多頭小直徑深層攪拌樁在長江堤防防滲處理中的應用

林燕清， 孫佳星

(1.安徽省交通勘察設計院有限公司，安徽 合肥 230011；2.安徽省港航建設投資集團有限公司，安徽 合肥 230051)

0 引 言

多頭小直徑深層攪拌樁目前普遍用于堤防險工段加固工程，這種工藝設備目前多為三個鉆頭，已發(fā)展到五個頭、六個頭，能較大的改善樁與樁之間的銜接狀態(tài)，提高了防滲墻的整體性。這種小直徑樁體通過減小墻體厚度，減少機械移動次數，大大降低工程造價，依靠其明顯的經濟優(yōu)勢得到廣泛推廣。

多頭小直徑深層攪拌樁適用于素填土，軟塑或可塑的黏性土，稍密或中密的粉土，松散或中密的粉細砂，松散或稍密的中粗砂。但對于大深度攪拌樁防滲墻運用在較密實的深厚砂質地基，其在施工上具有一定的難度。

1 工程概況

1.1 工程簡介

順安河位于銅陵市的中東部，長江以南，是長江右岸的一級支流，河道由南向北匯入長江。順安河航道整治二期工程，對順安河11.6 km航道進行全線開挖，航道等級為Ⅲ級。根據勘察結果，順安河左岸中心樁號K8+550～K9+900段、右岸K8+400～K10+300段沙土埋深較淺、層厚大，部分厚度達到30 m以上。堤防兩岸在高水情況下，大堤后常發(fā)生管涌和流砂的險情，特別是在地表黏性土層較單薄的河段。航道疏浚削除航槽內部分岸坡覆蓋黏土，原有河床底部沙層外露。為防止疏浚工程對堤防基礎的影響，提出對兩岸堤防進行防滲分析。

1.2 地質條件

自堤腳向下地層為0.4～8.2 m素填土、3～5 m粉質黏土，中部為厚度不等的淤泥質粉質黏土，其下為稍密～中密的粉砂層、細砂層，部分存在淤泥質粉質黏土與粉細砂互層，粉土層，再下為中砂、礫砂層，最后為未揭穿的粉質黏土層及卵石層。其中⑤層細砂層層厚大，分布集中，滲透系數大，正是處于以往發(fā)生管涌的位置。各土層性質指標見表1。

表1 地基土力學指標和地基容許承載力(f)值表

2 防滲方案設計

2.1 滲流穩(wěn)定計算

航道開挖后對航道兩岸堤防選取兩處代表斷面進行滲流穩(wěn)定驗算，計算結果見表2。

表2 現狀堤基滲流計算結果

由表2可知，堤防最大出逸比降達到了0.241，高于規(guī)范允許比降，在覆蓋層厚度不足、低洼地等薄弱的地方容易出現滲透破壞，因此必須進行防滲處理。

2.2 防滲方案設計

(1)防滲方案。防滲結構采用多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻方案，水泥土攪拌樁直徑0.4 m，樁間距0.32 m，成墻厚度不小于0.24 m。樁長根據地層情況布置，左岸K8+610～K9+150和右岸K8+360～K9+270段淺層砂基采用全封閉式防滲墻，墻深平均約16 m；左岸K9+150～K9+795和右岸K9+290～K9+880段深層砂基采用懸掛式防滲墻，墻深20 m。防滲面積共計48 461 m2，累計樁長158 952 m。

(2)設計參數。水泥土攪拌樁防滲墻采用一次一序施工，墻身28 d抗壓強度大于0.3 MPa，滲透系數小于5×10-6cm/s，參考水泥摻入量10%～15%，參考水灰比1∶1，具體參數根據現場試驗結果確定。

(3)防滲效果驗算。布置防滲墻后重新進行滲流驗算，堤防的最大出逸比降明顯降低，小于規(guī)范允許值。結果見表3。

表3 防滲處理后堤基滲流計算結果

3 防滲墻實施

3.1 施工及問題

防滲墻實施初期出現樁機鉆桿鉆進困難，功耗大，鉆頭磨損嚴重，特別是進入砂層后，鉆桿越鉆越緊，無法提升，出現埋桿、鉆桿擰斷、電流過大、機組熄火等現象。經分析，一方面由于本工程地質為粉砂、細砂、中砂等砂性土，砂性土顆粒直徑一般較黏性土大，強度高，土顆粒之間的凝聚力小，基本呈單顆粒結構，孔隙率較大，水泥土攪拌樁施工時向土層中單一注入水泥漿，邊注漿邊攪拌，擾動周圍的砂土，在砂土中形成流沙，沙土孔隙率減小，緊緊包裹著鉆頭、鉆桿，使鉆桿攪動困難，當流沙嚴重時出現埋桿、斷桿、鉆桿無法提升現象。另一方面，所選用的設備功率不足，在砂質地基中，鉸刀頭所受的阻力要大的多，相同功率大小的設備受阻過大后會出現電流過大、機組熄火這樣的現象。

3.2 工藝改進

根據以上出現的問題，從施工設備和施工工藝上進行了調整，引入了XPJ-10B21多功能旋噴攪拌樁機。樁體擾動后形成流沙是施工困難的主要因素，從工藝上改善流沙對鉆桿和鉆頭的影響是關鍵，利用設備可施工高壓旋噴樁的工藝，在施工攪拌樁過程中加入一定的壓縮氣體，起到切割土體、減少流沙形成、減少鉆頭磨損和攪拌阻力的作用。通過工藝改進后，加入壓縮空氣氣壓0.5 MPa,輸漿壓力0.5 MPa,增加了鉆桿下沉過程中的孔隙，使攪拌樁能夠順利鉆進，下沉攪拌效率得到了很大的提高。

3.3 后續(xù)問題

施工過程中在歷年管涌河段處出現外灘邊緣水域局部氣泡翻滾現象，灘地上原有遺留的施工勘探孔出現氣體外冒聲，河道內及勘探孔中均未發(fā)現泥沙和水泥漿液。冒氣現象直至停工10 h后才逐漸衰退，在48 h后消失。管涌點氣體經檢測，排除地下天然氣等可燃氣體成分，經分析應為施工過程中注入的壓縮空氣。分析該段為常年管涌發(fā)生河段，堤基下土體在滲流力的作用下土中的細顆粒被帶走，土體骨架中形成孔隙。攪拌樁施工過程中注入的壓縮空氣擠壓孔隙水后存儲于土體空隙中，一部分沿著河道涌出，一部分沿著勘探孔涌出。

3.4 注意事項

(1)采用注入壓縮空氣工藝調整的目的是為保證鉆機正常施工，鉆桿能順利提升，注入壓縮空氣的壓力不應過大，注氣管的數量也不應過多，氣壓過大易導致成樁效果不理想，且需要消耗更多的水泥漿液。

(2)注入壓縮氣體后，應根據試樁效果重新確定水灰比、噴漿量、攪拌鉆下沉和提升的速度以及樁體水泥摻入量等施工參數，以達到設計強度和滲透系數要求。

4 結束語

深層攪拌樁作為較經濟的垂直防滲技術在防滲處理工程中得以廣泛應用，但其在深厚的砂質地基中使用時仍具有一定的局限性，通過設備功率的調整及施工工藝的改進能夠有效解決鉆進困難。攪拌樁作為隱蔽工程，在實施過程中受到各種不利條件制約，應當根據實際情況，進行分析和總結，積累相關經驗。