密閉空間砂卵石層固結(jié)灌漿效果檢驗(yàn)方法研究

馮春萌，羅小斌，高 豐，黃曉倩，劉 坪

（1. 廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530011； 2. 湖南宏禹工程集團(tuán)有限公司，湖南 長沙 410007）

前 言

砂卵石層是第四紀(jì)沉積物中的一種松散粗碎屑堆積層，具有顆粒間膠結(jié)性差、滲透性強(qiáng)、孔隙分布不均等復(fù)雜特征。灌漿是治理砂卵石層的有效方法，通過有針對性的灌漿可以大幅提高密實(shí)度和地基承載力，增強(qiáng)地基的穩(wěn)定性，保障工程安全[1～2]。然而，漿液注入到地層中的工程屬隱蔽工程，無法用直觀方法去觀測，要判定灌漿后是否達(dá)到應(yīng)有的密實(shí)度及承載力，需選擇適當(dāng)檢測方法進(jìn)行評價。目前，常采用壓水試驗(yàn)配合鉆孔取芯進(jìn)行注漿效果檢測[3～4]。但由于地質(zhì)體的各向異性和不均勻性，漿液滲透方向和注入量也存在不定性，使得鉆孔取芯觀察水泥結(jié)實(shí)率具有一定局限性。

針對上述問題，本文以廣西荔浦至玉林高速平南三橋段北岸拱座地連墻基礎(chǔ)砂卵石層固結(jié)灌漿工程為背景，針對砂卵石層注漿效果檢測方法開展了試驗(yàn)與研究，總結(jié)了相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)以供類似工程參考。

1 概 述

1.1 項(xiàng)目概況

平南三橋?yàn)閺V西荔浦至玉林高速公路南北互通連接線上跨潯江的一座特大型橋梁。其北岸拱座基礎(chǔ)為地下連續(xù)墻基礎(chǔ)，持力層為中風(fēng)化泥灰?guī)r。北岸地連墻施工完畢后，對圈閉范圍內(nèi)的砂卵石層進(jìn)行注漿，注漿深度為卵石層頂+11 m 標(biāo)高至巖面以下1 m，以增加砂卵石層的密實(shí)性并降低其透水性，達(dá)到減少沉降和止水的目的。2018 年8 月25 日～10 月17 日，北岸拱座基礎(chǔ)卵石層加固注漿歷時54 天施工完畢。共計鉆孔647個，累計注入水泥2 330 t，平均單孔水泥用量13 t。

1.2 地質(zhì)條件

橋位區(qū)南北兩主墩施工場地分布Qal+pl-3粉質(zhì)粘土、Qal+pl-2 粉質(zhì)粘土及Qal+pl-1卵石、中風(fēng)化灰?guī)r（D2y）、中風(fēng)化泥灰?guī)r（D2y）合計5 類巖土。

平南三橋橋址區(qū)地層主要由第四系沖洪積層（Qal+pl）、泥盆系中統(tǒng)郁江階（D2y）組成，圖1 為北岸拱座地質(zhì)剖面圖。

圖1 地質(zhì)剖面圖

2 注漿效果檢測

2.1 抽水試驗(yàn)

2.1.1 試驗(yàn)概況

依據(jù)《水電水利工程鉆孔抽水試驗(yàn)規(guī)程》（SL 320-2005）對拱座施工場地內(nèi)進(jìn)行抽水試驗(yàn)，抽水穩(wěn)定時間大于8 h。

2.1.2 試驗(yàn)布置

抽水試驗(yàn)設(shè)1 個抽水孔（井徑Φ1 300 mm，孔深31.20 m，后置Φ630 mm 鋼管護(hù)壁直至入巖石面）和4 個觀測孔（開孔Φ127 mm，放置Φ110 mmPVC 管護(hù)壁置入巖石面），抽水孔CS1 位于場地中心，觀測孔位于抽水孔四周半徑15 m 圓周的象限點(diǎn)上。

2.1.3 抽水試驗(yàn)方法及主要設(shè)備

釆用單孔抽水試驗(yàn)方法，記錄停泵后孔內(nèi)水位恢復(fù)至初始水位的過程，并變換不同的流量多次進(jìn)行抽水試驗(yàn)，計算滲透系數(shù)。抽水設(shè)備采用電潛泵，出水量采用三角堰測量。抽水孔和觀測孔使用電測水位計測量。

2.1.4 試驗(yàn)成果計算與分析

1）抽水試驗(yàn)主要成果。抽水鉆孔CS1 孔口高程為28.77 m（地面高程約為28.40 m），地下水靜水位高程為15.30 m。觀測鉆孔孔口高程為28.47 m，地下水靜水位高程為15.30 m。同期外江河水位高程為22.9 m。

降深10.27 m，Q=2.88 L/s=248.832 m3/d，單位涌水量為0.28 L/s·m。

2）水文地質(zhì)參數(shù)計算。依據(jù)是《水利水電工程鉆孔抽水試驗(yàn)規(guī)程（SL 320-2005）附錄E 用拐點(diǎn)法求有越流補(bǔ)給的水文地質(zhì)參數(shù)》。根據(jù)S-lgt 曲線求得：Si=5.16 m，mi=5.16/1.4771=3.493 3；査附錄E 中表E.0.5 ex，K0（x），exK0（x），-Ei（-x）和-Ei（-x）ex的數(shù)值表求得e（r/B）=1.044 2，K0（r/B）=3.262 0，得T=2.3Q/（4πmie（r/B））=12.485 8 m2/d。

地下連續(xù)墻施工后基坑涌水量Q檢按以下公式計算：

Q檢=W×S=T/B2×（Sd×S）

B2=TM′/K′

式中 Q檢——基坑檢驗(yàn)計算涌水量（m3/d）；

W——越流補(bǔ)給強(qiáng)度（m/d）；

K′——相對弱透水層滲透系數(shù)（m/d），根據(jù)原勘察資料取K'=0.069 12 m/d；M′為相對弱透水層厚度（m），根據(jù)原勘察資料取M′=4 m；

Sd——基坑地下水位設(shè)計降深（m），根據(jù)基坑設(shè)計資料Sd=18.74 m；

T——導(dǎo)水系數(shù)（m2/d）=12.485 8 m2/d；

S——基坑截面積（m2）=2 827.35 m2。

通過計算得基坑涌水量Q檢=915.57 m3/d

圖2 基底開挖照片

2.2 重型圓錐動力觸探試驗(yàn)

2.2.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)工作包括鉆探及鉆孔壓水試驗(yàn)（注水試驗(yàn)）和重型圓錐動力觸探試驗(yàn)，每個鉆孔試驗(yàn)地段自卵石層頂部至卵石層底部（-0.6～6 m 高程），共18 個鉆孔。動力觸探試驗(yàn)每2 m 做一次、每次段長l m；每個鉆孔壓水試驗(yàn)（注水試驗(yàn)）總段數(shù)為3 段，每段長度為5 m 計。

2.2.2 試驗(yàn)成果與分析

1）重型圓錐動力觸探。根據(jù)13 個鉆孔重型圓錐動力觸探試驗(yàn)數(shù)理統(tǒng)計（共429 組，參與統(tǒng)計有356 組），灌漿加固后卵石重型圓錐動力觸探修正錘擊數(shù)為15.40擊，查《廣西壯族自治區(qū)巖土工程勘察規(guī)范》（DBJ/T 45-002-2011）獲知，承載力為582.00 kPa。值得注意的是，由于卵石層分布不均勻，含砂量較大，重型圓錐動力觸探的結(jié)果離散大，并不能較好的反映出注漿效果。

2）鉆孔壓水試驗(yàn)（注水試驗(yàn)）。因孔內(nèi)塌孔嚴(yán)重，全部鉆孔均需跟管鉆進(jìn)，大多數(shù)鉆孔無法正常進(jìn)行鉆孔壓水試驗(yàn)及注水試驗(yàn)。從僅有的2 個鉆孔注水試驗(yàn)結(jié)果表明，卵石層滲透系數(shù)一般均大于1×10-4cm/s，詳見表1、圖3。需要指出的是，檢驗(yàn)孔孔壁經(jīng)常被沖垮，人為形成新的通道，檢驗(yàn)孔中地下水水位人為升高，鉆孔注水試驗(yàn)受干擾，因此注水試驗(yàn)結(jié)果無法準(zhǔn)確評價灌漿效果。

表1 鉆孔注水試驗(yàn)結(jié)果

圖3 鉆孔A1-17、F2-20 取芯照片

2.3 淺層平板載荷試驗(yàn)

2.3.1 試驗(yàn)概況

開挖至標(biāo)高+11 后，對該工程地基土承載力進(jìn)行淺層平板載荷試驗(yàn)，以確定該地基土承載力特征值。本次試驗(yàn)抽檢3 個點(diǎn)，試驗(yàn)點(diǎn)高程-0.5 m，壓板尺寸0.75 m×0.75 m，最大試驗(yàn)荷載1 600 kPa，配重堆載量1 530 kN。

2.3.2 試驗(yàn)成果與分析

當(dāng)載荷加至1 600 kPa 時，經(jīng)過180 min 觀測，承壓板頂?shù)某两狄堰_(dá)相對穩(wěn)定，此時承壓板頂總沉降值為40.23 mm，隨后分級卸載至零，殘余沉降值為34.13 mm，壓力～沉降曲線如圖4 所示，為緩變型曲線，s/b 為0.01所對應(yīng)的壓力大于最大加載壓力的一半，即800 kPa。

圖4 1#試驗(yàn)點(diǎn)淺層平板試驗(yàn)點(diǎn)p-s、s-lgt 曲線圖

當(dāng)載荷加至1 600 kPa 時，經(jīng)過1 020 min 觀測，承壓板頂?shù)某两颠_(dá)到89.33 mm，隨后分級卸載至零，承壓板回彈值為2.50 mm，殘余沉降值為87.58 mm，壓力～沉降曲線如圖5 所示，為緩變型曲線，s/b 為0.01 所對應(yīng)的壓力為721 kPa。

圖5 2#試驗(yàn)點(diǎn)淺層平板試驗(yàn)點(diǎn)p-s、s-lgt 曲線圖

當(dāng)載荷加至1 600 kPa 時，經(jīng)過210 min 觀測，承壓板頂?shù)某两狄堰_(dá)相對穩(wěn)定，此時承壓板頂總沉降值為29.08 mm，隨后分級卸載至零，殘余沉降值為22.79 mm，壓力～沉降曲線如圖6 所示，s/b 為0.01 所對應(yīng)的壓力大于最大加載壓力的一半，即800 kPa。

綜合上述試驗(yàn)結(jié)果，各試驗(yàn)點(diǎn)的特征值極差不超過平均值的30%，故本次試驗(yàn)取其地基承載力特征值的平均值為該土層的地基承載力特征值，fak=734 kPa，滿足設(shè)計要求。

3 結(jié) 論

本文通過在開挖前進(jìn)行抽水試驗(yàn)、動力觸探試驗(yàn)、鉆孔取芯檢查、壓水試驗(yàn)及開挖后淺層平板載荷試驗(yàn)對平南三橋北岸拱座地連墻砂卵石注漿工程進(jìn)行了效果檢測。結(jié)果表明，通過抽水試驗(yàn)比對注漿前后涌水量的大小及平板載荷試驗(yàn)?zāi)茌^好的反映注漿效果，而采用鉆孔取芯、動力觸探及壓水試驗(yàn)的方法得到的試驗(yàn)結(jié)果離散大，且無效數(shù)據(jù)較多，因而并不適用。

圖6 3#試驗(yàn)點(diǎn)淺層平板試驗(yàn)點(diǎn)p-s、s-lgt 曲線圖