摘 要：大粒径卵砾石地层渗透系数较大，对于深基坑工程，若采用降水易造成水资源严重浪费，而该地层可适用止水做法又较少。本文以北京十一学校中堂实验学校工程实例为分析条件，通过现场试验，初步分析多管同步注浆在大粒径卵砾石地层中施工工艺参数、扩散半径及渗透系数等，并结合工程实例综合评定其应用的可行性，为类似地层条件下深基坑工程地下水控制设计及施工提供参考。
关键词：深基坑、卵砾石地层、现场试验、注浆止水
1引言
随着城市建设的发展，深基坑工程越来越多。深基坑工程设计及施工过程中，地下水是影响施工的主要因素之一，目前地下水控制方法主要为帷幕止水和降水。对于大粒径卵砾石地层，由于渗透系数及影响范围均较大，降水易造成严重的水资源浪费。
注浆止水施工设备简单，平面布置灵活，可有效降低工期和造价，但对于卵砾石地层深基坑工程，注浆止水应用案例较少，且缺乏注浆关键技术的系统研究与分析。
本文通过现场试验，确保和工程实例在地层岩性、施工工艺基本一致的条件下，初步分析多管同步注浆关键技术参数及其应用可行性，为类似地层条件下深基坑工程地下水控制设计及施工提供参考。
2工程概况
北京十一学校中堂实验学校位于北京市丰台区。建筑结构形式为框架剪力墙结构。基础形式为筏板基础。结构±0.00=51.10m，基坑开挖深度3.7m~15.37m。
基坑开挖深度范围内地层以大粒径卵石为主，具体分述如下：标高46.33m~49.52m以下为卵石、圆砾③层及细砂③1层；标高42.47m~43.12m以下为卵石④层；标高39.43m~39.77m以下为卵石⑤层；标高32.47m~32.95m以下为卵石⑥层；标高27.83m~28.05m以下为卵石⑦层。
工程场区自然地面以下32.00m深度范围内主要分布1层地下水，其类型为潜水，稳定水位埋深20.50~21.00m。潜水稳定水位标高29.89~30.32m。
3基坑支护及地下水控制方案
3.1基坑支护
本项目基坑支护主要采用“护坡桩+预应力锚杆支护体系”，护坡桩桩径0.8m，桩间距1.5m，桩长8.5~30.5m，桩间设2～3道预应力锚杆，基坑侧壁安全等级为一级。
3.2地下水控制
勘察报告显示，基坑开挖深度范围内涉及一层地下水，其类型为潜水。综合考虑水文地质条件及本项目结构设计条件，地下水处理主要采用多管同步深孔注浆止水帷幕结合疏干井的止排水系统加以控制。
4现场试验
4.1试验方案概述
在施工现场内，选取平面尺寸2m×2m的范围，四周布置8根钻孔灌注桩，灌注桩直径为0.8m，桩间距1.5m，桩长13.5m，桩间及外侧布置两排注浆孔，采用袖阀管多管同步深孔注浆工艺，钻孔长度12.5m，注浆至地面以下2.0m。内部采用双重管深孔注浆止水帷幕工艺进行封底，钻孔长度12.5m，注浆厚度为底部3m。
达到一定强度后，对选取的试验区域内进行土方开挖，主要采用人工开挖方式，深度至地面以下4.5m且进入卵、砾石透水层。向开挖的区域基坑进行注水，注水至地面以下2.5m，浸泡两天后开始观察水位下降速度，根据下降速度判断注浆止水效果。
4.2主要试验过程
工序主要为：围护桩施工、注浆孔施工、现场注浆、土方开挖、试坑注水。
4.2.1围护桩施工
采用旋挖机进行围护桩施工。根据围护桩施工情况，揭露地层情况与勘察报告相符，以卵石为主，夹杂粒径较大的漂石。
4.2.2注浆孔施工
本试验方案先施工围护桩内侧双重管注浆孔，共计24孔；后施工袖阀管注浆孔，共计27孔。
钻孔完毕后，将双重管或袖阀管放入钻管内，双重管通过套丝进行连接，袖阀管通过套管进行连接。
4.2.3现场注浆
（1）浆液配比
注浆材料主要为A液：水泥浆（P.O 42.5）、B液：水玻璃（硅酸钠）、C液：速凝剂（稀硫酸）。注浆时根据现场是否冒浆转换浆液，冒浆采用B液与C液，不冒浆选用A液与B液，配比均为1：1。经现场试验测定，B液与C液胶凝时间为7S～10S，A液与B液胶凝时间约为40S。
（2）注浆流量、压力控制
本次试验注浆压力为0.8～2.0MPa，注浆流量（单管）约为10L/min，主要通过注浆机自带流量计、压力计进行实时监测及控制。
（3）多管同步注浆
双重管：注浆设备采用双液注浆泵，连同拔管器、液压站进行后退式注浆。注浆时，每组3孔进行同步注浆，并根据地层孔隙情况，实时调整注浆压力及注浆流量。
袖阀管：首先根据引孔深度连接袖阀管，并将袖阀管下口用尖底封好；然后，将袖阀管下入孔中，并通过双液注浆泵、止浆系统进行注浆，袖阀管注浆亦为每组3孔同步进行。
4.2.4土方开挖
达到一定强度后，进行试验坑开挖。综合考虑场区地层条件及试验方案，试验坑采用人工开挖方式，开挖深度约4.5m且进入卵砾石地层。
4.2.5试坑注水
试验坑开挖完毕后，开始进行注水。首先浸泡基坑，以使得周边土体处于饱和状态，水位下降时及时补水，浸泡时间为2天，浸泡结束后保持基坑内水位标高-2.5m，开始观察水位下降情况，根据下降速度判断注浆帷幕渗透性。
5成果分析
5.1 t-Q曲线分析
试验范围内土体浸泡饱和后，开始进行水位降深观测，共计观测48h，水位降深约为74mm。可以得出，试验坑内水位平均降深速率为1.54mm/h，渗透水量为6.16L/h，且渗透水量与时间成线性比例关系，说明卵石地层采用多管同步深孔复合注浆日均渗透量较小，且比较稳定。
5.2 袖阀管注浆扩散半径分析
根据现场实测，双重管封底注浆总流量为95.85m3，考虑浆液在卵石地层中的扩散作用，双重管封底注浆整体扩散半径可按下式估算。
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（1）
式中：Q为双重管注浆总流量，95.85m3；
A为浆液损耗系数，取1.2；
H为封底注浆厚度，考虑浆液扩散作用，取4.0m；
n为孔隙率，按0.4考虑；
β为浆液充填系数，取0.8。
经计算分析，双重管封底注浆整体扩散半径约为4.45m。受双重管注浆扩散的影响，袖阀管下部约3.5m卵石层较为密实，注浆量较少（不予计取），考虑注浆体之间及注浆体与支护桩之间的搭接，袖阀管注浆满足设计要求扩散半径不小于0.5m的理论注浆量为3.378m3/组。
现场实测注浆量平均值大于理论注浆量。综合分析判断，本次试验袖阀管注浆扩散半径大于0.5m，满足设计要求。
5.3 渗透系数估算
根据达西定律，渗透系数计算公式为：
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（2）
式中，Q为渗透流量；
A为渗水断面面积；
i为水力坡降；
V为断面平均渗透速度。
根据t-Q曲线，本试验渗透水量为1.71cm3/s，平均渗透速度（取侧面）3.05×10-6cm/s，侧壁平均水力坡降为3.5m/1.38m=2.536。经计算，止水体系渗透系数约为1.2×10-6cm/s；考虑支护桩止水作用的影响，注浆体渗透系数约为5.2×10-6cm/s。
5.4工程实例渗透水量估算
本试验地层岩性、水头压力及支护桩、注浆孔布置条件等与工程实例基本一致。通过模型试验（侧壁渗透面积56㎡），现场实测渗透水量约为0.148m3/d，采用类比分析法，以试验实测结果为依据预估工程实例（侧壁渗透面积7185㎡）渗透水量约为18.98m3/d。
6、结论
通过大粒径卵砾石地层现场注浆试验，系统性研究了多管同步注浆施工工艺参数、注浆材料等关键技术指标，并结合现场试验效果及成果分析，得出如下主要结论：
（1）试验位于施工现场范围内，地层岩性、设计条件等与工程实例基本一致。经综合分析判断，袖阀管注浆扩散半径大于0.5m，满足设计要求，试验参数适用于工程实例场区内卵砾石地层作业。
（2）经现场测定及试验成果分析，大粒径卵石地层采用多管同步注浆后，止水体系渗透系数约为1.2×10-6cm/s，注浆体渗透系数约为5.2×10-6cm/s，故多管同步注浆可有效降低大粒径卵砾石地层渗透性。
（3）受地质条件、工人操作水平的限制，不同工程大粒径卵砾石地层多管同步注浆参数可能有所差异，但总体可减少抽排水量，节约水资源并降低工程造价，为类似地层条件下施工提供参考。
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