多头小直径深层搅拌桩在长江堤防防渗处理中的应用

林燕清， 孙佳星

(1.安徽省交通勘察设计院有限公司，安徽 合肥 230011；2.安徽省港航建设投资集团有限公司，安徽 合肥 230051)

0 引 言

多头小直径深层搅拌桩目前普遍用于堤防险工段加固工程，这种工艺设备目前多为三个钻头，已发展到五个头、六个头，能较大的改善桩与桩之间的衔接状态，提高了防渗墙的整体性。这种小直径桩体通过减小墙体厚度，减少机械移动次数，大大降低工程造价，依靠其明显的经济优势得到广泛推广。

多头小直径深层搅拌桩适用于素填土，软塑或可塑的黏性土，稍密或中密的粉土，松散或中密的粉细砂，松散或稍密的中粗砂。但对于大深度搅拌桩防渗墙运用在较密实的深厚砂质地基，其在施工上具有一定的难度。

1 工程概况

1.1 工程简介

顺安河位于铜陵市的中东部，长江以南，是长江右岸的一级支流，河道由南向北汇入长江。顺安河航道整治二期工程，对顺安河11.6 km航道进行全线开挖，航道等级为Ⅲ级。根据勘察结果，顺安河左岸中心桩号K8+550～K9+900段、右岸K8+400～K10+300段沙土埋深较浅、层厚大，部分厚度达到30 m以上。堤防两岸在高水情况下，大堤后常发生管涌和流砂的险情，特别是在地表黏性土层较单薄的河段。航道疏浚削除航槽内部分岸坡覆盖黏土，原有河床底部沙层外露。为防止疏浚工程对堤防基础的影响，提出对两岸堤防进行防渗分析。

1.2 地质条件

自堤脚向下地层为0.4～8.2 m素填土、3～5 m粉质黏土，中部为厚度不等的淤泥质粉质黏土，其下为稍密～中密的粉砂层、细砂层，部分存在淤泥质粉质黏土与粉细砂互层，粉土层，再下为中砂、砾砂层，最后为未揭穿的粉质黏土层及卵石层。其中⑤层细砂层层厚大，分布集中，渗透系数大，正是处于以往发生管涌的位置。各土层性质指标见表1。

表1 地基土力学指标和地基容许承载力(f)值表

2 防渗方案设计

2.1 渗流稳定计算

航道开挖后对航道两岸堤防选取两处代表断面进行渗流稳定验算，计算结果见表2。

表2 现状堤基渗流计算结果

由表2可知，堤防最大出逸比降达到了0.241，高于规范允许比降，在覆盖层厚度不足、低洼地等薄弱的地方容易出现渗透破坏，因此必须进行防渗处理。

2.2 防渗方案设计

(1)防渗方案。防渗结构采用多头小直径深层搅拌桩防渗墙方案，水泥土搅拌桩直径0.4 m，桩间距0.32 m，成墙厚度不小于0.24 m。桩长根据地层情况布置，左岸K8+610～K9+150和右岸K8+360～K9+270段浅层砂基采用全封闭式防渗墙，墙深平均约16 m；左岸K9+150～K9+795和右岸K9+290～K9+880段深层砂基采用悬挂式防渗墙，墙深20 m。防渗面积共计48 461 m2，累计桩长158 952 m。

(2)设计参数。水泥土搅拌桩防渗墙采用一次一序施工，墙身28 d抗压强度大于0.3 MPa，渗透系数小于5×10-6cm/s，参考水泥掺入量10%～15%，参考水灰比1∶1，具体参数根据现场试验结果确定。

(3)防渗效果验算。布置防渗墙后重新进行渗流验算，堤防的最大出逸比降明显降低，小于规范允许值。结果见表3。

表3 防渗处理后堤基渗流计算结果

3 防渗墙实施

3.1 施工及问题

防渗墙实施初期出现桩机钻杆钻进困难，功耗大，钻头磨损严重，特别是进入砂层后，钻杆越钻越紧，无法提升，出现埋杆、钻杆拧断、电流过大、机组熄火等现象。经分析，一方面由于本工程地质为粉砂、细砂、中砂等砂性土，砂性土颗粒直径一般较黏性土大，强度高，土颗粒之间的凝聚力小，基本呈单颗粒结构，孔隙率较大，水泥土搅拌桩施工时向土层中单一注入水泥浆，边注浆边搅拌，扰动周围的砂土，在砂土中形成流沙，沙土孔隙率减小，紧紧包裹着钻头、钻杆，使钻杆搅动困难，当流沙严重时出现埋杆、断杆、钻杆无法提升现象。另一方面，所选用的设备功率不足，在砂质地基中，铰刀头所受的阻力要大的多，相同功率大小的设备受阻过大后会出现电流过大、机组熄火这样的现象。

3.2 工艺改进

根据以上出现的问题，从施工设备和施工工艺上进行了调整，引入了XPJ-10B21多功能旋喷搅拌桩机。桩体扰动后形成流沙是施工困难的主要因素，从工艺上改善流沙对钻杆和钻头的影响是关键，利用设备可施工高压旋喷桩的工艺，在施工搅拌桩过程中加入一定的压缩气体，起到切割土体、减少流沙形成、减少钻头磨损和搅拌阻力的作用。通过工艺改进后，加入压缩空气气压0.5 MPa,输浆压力0.5 MPa,增加了钻杆下沉过程中的孔隙，使搅拌桩能够顺利钻进，下沉搅拌效率得到了很大的提高。

3.3 后续问题

施工过程中在历年管涌河段处出现外滩边缘水域局部气泡翻滚现象，滩地上原有遗留的施工勘探孔出现气体外冒声，河道内及勘探孔中均未发现泥沙和水泥浆液。冒气现象直至停工10 h后才逐渐衰退，在48 h后消失。管涌点气体经检测，排除地下天然气等可燃气体成分，经分析应为施工过程中注入的压缩空气。分析该段为常年管涌发生河段，堤基下土体在渗流力的作用下土中的细颗粒被带走，土体骨架中形成孔隙。搅拌桩施工过程中注入的压缩空气挤压孔隙水后存储于土体空隙中，一部分沿着河道涌出，一部分沿着勘探孔涌出。

3.4 注意事项

(1)采用注入压缩空气工艺调整的目的是为保证钻机正常施工，钻杆能顺利提升，注入压缩空气的压力不应过大，注气管的数量也不应过多，气压过大易导致成桩效果不理想，且需要消耗更多的水泥浆液。

(2)注入压缩气体后，应根据试桩效果重新确定水灰比、喷浆量、搅拌钻下沉和提升的速度以及桩体水泥掺入量等施工参数，以达到设计强度和渗透系数要求。

4 结束语

深层搅拌桩作为较经济的垂直防渗技术在防渗处理工程中得以广泛应用，但其在深厚的砂质地基中使用时仍具有一定的局限性，通过设备功率的调整及施工工艺的改进能够有效解决钻进困难。搅拌桩作为隐蔽工程，在实施过程中受到各种不利条件制约，应当根据实际情况，进行分析和总结，积累相关经验。