密闭空间砂卵石层固结灌浆效果检验方法研究

冯春萌，罗小斌，高 丰，黄晓倩，刘 坪

（1. 广西路桥工程集团有限公司，广西 南宁 530011； 2. 湖南宏禹工程集团有限公司，湖南 长沙 410007）

前 言

砂卵石层是第四纪沉积物中的一种松散粗碎屑堆积层，具有颗粒间胶结性差、渗透性强、孔隙分布不均等复杂特征。灌浆是治理砂卵石层的有效方法，通过有针对性的灌浆可以大幅提高密实度和地基承载力，增强地基的稳定性，保障工程安全[1～2]。然而，浆液注入到地层中的工程属隐蔽工程，无法用直观方法去观测，要判定灌浆后是否达到应有的密实度及承载力，需选择适当检测方法进行评价。目前，常采用压水试验配合钻孔取芯进行注浆效果检测[3～4]。但由于地质体的各向异性和不均匀性，浆液渗透方向和注入量也存在不定性，使得钻孔取芯观察水泥结实率具有一定局限性。

针对上述问题，本文以广西荔浦至玉林高速平南三桥段北岸拱座地连墙基础砂卵石层固结灌浆工程为背景，针对砂卵石层注浆效果检测方法开展了试验与研究，总结了相关的经验以供类似工程参考。

1 概 述

1.1 项目概况

平南三桥为广西荔浦至玉林高速公路南北互通连接线上跨浔江的一座特大型桥梁。其北岸拱座基础为地下连续墙基础，持力层为中风化泥灰岩。北岸地连墙施工完毕后，对圈闭范围内的砂卵石层进行注浆，注浆深度为卵石层顶+11 m 标高至岩面以下1 m，以增加砂卵石层的密实性并降低其透水性，达到减少沉降和止水的目的。2018 年8 月25 日～10 月17 日，北岸拱座基础卵石层加固注浆历时54 天施工完毕。共计钻孔647个，累计注入水泥2 330 t，平均单孔水泥用量13 t。

1.2 地质条件

桥位区南北两主墩施工场地分布Qal+pl-3粉质粘土、Qal+pl-2 粉质粘土及Qal+pl-1卵石、中风化灰岩（D2y）、中风化泥灰岩（D2y）合计5 类岩土。

平南三桥桥址区地层主要由第四系冲洪积层（Qal+pl）、泥盆系中统郁江阶（D2y）组成，图1 为北岸拱座地质剖面图。

图1 地质剖面图

2 注浆效果检测

2.1 抽水试验

2.1.1 试验概况

依据《水电水利工程钻孔抽水试验规程》（SL 320-2005）对拱座施工场地内进行抽水试验，抽水稳定时间大于8 h。

2.1.2 试验布置

抽水试验设1 个抽水孔（井径Φ1 300 mm，孔深31.20 m，后置Φ630 mm 钢管护壁直至入岩石面）和4 个观测孔（开孔Φ127 mm，放置Φ110 mmPVC 管护壁置入岩石面），抽水孔CS1 位于场地中心，观测孔位于抽水孔四周半径15 m 圆周的象限点上。

2.1.3 抽水试验方法及主要设备

釆用单孔抽水试验方法，记录停泵后孔内水位恢复至初始水位的过程，并变换不同的流量多次进行抽水试验，计算渗透系数。抽水设备采用电潜泵，出水量采用三角堰测量。抽水孔和观测孔使用电测水位计测量。

2.1.4 试验成果计算与分析

1）抽水试验主要成果。抽水钻孔CS1 孔口高程为28.77 m（地面高程约为28.40 m），地下水静水位高程为15.30 m。观测钻孔孔口高程为28.47 m，地下水静水位高程为15.30 m。同期外江河水位高程为22.9 m。

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

2）水文地质参数计算。依据是《水利水电工程钻孔抽水试验规程（SL 320-2005）附录E 用拐点法求有越流补给的水文地质参数》。根据S-lgt 曲线求得：Si=5.16 m，mi=5.16/1.4771=3.493 3；査附录E 中表E.0.5 ex，K0（x），exK0（x），-Ei（-x）和-Ei（-x）ex的数值表求得e（r/B）=1.044 2，K0（r/B）=3.262 0，得T=2.3Q/（4πmie（r/B））=12.485 8 m2/d。

地下连续墙施工后基坑涌水量Q检按以下公式计算：

Q检=W×S=T/B2×（Sd×S）

B2=TM′/K′

式中 Q检——基坑检验计算涌水量（m3/d）；

W——越流补给强度（m/d）；

K′——相对弱透水层渗透系数（m/d），根据原勘察资料取K'=0.069 12 m/d；M′为相对弱透水层厚度（m），根据原勘察资料取M′=4 m；

Sd——基坑地下水位设计降深（m），根据基坑设计资料Sd=18.74 m；

T——导水系数（m2/d）=12.485 8 m2/d；

S——基坑截面积（m2）=2 827.35 m2。

通过计算得基坑涌水量Q检=915.57 m3/d

图2 基底开挖照片

2.2 重型圆锥动力触探试验

2.2.1 试验概况

试验工作包括钻探及钻孔压水试验（注水试验）和重型圆锥动力触探试验，每个钻孔试验地段自卵石层顶部至卵石层底部（-0.6～6 m 高程），共18 个钻孔。动力触探试验每2 m 做一次、每次段长l m；每个钻孔压水试验（注水试验）总段数为3 段，每段长度为5 m 计。

2.2.2 试验成果与分析

1）重型圆锥动力触探。根据13 个钻孔重型圆锥动力触探试验数理统计（共429 组，参与统计有356 组），灌浆加固后卵石重型圆锥动力触探修正锤击数为15.40击，查《广西壮族自治区岩土工程勘察规范》（DBJ/T 45-002-2011）获知，承载力为582.00 kPa。值得注意的是，由于卵石层分布不均匀，含砂量较大，重型圆锥动力触探的结果离散大，并不能较好的反映出注浆效果。

2）钻孔压水试验（注水试验）。因孔内塌孔严重，全部钻孔均需跟管钻进，大多数钻孔无法正常进行钻孔压水试验及注水试验。从仅有的2 个钻孔注水试验结果表明，卵石层渗透系数一般均大于1×10-4cm/s，详见表1、图3。需要指出的是，检验孔孔壁经常被冲垮，人为形成新的通道，检验孔中地下水水位人为升高，钻孔注水试验受干扰，因此注水试验结果无法准确评价灌浆效果。

表1 钻孔注水试验结果

图3 钻孔A1-17、F2-20 取芯照片

2.3 浅层平板载荷试验

2.3.1 试验概况

开挖至标高+11 后，对该工程地基土承载力进行浅层平板载荷试验，以确定该地基土承载力特征值。本次试验抽检3 个点，试验点高程-0.5 m，压板尺寸0.75 m×0.75 m，最大试验荷载1 600 kPa，配重堆载量1 530 kN。

2.3.2 试验成果与分析

当载荷加至1 600 kPa 时，经过180 min 观测，承压板顶的沉降已达相对稳定，此时承压板顶总沉降值为40.23 mm，随后分级卸载至零，残余沉降值为34.13 mm，压力～沉降曲线如图4 所示，为缓变型曲线，s/b 为0.01所对应的压力大于最大加载压力的一半，即800 kPa。

图4 1#试验点浅层平板试验点p-s、s-lgt 曲线图

当载荷加至1 600 kPa 时，经过1 020 min 观测，承压板顶的沉降达到89.33 mm，随后分级卸载至零，承压板回弹值为2.50 mm，残余沉降值为87.58 mm，压力～沉降曲线如图5 所示，为缓变型曲线，s/b 为0.01 所对应的压力为721 kPa。

图5 2#试验点浅层平板试验点p-s、s-lgt 曲线图

当载荷加至1 600 kPa 时，经过210 min 观测，承压板顶的沉降已达相对稳定，此时承压板顶总沉降值为29.08 mm，随后分级卸载至零，残余沉降值为22.79 mm，压力～沉降曲线如图6 所示，s/b 为0.01 所对应的压力大于最大加载压力的一半，即800 kPa。

综合上述试验结果，各试验点的特征值极差不超过平均值的30%，故本次试验取其地基承载力特征值的平均值为该土层的地基承载力特征值，fak=734 kPa，满足设计要求。

3 结 论

本文通过在开挖前进行抽水试验、动力触探试验、钻孔取芯检查、压水试验及开挖后浅层平板载荷试验对平南三桥北岸拱座地连墙砂卵石注浆工程进行了效果检测。结果表明，通过抽水试验比对注浆前后涌水量的大小及平板载荷试验能较好的反映注浆效果，而采用钻孔取芯、动力触探及压水试验的方法得到的试验结果离散大，且无效数据较多，因而并不适用。

图6 3#试验点浅层平板试验点p-s、s-lgt 曲线图