亚运场馆及北支江综合整治工程政治意义及社会影响力较大。考虑到工程安全性、经济适用性及子项目中的2个水闸和船闸工程均涉及基坑防渗施工，且这两处工程施工场地均为软土地基，地基条件复杂。结合杭州富阳亚运场馆及北支江综合整治项目围堰防渗工程，进行了高压喷射灌浆单桩试验及取芯检测，提出高压喷射灌浆在水利工程深层地基中的施工方法和施工工艺流程，并总结了相关施工经验，可为类似工程提供借鉴和参考。

　　1 工程概况

　　北支江位于富阳主城区下游3km，富春江东洲岛之北，西起东洲大岭山脚，东至江丰紫铜村，全长12.5km(其中富阳区境内约8km，西湖区境内约4.5cm)。随着2009年新一轮富阳城市总体规划的编制和2010年“三江两岸”生态景观廊道的提出，经审议同意开展拆除堵坝及改建水闸工程，其中，北支江上游水闸是北支江综合整治工程的重要组成部分。北支江综合整治工程上游水闸、船闸工程等级别为3级，水闸建筑物级别为2级，水闸上、下游翼墙等次要建筑物为4级;船闸上、下闸首和闸室为3级建筑物，上下游导航、靠船墩及临时建筑物为5级。

　　上游水闸、船闸位置场地上部土层由稍密的粉砂、淤泥质土、软弱黏性土组成，上游闸线基岩为燕山期入侵的花岗闪长岩，埋深30～50m，左岸埋深浅、右岸深。工程范围内区域稳定性相对较好，未发现滑坡、泥石流、岩溶、地面沉降等不良地质灾害。本工程范围内地下水从上至下依次为地表水、松散岩类孔隙水、基岩裂隙水。地表水高程6.320～7.410m，松散岩类孔隙潜水高程4.930～6.390m，孔隙承压水稳定水位高程4.260m，表现为层间无压水性质。承压水压力小，对高压喷射灌浆施工一般无影响;基岩裂隙水水量小，对环境影响小，对本工程影响甚微。

　　根据类似施工经验，高压喷射灌浆主要适用于淤泥质土、粉质黏土、粉土、砂土、砾石、卵(碎)石等松散透水地基或建筑体内的防渗工程。因此，本工程右岸布置高压喷射灌浆防渗墙，与上、下游围堰高压喷射灌浆防渗墙连接，形成闭合防渗体。

　　2 围堰设计

　　上游围堰主要利用堵坝，上堵坝顶高程10.000m，顶宽8.0m，兼作上游围堰挡水，同时在上堵坝上游侧8.000m高程采用充砂管袋填筑形成施工平台，设置高压旋喷防渗墙增强上游围堰防渗性。下游围堰顶高程定为9.200m。采用充砂管袋围堰结构，顶宽6.00m，两侧坡比1∶1.8～1∶2.0。高压旋喷防渗墙施工平台高程上游8.000m和下游7.000m，钻孔孔距均为0.7m，底部打入相对不透水层≥1.5m。上、下游围堰剖面如图1所示。

　　3 高压喷射灌浆施工方法及工艺流程

　　高压旋喷防渗墙采用双重管高压旋喷施工，高压喷射灌浆钻喷施工分二序进行，先施工I序孔，再施工II序孔，相邻2个I序孔完成后，方可施工II序孔，相邻次序孔施工时间间隔≤24h。施工工艺如图2所示，施工流程如图3所示。

　　

　　图2 高压喷射灌浆施工工艺  

　　 

　　4 高压喷射灌浆试验

　　4.1 高压旋喷试桩要求

　　根据针对北支江上游水闸、船闸工程的《围堰高喷灌浆防渗墙施工技术要求》，围堰高压旋喷防渗墙施工前要求进行现场生产性试验，且需满足如下设计要求方可正式施工:(1)高压旋喷防渗墙墙厚≥50cm;(2)28d抗压强度R₂₈≥3.0MPa;(3)允许渗流梯度[J]≥80;(4)渗透系数k≤1×10^-5cm/s。

　　

　　图1 上、下游围堰剖面(单位:cm)  

　　 

　　

　　图3 高压喷射灌浆施工流程  

　　 

　　4.2 高压旋喷试桩试验

　　上游水闸、船闸工程围堰高压喷射灌浆分别于2018年1月21日、26日进行了单桩试验。下面以2018年1月21日试桩情况为例进行介绍。

　　4.2.1 试验目的

　　在相同喷浆压力、水灰比情况下，在不同提升速度、不同土层中通过单桩成桩桩径及成桩效果来确定后续止水桩间距、排距。

　　4.2.2 试验位置及参数说明

　　1)试验位置选择右岸原开工活动场地内进行单桩试验，单桩钻孔位置远离高压喷射轴线。

　　2)试验参数说明水泥为P·O42.5普通硅酸盐水泥;水灰比为0.8∶1;浆液密度为1.5～1.7g/cm³;提升速度为10,15,18cm/min;喷浆压力为27MPa;风压为0.8MPa;旋转速度为9,14,16r/min。施工工序:双重管法施工，分二序进行，相邻次序孔施工时间间隔≤24h。

　　4.2.3 试验结果

　　试验结果如图4所示。

　　

　　图4 试验结果  

　　 

　　4.2.4 试桩结论

　　现有地面高程6.500m，地下水位高程约4.350m，地下水丰富，挖至砂层即刻涌水，周围边坡坍塌无法继续下挖。根据单桩试验开挖的结果，实测最大桩径95cm不满足设计桩径100cm以上要求。

　　4.3 2018年5月12日钻孔取芯情况

　　4.3.1 试验目的

　　根据拟定的高压喷射参数(提升速度、喷浆压力、转速、水灰比等)，在本工程右岸进行高压旋喷试桩，钻孔取芯检查整桩搭接效果。

　　4.3.2 试验位置及参数说明

　　1)试验位置如图5所示。

　　

　　图5 试验位置示意(单位:m)  

　　 

　　2)试验参数说明水泥为P·O42.5普通硅酸盐水泥;水灰比为1∶1;浆液密度为1.5～1.7g/cm³;提升速度为10cm/min;喷浆压力为二序施工32MPa，顺序施工34MPa;风压为0.8MPa;旋转速度为10r/min。

　　3)施工工艺注浆方法为双管法;施工顺序为X15,X16,X327,X328二序施工，X357,X358,X359顺序施工。

　　4.3.3 试桩结果

　　试桩结果为:(1)X15～X16两高压旋喷桩桩位搭接中心取芯芯样取芯至地面以下11.3m(高程-4.300m)时无桩体，涌砂抱死钻杆，无法继续钻孔，从取芯样本发现在地面以下10m(高程-3.000m)高压喷射成墙，高程-3.000～-4.300m为粉砂，因无法继续钻进，高程-4.300m以下未知，取芯桩长11.3m，地面标高7.000m。(2)X16高压旋喷桩桩位中心偏向X15桩15cm取芯芯样从取芯样本发现在地面以下8.5m(高程-1.500m)存在建筑垃圾及混凝土地坪，地面以下14.5m(高程-7.500m)发现圆砾，14.5m以下为淤泥质粉质黏土;取芯桩长15.5m，地面标高7.000m。(3)N327～N328两高压旋喷桩桩位搭接中心取芯芯样取芯至地面以下17.0m(高程-11.000m)高压喷射成墙，以下为淤泥质粉质黏土;取芯桩长为17.5m，地面标高6.500m。(4)N358～N359两高压旋喷桩桩位搭接中心取芯芯样取芯至地面以下10.2m(高程-3.700m)时无桩体，涌砂抱死钻杆，无法继续钻孔，高程-3.700m以下未知;取芯桩长为10.2m，地面标高6.500m。(5)N357～N358两高压旋喷桩桩位搭接中心取芯芯样

　　取芯至地面以下9.2m(高程-2.700m)时无桩体，涌砂抱死钻杆，无法继续钻孔，高程-2.700m以下未知;取芯桩长为10.9m，地面标高6.500m。(6)N358高压旋喷桩桩位中心往左岸偏移20cm取芯芯样取芯至地面以下5.1m(高程-0.500m)时无桩体，涌砂抱死钻杆，无法继续钻孔，高程0.500m以下未知;取芯桩长为6.0m，地面标高6.500m。

　　4.3.4 试桩结论

　　1)钻孔取芯共6处，其中2处高压旋喷连续性成桩，3处在-3.000m高程位置无连续桩体，1处在0.500m高程位置无连续桩体，因涌砂抱死钻孔，无法取至设计桩底标高，合格率较低。

　　2)成桩连续性较差，不满足设计要求，无法形成防渗帷幕，-3.000m高程以下土质密实，常规施工参数难以扰动、切割土质。

　　4.4 历次取芯检测情况综合比较

　　经过多次试桩检查，高压旋喷历次试桩综合对比如表1所示。

　　5 施工经验

　　5.1 地层适应性

　　查阅相关文献可知，高压喷射灌浆适宜地层较广，主要用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土砾石、卵(碎)石等松散透水地基或填筑体内的防渗工程。在N<15的砂类土及N<10的黏性土、粉土和黄土中易取得较好效果。高压喷射灌浆适宜地层和不适宜地层总结如表2,3所示。

　　本工程粉细砂层标贯实测击数为18.0，含砾细砂层实测标贯击数为18.8，均>15。通过分析类似工程可知，在标贯击数>15的中密实砂类土地层中，高压喷射灌浆需严格控制浆压、风压等施工参数;否则成桩效果不理想，易出现短桩、颈缩现象。因此，施工前需进行生产性试验以确定适宜的施工参数或改进钻头工艺等。在本工程中，由于施工机具落后、施工参数控制不严格、扰动能量不足、地层复杂(宕渣)等因素，造成高压喷射灌浆未取得理想效果。

　　  

　　表1 高压旋喷历次试桩综合对比 

　　 

　　 

　　

　　表1 高压旋喷历次试桩综合对比

　　  

　　表2 高压喷射灌浆适宜地层 

　　 

　　 

　　

　　注:N表示标准贯入试验锤击数;对含有较多漂石或块石的地层，应进行现场高压喷射灌浆试验，以确定其适用性

　　表2 高压喷射灌浆适宜地层

　　  

　　表3 高压喷射灌浆不适宜地层 

　　 

　　 

　　

　　注:在有地下水径流、永久冻土层和无填充物的岩溶地段不宜采取高压喷射灌浆

　　表3 高压喷射灌浆不适宜地层

　　5.2 材料耗用量

　　本工程高压喷射灌浆浆液采用水泥浆，由P·O42.5水泥，水灰比1∶1拌合而成。实际施工时未掺入膨润土、黏性土、粉煤灰、砂、速凝剂、减水剂等。

　　右岸止水桩桩长16.5m，施工主要是为进行生产性试验，确定适宜的施工参数。试桩阶段平均每天施工完成4副桩，最高施工强度为1台旋喷钻机每天施工完成10副桩。

　　5.3 施工工效

　　地质条件、设计桩长、设备型号、天气等外界条件会对工效造成不同程度的影响，其中前两项对施工工效影响最大。台风、暴雨等恶劣天气无法避免会降低施工的有效工作时间，日、周、月工效也随之降低。施工组织设计时需考虑极端天气对工效、施工进度的影响，并提出赶工应对措施。本工程设计桩长16.5m，施工一直处于调整浆压、风压等参数的试桩状态，暂时未能得到设计桩长、地质条件等因素对工效影响的经验。施工工效为:填土、松散～中密粉细砂、淤泥质粉质黏土夹粉砂、黏质粉土夹粉砂、粉细砂地层，纯工效为1.5h/副，日工效为4副/d，周工效为28副/周，月工效为66副/月，桩长16.5m，其中日、周、月工效为考虑外界影响的综合工效，每天工作时间为12h，每月工作时间按22d计，高峰施工强度为10副/d。

　　6 结语

　　以杭州富阳亚运场馆及北支江综合整治项目中围堰防渗工程为依托，对上游水闸、船闸工程中的围堰工程进行了高压喷射灌浆单桩试验，提出高压喷射灌浆在水利工程深层地基中的施工方法和施工工艺流程，并总结了相关施工经验，可得出以下结论。

　　1)从开挖揭露结果来看，高压喷射灌浆在表层耕植土中成桩较差，开挖段粉细砂层成桩桩径满足设计要求，但成桩断面不规则，桩体表面呈现针刺状。

　　2)浆液压力调整至34MPa，并按顺序孔进行施工。结果发现，顺序孔和二序孔施工对高压喷射灌浆外观并无明显影响，二序、顺序施工高压喷射灌浆桩体大小也无明显差异。

　　3)部分桩体深入至地面10.0m以下时，下部钻进困难，多次出现涌砂抱死钻杆，导致无法继续钻进。建议采用潜孔钻(英格索兰825型)进行引孔取钻，优化施工工艺进行试桩，风嘴由水平方向改为向下，呈八字形喷气，其余参数保持不变，试验发现能连续性成桩。