拌漿儲漿系統、高壓壓漿管、壓力表等，注意正式注漿后不得隨意中斷，要求連續作業，以保證注漿質量[10]。

注漿順序：注漿孔分兩序，間隔注漿以防止串漿，待I 序孔灌注漿液凝固，達到一定強度后，再施工中間II 序孔，一泵一孔，一一對應，每一序施工時均為多孔同時注漿。

注漿施工：注漿壓力控制在0.2～0.3 MPa；采用SYB50 型擠壓式壓漿泵進行注漿，根據設計注漿壓力和注漿量自下而上壓漿提升，每50 cm 為一提升程，注漿管分段提升的搭接長度不少于100 mm，注漿至上表面后，保持注漿管內滿漿的狀態下，將注漿管提出，終孔注漿壓力不超過0.5 MPa。

注漿結束：全孔注漿完畢后，將注漿及孔口管拔出，封孔并沖洗管路。

注意事項：壓漿前，先將套管拔出0.1～0.2 m，避免套管底部堵塞漿液通道；每個壓漿孔應連續不間斷注漿。

5）常見問題及處理方案

漿液無法壓出：首先檢查整個壓漿系統，判斷是否有故障情況，經檢查無故障后，可適當增加注漿壓力，還是無法壓出漿液時，一般為注漿管堵塞，應重新在附近位置進行鉆孔補噴。

地面大量冒漿：如注漿途中發生地面大量冒漿現象立即停止注漿。如因注漿孔封閉欠佳，可待漿液凝固后重復注漿，如是底層灌注不進，可停止注漿。

4.2 堵漏止水效果分析

堵漏止水施工完成后，通過觀測，圍堰滲水量已明顯得到控制，滲水量＜100 m3/d。

5 結語

對以石渣、塊石填筑為主的圍堰，采用鋼板樁、旋噴樁、帷幕灌漿的止水體系時，由于受到潮汐漲落潮、回填料質量、施工參數選擇及現場施工人員操作水平等多種因素影響，容易造成成樁效果不好或不成樁的現象，使得圍堰止水效果打折扣。本工程通過壓密注漿堵漏施工技術，使水泥砂漿與回填料迅速形成固結體，有效地解決了旋噴樁成樁效果不好或不成樁的現象，達到止水的目的。建議今后在類似地質及水文條件的工程中采用壓密注漿施工技術，既可以達到止水的目的，又可節約水泥，止水效果好，同時壓密注漿施工靈活、高效。