薄壁塑性混凝土截滲墻結(jié)合深井降水在粉砂土層的應(yīng)用

華建飛 宮寶軍

（浙江省第一水電建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 杭州 310051）

水利工程所處地質(zhì)條件相對(duì)較為復(fù)雜，深基坑開挖往往需解決降水問題。粉砂土層含水層滲透系數(shù)較大，當(dāng)基坑開挖深度較大，所處位置地下水與附近河道水力聯(lián)系密切時(shí)，單單靠布置降水井很難達(dá)到有效降低地下水的目的。

1 工程概況

渦河蒙城樞紐建設(shè)工程節(jié)制閘及船閘所處地層為粉砂土層，根據(jù)水文地質(zhì)資料，地下水豐富，含水層滲透系數(shù)大，基坑開挖深度大（開挖深度18m）。

工程區(qū)地下水分為孔隙潛水和孔隙承壓水。根據(jù)地下水的賦存、運(yùn)移和排泄特點(diǎn)，潛水主要賦存在淺層粉質(zhì)壤土、砂壤土層中，其富水程度受土性變化而有所區(qū)別，主要接受大氣降水和地表水補(bǔ)給，受渦河水位影響，與渦河水力聯(lián)系密切。弱承壓水主要賦存在相對(duì)隔水層下部砂壤土、粉細(xì)砂等砂性土層中，主要受淮北平原遠(yuǎn)處地下水及渦河水的補(bǔ)給。

2 工藝原理

薄壁塑性混凝土截滲墻深基坑降水施工技術(shù)核心是薄壁塑性混凝土截滲墻與深井降水的有機(jī)結(jié)合。薄壁塑性混凝土截滲墻沿預(yù)開挖基坑外周設(shè)置，底部伸入不透水層，有效阻斷了基坑內(nèi)外水力聯(lián)系。截滲墻采用液壓成槽機(jī)成槽，塑性混凝土澆筑，截滲墻厚度40cm，混凝土強(qiáng)度3MPa，低彈模，墻段銜接采用接頭管法，使截滲墻形成四周封閉隔水帷幕。與此同時(shí)，截滲墻內(nèi)基坑降水采用管井降水，管井井管選用混凝土管，混凝土管內(nèi)徑400mm，壁厚40mm，鉆孔直徑900mm，其中濾管段采用無砂混凝土管，管內(nèi)徑40cm，管外周圍設(shè)置反濾料，管井深度28m，井內(nèi)放置潛水泵。根據(jù)截滲墻圍封基坑尺寸、地下土層滲透系數(shù)、地下水位降深、降水管井內(nèi)徑等參數(shù)計(jì)算出基坑涌水量、需布置管井?dāng)?shù)量及潛水泵功率。為監(jiān)測(cè)塑性混凝土截滲墻隔水效果及圍堰內(nèi)深井降水效果，在截滲墻內(nèi)外對(duì)應(yīng)設(shè)置測(cè)壓管，同時(shí)通過對(duì)截滲墻內(nèi)外測(cè)壓管內(nèi)水位差觀測(cè)，及時(shí)調(diào)整降水速率，確?；觾?nèi)作業(yè)安全。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 薄壁塑性混凝土截滲墻施工

（1）構(gòu)筑導(dǎo)墻

采用全站儀放出截滲墻軸線，采用小型挖掘機(jī)挖出導(dǎo)向槽，人工清理平整。再次放出導(dǎo)墻位置，綁扎鋼筋、支設(shè)模板、澆筑C15 混凝土。

（2）槽段劃分及抓斗成槽

根據(jù)工程地質(zhì)情況，抓斗斗體開距，澆筑導(dǎo)管布置要求等因素，槽孔長(zhǎng)度為：一期槽孔開槽長(zhǎng)度6.4m，兩頭設(shè)置接頭管，澆筑長(zhǎng)度為5.6m；二期槽孔開槽長(zhǎng)度6.4m，澆筑長(zhǎng)度為6.4m。采用“三抓成槽”施工工藝，成槽過程中采用膨潤(rùn)土泥漿護(hù)壁，新制泥漿的密度控制在1.03～1.08g/cm3，粘度35～55s。

（3）清孔驗(yàn)收

清孔換漿采用氣舉法將槽孔內(nèi)淤積與大顆粒沉渣清除，直至滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

清孔結(jié)束后1h，清孔標(biāo)準(zhǔn)為：

①孔底淤積厚度不大于10cm。

②孔內(nèi)泥漿的密度不大于1.15g/cm3，粘度32～50s，含砂量不大于4%。

③二期槽孔清孔結(jié)束前，用專用鋼絲刷洗刷槽孔兩端接頭孔的泥皮和地層殘留物，以刷子鉆頭上不帶泥屑，孔底淤積不再增加為合格標(biāo)準(zhǔn)。

（4）下設(shè)接頭管

墻段連接采用“接頭管法”，接頭管采用外徑40cm 的圓柱形鐵管。一期槽孔清孔結(jié)束后，采用50T 汽車吊在槽孔兩端下設(shè)接頭管，并進(jìn)行孔口固定?；炷翝仓^程中，根據(jù)槽內(nèi)混凝土初凝情況逐漸起拔接頭管，在一期槽孔端頭形成接頭孔。二期槽孔澆筑混凝土?xí)r，接頭孔靠近一期槽孔的側(cè)壁形成圓弧形接頭，墻段形成有效連接。

（5）塑性混凝土澆筑

混凝土澆筑采用泥漿下直升導(dǎo)管法，導(dǎo)管內(nèi)徑為200mm。導(dǎo)管下設(shè)嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行，同一槽段兩套導(dǎo)管間距≤3.5m，一期槽段的導(dǎo)管距接頭管為1.0～1.5m，二期槽段的導(dǎo)管距孔端≤1.5m，導(dǎo)管底口距槽底控制在15～25cm 范圍內(nèi)。

開澆前，導(dǎo)管內(nèi)放入直徑適當(dāng)?shù)母綦x球，準(zhǔn)備足夠的混凝土，以保證開澆后混凝土埋住澆筑導(dǎo)管底口。開澆后保證混凝土的連續(xù)供應(yīng)，槽孔混凝土面上升速度不得低于2m/h。

澆筑時(shí)要控制導(dǎo)管埋入混凝土的深度為1.0～6.0m。槽孔混凝土面高差不大于0.5m，終澆高程按超過設(shè)計(jì)墻頂高程0.5m 控制。澆筑過程中，按每半小時(shí)測(cè)量一次槽內(nèi)混凝土面深度，填寫澆筑記錄和繪制澆筑指示圖，核對(duì)澆筑方量，指導(dǎo)拆卸導(dǎo)管。

3.2 深井降水施工

（1）鉆機(jī)就位及成孔

根據(jù)降水設(shè)計(jì)方案，對(duì)管井位置放樣，并按順序做好編號(hào)。根據(jù)地下土層特征，選用SQZJ-130正循環(huán)鉆機(jī)鉆鑿，鉆孔到設(shè)計(jì)深度后，要清孔換漿，把泥漿調(diào)整到1.05g/cm3左右，鉆孔直徑900mm，并做好鉆孔過程記錄。

（2）吊放井管

采用托盤鋼絲繩下管法下井管，井管與井管之間接口用300mm 寬的土工布封口并用12#鐵絲捆扎，以保證井管接口封閉，濾料不會(huì)從接口進(jìn)入井內(nèi)。井管外用4～5cm 寬的毛竹片和鐵絲捆扎連接，做好沉管記錄資料。

（3）回填濾料、封口

井管下好后，濾管段外圍立即回填濾料，上部采用粘土球進(jìn)行回填封口。

（4）放泵洗井

濾料回填后，立即放置潛水泵并抽水反復(fù)洗井，直至井水清洗達(dá)到規(guī)范要求為止。洗井時(shí)若出現(xiàn)井水中含有濾料，應(yīng)停止洗井，檢查原因，進(jìn)行處理，必要時(shí)要報(bào)廢掉，并按封井要求進(jìn)行封井，然后再必要時(shí)補(bǔ)井。

（5）單井抽水試驗(yàn)

深井洗井合格后，進(jìn)行單井抽水試驗(yàn)，檢查單井出水能力是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，及單井抽水影響范圍如何。

（6）群井降水運(yùn)行

在截滲墻外側(cè)布置排水溝，每個(gè)單井抽水直接排入外圍主排水溝中。在相鄰單井中間和基坑內(nèi)布置若干口直徑為75mm 的PVC 管觀測(cè)井，及時(shí)觀測(cè)水位降深情況。安排專人每天對(duì)降水系統(tǒng)進(jìn)行檢查，主要檢查出水含砂量、水泵運(yùn)行狀況、管線狀況等，尤其水井出水含砂量應(yīng)按要求嚴(yán)格控制。

（7）降水完畢設(shè)備拆除、封井

基坑降水完成后，應(yīng)立即拆除降水系統(tǒng)，并對(duì)所有降水井、觀測(cè)井進(jìn)行封填，封井要盡可能恢復(fù)到地層的原始狀態(tài)。先投中粗砂，后細(xì)砂，至含水層頂部。上部濾料連同井管一并拆除，再用粘土分層回填、分層夯實(shí)，直至地面。

4 材料與設(shè)備

4.1 制漿材料

選用鈉基膨潤(rùn)土制備護(hù)壁泥漿，膨潤(rùn)土具有造漿率高、粘度大、比重小、固壁效果好等優(yōu)點(diǎn)。新制泥漿的密度不大于1.07g/cm3，馬氏漏斗粘度18～30s。

4.2 截滲墻墻身材料

截滲墻采用塑性混凝土，混凝土強(qiáng)度3.0MPa，彈性模量300～1000MPa，水泥采用32.5R 等級(jí)復(fù)合硅酸鹽水泥，砂采用河砂，碎石采用一級(jí)配，粉煤灰選用二級(jí)粉煤灰。

4.3 深井降水材料

井管選用混凝土管，濾管段選用無砂混凝土管，濾管周圍包裹80 目錦綸濾網(wǎng)，用30～50mm 寬毛竹片導(dǎo)向和12#鉛絲纏繞，濾料選用中粗砂。

5 質(zhì)量控制

5.1 薄壁塑性混凝土截滲墻質(zhì)量控制

5.1.1 造孔質(zhì)量控制

造孔檢查內(nèi)容包括槽段的位置、輪廓尺寸、孔斜率和孔深等，其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 造孔檢查內(nèi)容及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)表

5.1.2 清孔質(zhì)量控制

清孔階段應(yīng)當(dāng)檢查孔底淤積厚度、孔內(nèi)泥漿質(zhì)量，二期槽孔還應(yīng)檢查接縫面泥皮刷洗情況。各檢查項(xiàng)目質(zhì)量要求見表2。

表2 清孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)表

5.1.3 截滲墻墻體材料

混凝土墻體材料，入孔坍落度應(yīng)為18～22cm，擴(kuò)散度應(yīng)為34～40cm，坍落度保持15cm 以上的時(shí)間應(yīng)不小于lh；初凝時(shí)間應(yīng)不小于6h，終凝時(shí)間不宜大于24h。

塑性混凝土的水泥用量不少于80kg/m3，膨潤(rùn)土用量不宜少于80kg/m3，膠凝材料總量不宜少于240kg/m3，混凝土密度不小于2100kg/m3。

5.1.4 混凝土澆筑質(zhì)量控制

（1）導(dǎo)管埋入混凝土的深度不得小于1m，不宜大于6m。

（2）混凝土面上升速度不應(yīng)小于2m/h。

（3）混凝土面應(yīng)均勻上升，各處高差應(yīng)控制在0.5m 以內(nèi)。

（4）每隔30min 至少測(cè)量一次槽孔內(nèi)混凝土面深度，每隔2h 至少測(cè)量一次導(dǎo)管內(nèi)混凝土面深度，并及時(shí)填繪混凝土澆筑指示圖，以便核對(duì)澆筑方量。

（5）槽孔口應(yīng)設(shè)置蓋板，避免混凝土散落槽孔內(nèi)。

（6）不符合質(zhì)量要求的混凝土嚴(yán)禁澆入槽孔內(nèi)。

（7）應(yīng)防止入管的混凝土將空氣壓入導(dǎo)管內(nèi)。

5.2 深井降水質(zhì)量控制

（1）管井成孔直徑要與井管直徑相匹配，確保濾管外圍的過濾層厚度。

（2）井點(diǎn)成孔后應(yīng)及時(shí)下井管，井管安放應(yīng)力求垂直并位于井孔中間，井管頂部應(yīng)比自然地面高O.5m。

（3）濾管在井孔中位置偏移不得大于濾管壁厚。

（4）井管與土壁之間填充的濾料應(yīng)一次完成，上部采用不含砂石的粘土封口。

（5）每臺(tái)水泵應(yīng)配置一個(gè)控制開關(guān)，主電源線路要沿深井排水管路設(shè)置。

（6）基坑周圍井點(diǎn)應(yīng)對(duì)稱、同時(shí)抽水，使水位差控制在要求限度內(nèi)。

6 結(jié)語

本工程薄壁塑性混凝土截滲墻深度達(dá)30m，截滲墻內(nèi)布置深度28m 的降水深井。傳統(tǒng)地下截滲采用高壓旋（擺）噴墻較多，而當(dāng)?shù)叵峦翆臃謱虞^多時(shí)，針對(duì)不同的土層旋（擺）噴墻的均勻性較差，地下水位落差較大時(shí)，易發(fā)生破壞，墻體可靠性不高，而采用塑性混凝土截滲墻深基坑降水施工技術(shù)，截滲墻底部伸入不透水層，阻斷了基坑內(nèi)外水力聯(lián)系，防滲效率高，截滲效果好，可靠性高。同時(shí)在降水深井降排水作用下，安全有效降低了基坑內(nèi)地下水位，確保了工程施工進(jìn)度，降低了施工成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。經(jīng)造價(jià)分析計(jì)算，采用傳統(tǒng)高壓旋（擺）噴墻造價(jià)約3200 萬元，而采用塑性混凝土截滲墻造價(jià)約2600 萬元，節(jié)約投資約600 萬元。該施工技術(shù)適用于地下水較豐富且基坑開挖深度較大的工程，尤其對(duì)地下水水力聯(lián)系密切的工程更為適用■