压密注浆堵漏止水技术在基坑工程中的应用

乔光 ，董天杰

（1.中交一航局第三工程有限公司，辽宁 大连 116083；2.天津市水下隧道建设与运维技术企业重点实验室，天津 300461）

1 工程概况

大连湾海底隧道干坞临时围堰采用抛石斜坡堤结构，斜坡堤轴线长456 m，堤心填筑材料采用粒径小于10 cm 的开山石碴回填形成，斜坡堤填筑坡度为1∶1.5，临时斜坡堤围堰平面图如图1所示。

图1 临时围堰平面图Fig.1 Plan of temporary cofferdam

围堰止水结构为钢板桩+双排旋喷桩+双排帷幕灌浆。钢板桩要求打入强风化岩至中风化岩面[1]，旋喷桩直径为800 mm，间距为600 mm，排距为500 mm，旋喷桩顶高程至少高于强风化岩顶面0.5 m，底部要求打至中风化岩面，中风化岩面以下为帷幕灌浆，帷幕灌浆上包钢板桩0.5 m，帷幕灌浆间距为1.2 m，排距为500 mm，帷幕灌浆要求打至岩石渗透系数K≤3×10-5cm/s。钢板桩、旋喷桩、帷幕灌浆断面位置关系见图2，钢板桩、旋喷桩、帷幕灌浆平面位置关系见图3。

图2 临时围堰断面图Fig.2 Cross-section of temporary cofferdam

图3 钢板桩、旋喷桩、帷幕灌浆平面位置关系图Fig.3 Plane position relationship of steel sheet pile,rotary jet grouting pile and curtain grouting

围堰止水施工完成后，通过对围堰内侧埋设水位观测孔，对围堰内外的水位观测发现，围堰内部水位标高随潮汐变化而变化，涨潮过程围堰内水量上涨约600 m3/d。

2 水文地质条件

2.1 水文条件

1）陆域水文地质

地下水：场区内仅1 层地下水，类型为潜水，无承压性，水位埋深1.10～9.00 m，标高变化为-0.40～4.70 m，变幅7.9 m。地下水赋存于土层孔隙中和基岩裂隙内。各土层和白云岩为主要含水层。地下水补给来源为大气降水和海水侧向补给，地下水位受海水潮汐影响较大。

2）海域水文地质

大连湾海域属于非正规半日潮流海区。根据大连港内海潮观测资料1939—1981 年实测潮位资料统计，潮位特征值（大连筑港高程）如下：历年最高潮位+5.0 m；历年最低潮位：-0.66 m；历年平均高潮位+4.35 m；历年平均低潮位：-0.26 m；历年平均潮差+2.08 m；平均潮位：+2.15 m；高水位（重现期50 a）+4.83 m；低水位（重现期50 a）-0.93 m；受台风影响时，最大海浪高达8.0 m。

2.2 地质条件

围堰所处区域地形起伏较小，海底地面标高变化在-2.14～-12.12 m。地层揭露自上而下为：

①淤泥质粉质黏土（Q4m）：灰黑色，流塑—软塑，有机质含量高，含少量贝壳，干强度低。层厚0.60～6.60 m，层底埋深0.60～14.70 m，层底标高-14.23～-2.74 m。

②红黏土（Q2el）：红—黄褐色，可塑—硬塑，干强度高。层厚0.80～24.00 m，层底埋深2.20～37.60 m，层底标高-34.80～3.38 m。

③强风化白云岩（Zg）：灰黄色，结构大部分破坏，矿物成分显著变化，岩芯呈碎屑状，碎块状，遇水易软化，局部含中风化岩残块。带厚0.80～10.20 m，带底埋深 2.00～38.40 m，带底标高-35.60～2.27 m。

④中风化白云岩（Zg）：灰色，隐晶质结构，中厚层状构造，节理裂隙较发育，岩体破碎—较完整，岩芯呈短柱状、块状，岩质坚硬，局部见有溶蚀现象。揭露带厚0.80～22.20 m，孔底埋深10.00～43.00 m，孔底标高-40.20～-16.85 m。

3 堵漏止水方案

3.1 渗漏原因分析

1）渗漏点监测及查找

为寻找、确定渗漏点的具体位置，采用分级降排水的方法，在水位降至不同标高后，在止水轴线上打孔投放高锰酸钾，通过颜色扩散情况寻找围堰渗漏点。

2）钻孔取样

在渗漏点位置处进行钻探取样，岩样显示在渗漏处的止水旋喷桩位置未能取出完整桩体[2-3]，且取出岩样较破碎、多为块石。

3）漏水原因分析

分析造成围堰漏水的原因主要为：旋喷成桩范围的块石量较多，施工过程中水泥浆与块石未搅拌融合，导致成桩效果不好；此区域海域潮汐属于非正规半日潮，每日两涨两落，受海水涨潮落潮的冲刷影响，围堰填筑的部分细骨料容易被海水冲散带走，且存在部分浆液随水流流失，使得旋喷成桩困难，未能成桩形成有效止水。

3.2 堵漏方案设计

针对本围堰的漏水原因及下一步工程施工的需要，进行围堰堵漏处理。堵漏止水采用回转冲击钻机成孔，灌入水泥砂浆、水玻璃的方法进行压密注浆进行封堵[4-5]。其中压密注浆设计参数需根据现场地质情况、压浆强度、砂浆流动度、砂浆凝结时间及砂浆的扩散范围确定。砂浆的有效扩散半径最低要求为1.5 m，砂浆要保证有良好的流动性和注入性，能完全充填被处理范围内回填料的空隙，硬化后具有必要的抗压强度和黏结力[6]。

通过现场试验，最终确定在海侧距钢板桩30 cm 布设1 排压密灌浆孔，注浆影响半径约1.5 m，孔距为1.0 m，分2 序进行钻灌施工，钻孔钻至岩面，提升至+1 m 标高。压密注浆孔位布置见图4。

图4 压密注浆孔位与钢板桩大样图（mm）Fig.4 Sample drawing of compaction grouting hole location and steel sheet pile(mm)

4 堵漏止水施工

4.1 压密注浆施工

1）注浆配合比确定

采用M10 水泥砂浆进行双液注浆[7]，先进行浆液配合比试验，根据灌注情况选择最佳浆液配合比进行注浆施工。现场配合比最终采用表1 进行配置（1 m3砂浆配合比）。

表1 压密注浆砂浆配合比Table 1 Mix ratio of compaction grouting mortar

其中水泥有质保书且复检合格、无受潮结块现象[8]；注浆用水为淡水，水温不得超过30～35 ℃，以减缓浆体的凝固。

2） 引孔

回转冲击钻机成孔，采用φ130 mm 钻头和冲击器进行跟管钻进，进入岩面后，停止钻进，使用空压机鼓风冲洗孔内沉渣，起出钻杆、钻头和冲击器，套管留下注浆使用。钻孔孔位偏差小于50 mm，孔斜不大于1/100[9]。

3） 制浆

浆液先由拌和站搅拌，罐车运输至现场二次拌制，通过砂浆泵注入孔内。浆液严格按照配合比进行拌制，严格控制搅拌时间不少于3 min，以确保浆液拌和均匀。

4） 注浆

注浆前准备：应全面检查注浆设备和材料，包括注浆泵、拌浆储浆系统、高压压浆管、压力表等，注意正式注浆后不得随意中断，要求连续作业，以保证注浆质量[10]。

注浆顺序：注浆孔分两序，间隔注浆以防止串浆，待I 序孔灌注浆液凝固，达到一定强度后，再施工中间II 序孔，一泵一孔，一一对应，每一序施工时均为多孔同时注浆。

注浆施工：注浆压力控制在0.2～0.3 MPa；采用SYB50 型挤压式压浆泵进行注浆，根据设计注浆压力和注浆量自下而上压浆提升，每50 cm 为一提升程，注浆管分段提升的搭接长度不少于100 mm，注浆至上表面后，保持注浆管内满浆的状态下，将注浆管提出，终孔注浆压力不超过0.5 MPa。

注浆结束：全孔注浆完毕后，将注浆及孔口管拔出，封孔并冲洗管路。

注意事项：压浆前，先将套管拔出0.1～0.2 m，避免套管底部堵塞浆液通道；每个压浆孔应连续不间断注浆。

5）常见问题及处理方案

浆液无法压出：首先检查整个压浆系统，判断是否有故障情况，经检查无故障后，可适当增加注浆压力，还是无法压出浆液时，一般为注浆管堵塞，应重新在附近位置进行钻孔补喷。

地面大量冒浆：如注浆途中发生地面大量冒浆现象立即停止注浆。如因注浆孔封闭欠佳，可待浆液凝固后重复注浆，如是底层灌注不进，可停止注浆。

4.2 堵漏止水效果分析

堵漏止水施工完成后，通过观测，围堰渗水量已明显得到控制，渗水量＜100 m3/d。

5 结语

对以石渣、块石填筑为主的围堰，采用钢板桩、旋喷桩、帷幕灌浆的止水体系时，由于受到潮汐涨落潮、回填料质量、施工参数选择及现场施工人员操作水平等多种因素影响，容易造成成桩效果不好或不成桩的现象，使得围堰止水效果打折扣。本工程通过压密注浆堵漏施工技术，使水泥砂浆与回填料迅速形成固结体，有效地解决了旋喷桩成桩效果不好或不成桩的现象，达到止水的目的。建议今后在类似地质及水文条件的工程中采用压密注浆施工技术，既可以达到止水的目的，又可节约水泥，止水效果好，同时压密注浆施工灵活、高效。