渗入性帷幕灌浆技术与双轴搅拌桩技术在山区填埋场中的应用分析

郦汇源

(上海建工环境科技有限公司，上海 201101)

我国西南部和西北部地区以山地、高原地形为主，其中存在不少地处山区的填埋场，此类山区填埋场使用年限太长，存在渗漏现象，对周边的土壤及地下水造成极大的污染风险。为避免历史遗留填埋场对周边环境造成影响，通常采用风险管控技术阻断地块内外的物质交换[1]。风险阻隔施工包括垂直风险阻隔施工及水平风险阻隔施工，垂直风险阻隔施工因其对施工条件要求比较高，通常成为风险阻隔的关键步骤[2]。常规的垂直风险阻隔技术包括渗入性帷幕灌浆技术与搅拌桩技术，搅拌桩技术根据钻头数量、功率等可分为三轴搅拌桩技术及双轴搅拌桩技术等，而双轴搅拌桩因其施工效率高、施工成本较低等优势，成为最常见的搅拌桩施工技术。我国山区填埋场的地形地貌条件各异，土质条件多样，场地施工条件不良，对垂直风险阻隔施工造成不可忽视的影响。分析不同场地位置、场地施工条件、交通状况、施工目标等条件下渗入性帷幕灌浆技术与双轴搅拌桩技术的施工情况及重难点，针对施工条件选择适宜的施工技术是垂直阻隔施工是否可以成功的关键步骤。

1 渗入性帷幕灌浆技术与双轴搅拌桩技术

1.1 渗入性帷幕灌浆技术

渗入性帷幕灌浆技术是常见的垂直防渗阻隔技术，其原理是将浆液灌入岩体或土层的裂隙、孔隙，在灌浆过程中地层结构不受扰动和破坏，所用的压力相对较小，形成连续的阻水帷幕，以减小渗流量和降低渗透压力的灌浆工程[3]。主要由钻孔与灌浆两个部分组成，根据场地地质情况，可分为两排孔或三排孔进行施工[4]。

1.2 双轴搅拌桩技术

双轴搅拌桩可以同时用两个个螺旋钻孔向下施工，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土和岩层发生一系列物理化学反应，减小渗透系数，起到良好的止水效果[5]。

2 垂直风险阻隔技术项目施工分析

2.1 渗入性帷幕灌浆技术项目分析

2.1.1 项目概况及施工参数设计

贵州某化工厂地处山区，其废渣填埋场存在渗滤液渗漏现象，该工程所在地的岩层大部分为中风化岩层。沿渣场堆体的东、西、南侧进行垂直帷幕灌浆，形成对渣体包围的地下水垂直阻隔系统。根据地勘报告显示，该废渣填埋场库底渗透系数小于1×10-5cm/s的微透水层埋深为15～47.8 m，帷幕灌浆深度为嵌入微透水层大于2 m。该工程轴线长度为1 096 m，共分为16个施工段，布置三排孔进行帷幕灌浆工作，平均孔深约38 m。

项目采用渗入性帷幕灌浆技术沿渣场堆体最终的东、南、西边界进行垂直帷幕灌浆，并与北侧的渗滤液垂直防渗系统相连接，形成对渣体全包围的地下水垂直阻隔系统。布置三排孔，排距0.5 m，孔距1 m，轴线长度为925 m，孔深平均约38 m，最大约50 m。统施工主要步骤为：轴线定位、作业面整理、钻孔施工、下入喷射杆、灌浆施工、回灌复喷、达标检测等。

图1 钻孔平面布置图

2.1.2 项目难点及应对措施

(1)施工作业面情况复杂

场区位于贵州高原向湖南丘陵过渡地带，地势总体由西向东缓缓降低，碎屑岩、板岩地层占测区面积的75%以上。最大高差508.1 m，斜坡自然坡度一般在25°～40°之间，局部形成小陡坎。灌浆设备需沿着填埋场四周进行施工，极端的施工环境无法满足灌浆设备对作业面的要求及施工人员的相关安全要求。

上述情况的关键点在于为灌浆设备提供良好的作业空间，因此本项目在灌浆施工前，使用挖掘机沿场地轴线进行削山放坡作业，整形工作完成后，分段浇筑宽3 m、厚40 cm的C25混凝土砼压盖。

这一结果让全家人都十分难受。朋友记起自己站在母亲的立场上对父亲的严厉指责，记起他们带他出去吃饭，强迫他点菜与算账；记得他们强迫他打太极拳，嘲笑他从前衣冠楚楚，现在邋遢到连球鞋也穿反……他们绝没想到他退化得这样快，是因为大脑的严重病变。父亲感到自己已被完全击败了，为了避免出丑，他不得不持那种放弃的态度，只为维护自己残存的自尊。而孩子们的逼迫，更加重了他的挫败感。

图2 作业面示意图

(2)造孔技术问题

部分山区填埋场所在地存在地层软硬悬殊，岩层倾角较陡等不利因素，容易造成钻孔垂直度倾斜，塌孔等问题[6]。

选用针状合金钻头，降低钻速对强风化岩层进行钻进，采用锯齿型金刚钻头，增加钻速对中风化岩层进行钻进，同时施工过程中钻机设备配备水平仪保证钻孔垂直度。

(3)灌浆技术问题

部分山区填埋场强风化岩层裂隙较多，灌浆过程中存在在跑浆、漏浆的现象，不利于垂直阻隔施工。

通过在灌浆栓塞器周边挤压湿黏土和在水泥浆液中添加水玻璃等促凝剂，减小栓塞器与钻孔之间的缝隙和水泥浆液的凝固时间防止灌浆过程中出现跑浆、漏浆的情况。

2.2 双轴搅拌桩技术项目分析

2.2.1 项目概况及施工参数设计

图3 水泥土搅拌桩咬合示意图

图4 本项目双轴搅拌桩施工流程图

2.2.2 项目难点及应对措施

(1)钻井施工问题

双轴搅拌桩技术适用于壤土、砂土、粘土等地质条件的地层，对强风化岩层具有良好的破碎效果，对于中风化岩层双轴搅拌桩机难以进行钻井工作。本项目的部分施工区域包含中风化岩层，可能存在无法施工的风险。

为确保双轴搅拌桩的施工条件，本项目采用带有破碎头的挖掘机对施工区域涉及地下基层岩的区域进行开凿破碎，破碎工作结束后换填黏土至与作业面水平，然后开始搅拌桩施工。

(2)施工地质条件要求高

双轴搅拌桩对施工区域的土质结构及含砂率等条件有着较高要求。根据《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2018)中的相关规定，制备的泥浆中含砂率应小于6%，孔底500 mm内的含砂率应小于8%。过高的含砂率可能造成搅拌桩施工过程中土壤的砂层下沉堆积，从而影响搅拌桩的质量，提高搅拌桩的透水性，降低搅拌桩的密闭性。

本项目于施工前对搅拌桩施工区域的地质条件进行补充勘测，发现部分区域的含砂率处于6%～8%之间，为防止含砂率过高对双轴搅拌桩质量造成不良影响，本项目在制浆过程中增加适量的膨润土，加快桩体的凝固速度，提高桩体的防渗性能。同时控制施工速度，提高搅拌桩中水泥浆的均匀度，防止局部含砂率过高。

(3)地下隐蔽工程

双轴搅拌桩施工为地下隐蔽工程，施工完成后需等待至少28天(等待水泥浆凝固成型)方可进行采样自检或验收，自检及验收结果出具前暂无明确手段测定双轴搅拌桩的成桩质量。若出现自检或验收结果不合格的情况，补桩或加桩体固措施是施工过程中时常遇到的难点。

为确保本项目双轴搅拌桩的施工质量，一方面施工过程中严格控制施工材料的质量及投加量，主要措施包括材料进场使用前检测、水泥浆密度测定及注入量测定等。控制施工过程的施工速度，避免施工速度过快带来的搅拌不均、形成溢流通道等情况。另一方面制定严格的补桩加固措施，当检测结果与目标值差距在10倍以内时，观察取出桩芯的性状、判断是否因桩体裂缝等原因导致渗透系数过大，采取压密注浆的方式对裂缝处进行加固。当检测结果与目标值差距在10倍以上时，采取原位双轴重新施工、外侧高压旋喷、外侧双轴加固等方式进行补桩加固。

2.3 技术应用对比

结合上述两项目分析结果，对渗入性帷幕灌浆技术与双轴搅拌桩技术应该条件、目标、设备等进行汇总对比，结果如表1所示。

表1 渗入性帷幕灌浆技术与双轴搅拌桩技术的应用对比表

渗入性帷幕灌浆技术作为地下水止水帷幕适用地质条件较广，例如冲孔灌注桩可在淤泥、粘土、砂土、粉土、碎卵(砾)石层、基岩层等各种地层均可施工，防渗地下水的效果较好；双轴搅拌桩技术仅适用于地质条件为壤土、黏土等，无法对中风化岩层施工，施工深度较浅。从施工设备层面，渗入性帷幕灌浆技术所使用的施工设备体积较小，对施工作业面的要求较低，可以更好的适应山区等极端作业条件。工期层面，双轴搅拌桩具有一定优势，这和施工条件有较大的关系，本文中渗入性帷幕灌浆技术的应用案例为极端情况下的山区项目，钻孔速度及移位速度等受到明显影响，因此平均施工周期较长。

3 结 论

渗入性帷幕灌浆技术与双轴搅拌桩技术在填埋场垂直阻隔修复工程中应用广泛，本文通过比对两种垂直阻隔技术以及结合实际工程案例，总结了相关技术的适宜条件和实际过程中的施工难点及其解决措施。渗入性帷幕灌浆技术与双轴搅拌桩技术均可达到良好的止水效果，其中双轴搅拌桩技术可以进一步降低渗透系数。

垂直阻隔结构形式应综合考虑墙体渗透性要求、地层岩土性质、施工成本、作业空间等因素综合确定。通过技术对比，帷幕灌浆技术适用于由岩层组成的山体，其阻隔深度可达到100 m，施工效率较快，人力成本较高；而双轴搅拌桩技术适用于由土质层与岩层组成的山体，阻隔深度较浅，施工速率快。

实际应用过程中，渗入性灌浆技术在造孔和灌浆过程中存在地层交替、钻孔倾斜度、跑浆、漏浆等问题，通过更换钻头和钻速已经添加速凝剂等方法进行施工改进；双轴搅拌桩技术无法对中风化岩层进行下沉搅拌，通过使用带破碎头的挖掘机和黏土换填的方式进行施工改进。