地下連續(xù)墻在泵站基坑防滲工程中的應(yīng)用與實(shí)踐

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1、工程概況、設(shè)計(jì)指標(biāo)、地質(zhì)條件

    1.1 工程概況     太浦河泵站位于江蘇省吳江市廟港鎮(zhèn)境內(nèi)，西距東太湖邊約2.0Km，是太湖流域綜合治理、改善水環(huán)境的大型工程之一。泵站站址北側(cè)為太浦河節(jié)制閘。泵站該泵站規(guī)模為大（1）型，等別Ⅰ級，主體結(jié)構(gòu)為I級建筑物。泵站建成后，將改善上海市在黃浦江取水口的水質(zhì)，設(shè)計(jì)供水流量300m³/S，擬安裝6臺直徑為4.10m、斜15⁰軸伸泵，單泵設(shè)計(jì)流量為50m³/S。泵站軸線距太浦閘軸線下游71.45m。     泵站主泵房上游依次設(shè)計(jì)為進(jìn)水池、攔污柵閘、交通橋，泵站下游為出水池。為了實(shí)現(xiàn)泵站及進(jìn)出水建筑物的施工，設(shè)計(jì)了上開口尺寸(長×寬)171.4m×165m，最大開挖深度17.5m(一般約14.5m)的大型基坑，基坑毗鄰太浦河和太浦閘，基坑距太浦河河岸較近，開挖邊線最近處只有22m。     為保證基坑開挖及結(jié)構(gòu)物施工期間的邊坡穩(wěn)定，保護(hù)太浦河節(jié)制閘等已有建筑物的安全，并有效截?cái)嗵趾雍铀畬ι罨拥膫?cè)向滲流影響，在泵房主基坑和太浦河之間設(shè)計(jì)布置了一道砼地下連續(xù)墻進(jìn)行防滲。     1.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)     太浦河泵站砼地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)長度為240m，墻體厚度為0.24m；設(shè)計(jì)墻體深度為19.70m（EL6.00m～EL-13.70m），砼設(shè)計(jì)標(biāo)號Ｃ20，水泥用量≮350kg/m³，整體滲透系數(shù)≯1×10^－7cm/s。該工程采用射水法成墻技術(shù)。     1.3 工程地質(zhì)條件     工程地質(zhì)條件：根據(jù)江蘇省工程勘測設(shè)計(jì)院提供的《太浦河泵站工程地質(zhì)水文地質(zhì)勘察報(bào)告》中I---I^/工程地質(zhì)剖面圖所示，地連墻施工區(qū)內(nèi)主要地層見表1：     表1 地下連續(xù)墻土層分類表 層號 土層分類 土層描述 標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù) 地基允許承載力(Kpa) ①₁ 重粉質(zhì)壤土 灰黃、灰褐色粉質(zhì)粘土，中粉質(zhì)壤土、雜碎磚石等，為人工堆土或耕作土 4   ②₂ 中粉質(zhì)壤土 灰黃、灰色淤泥質(zhì)中粉質(zhì)壤土，含泥炭層，軟塑到流塑狀 4 85 ②₃ 粉質(zhì)粘土 灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾少量粉土薄層，含有機(jī)質(zhì)，軟塑到流塑狀 1 60 ③₁ 粉質(zhì)粘土 褐黃、灰黃、深灰色粉質(zhì)粘土，含鐵錳質(zhì)結(jié)核，硬塑狀 12 255 ③₂ 粉質(zhì)粘土 黃色重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土，夾砂壤土薄層，局部互層 8 150 ③₃ 重砂壤土 黃色、黃灰色重砂壤土，夾少量重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土薄層，局部互層 13 120 ④₁ 重砂壤土 青灰色輕砂壤土，含云母片 26 120 ⑤ 粉質(zhì)粘土 灰色粉質(zhì)粘土，夾砂壤土薄層，含碎貝殼，局部互層 4 105 ⑤₁ 重粉質(zhì)壤土 灰色重粉質(zhì)砂壤土與粉質(zhì)粘土互層 9 110 ⑥ 粉質(zhì)粘土 棕黃、灰綠色粉質(zhì)粘土，含鐵錳質(zhì)結(jié)核，硬塑狀 21 300 依據(jù)設(shè)計(jì)要求，砼地連墻需穿過①₁、②₂、②₃、③₁、③₂、③₃、④₁、⑤等多層土層，并深入⑥層土深度⑥層土0.3～0.5m。⑥層土為硬塑狀粉質(zhì)粘土，中低壓縮性，土質(zhì)均勻，土層穩(wěn)定，是相對隔水層和地連墻的墻底持力層。     地下連續(xù)墻與基坑、太浦河河岸相對位置及地質(zhì)剖面情況見圖1。         2、射水法造墻技術(shù)原理及施工工藝     2.1 射水法造墻技術(shù)原理     射水法建造地下連續(xù)墻技術(shù)由福建省水電廳水利科學(xué)研究所于1982年開始研究，經(jīng)過多年的研制和生產(chǎn)性試驗(yàn)，在80年代中期生產(chǎn)出一代機(jī)、二代機(jī)、目前研制生產(chǎn)出三代機(jī)。研制生產(chǎn)的專利設(shè)備——射水法造墻機(jī)組（二代機(jī)組、三代機(jī)組）進(jìn)行砼地下連續(xù)墻的施工在我國江河湖泊的堤防工程中得到了廣泛的應(yīng)用。 該機(jī)組由在同一軌道上電動(dòng)行走的造孔機(jī)、砼澆筑機(jī)、砼拌和機(jī)（三代機(jī)配備反循環(huán)砂礫泵抽碴）組成，設(shè)備總功率約150～180KW。其工作原理是利用水泵及成型器中的射水噴嘴形成高速水流來切割破壞土層結(jié)構(gòu)，水土混合回流，泥砂溢出地面（正循環(huán)）或者用砂礫泵抽吸出槽孔（反循環(huán)），同時(shí)利用卷揚(yáng)機(jī)帶動(dòng)成型器上下往返運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步破壞土層并由成型器下沿刀具切割修整孔壁形成具有一定規(guī)格尺寸的槽孔；槽孔由一定濃度的泥漿固壁。溢出或抽吸出的與泥漿混合一起的土、砂、卵石等流入沉淀池，土、砂、卵石沉淀，泥漿水循環(huán)使用。槽孔成型后提起成型器，造孔機(jī)電動(dòng)行走到隔一槽孔位置繼續(xù)造孔，砼澆筑機(jī)就位，采用導(dǎo)管法水下砼澆筑建成砼單槽板或鋼筋砼單槽板，并在施工中采用平接技術(shù)建成地下砼連續(xù)墻。墻體厚度按設(shè)計(jì)要求在220～450mm之間調(diào)節(jié)。     2.2 射水法造墻施工工藝流程 射水法施工工藝流程圖

 

     

 

                             
    3、射水法造墻施工主要技術(shù)要點(diǎn)     射水法造墻技術(shù)上由造孔技術(shù)和水下砼澆筑技術(shù)兩部分組成，而導(dǎo)管法水下砼澆筑是成熟的一種施工工藝，因此，射水法造墻技術(shù)主要研究對象就是造孔。造孔的關(guān)鍵技術(shù)要素有四個(gè)——破土、固壁（保持孔壁穩(wěn)定）、出碴和槽孔的連接；四個(gè)要素相互關(guān)聯(lián)，相互制約。     3.1 破土     射水法，其名稱就是源自泥漿水射流破土（以三代機(jī)為例），三代機(jī)是由單排并列8個(gè)垂直向下的噴嘴作為射流破土結(jié)構(gòu)。它的破土能力、破土范圍取決于射流水壓力、噴嘴幾何形狀以及對槽孔底部距離，可根據(jù)土體強(qiáng)度確定水壓力。設(shè)備所配水泵的壓力不小于0.4Mpa。     3.2 固壁     施工過程中的孔壁穩(wěn)定是成孔的關(guān)鍵。首先是孔壁保護(hù)，破土后的絮流靠成型器箱形外殼導(dǎo)流，減小水流對孔壁的破壞，保護(hù)孔壁。水流流速對孔壁穩(wěn)定有影響，流速應(yīng)控制在小于0.2m/s。     泥漿固壁利用槽孔內(nèi)泥漿水位高于地下水位及泥漿水比重大于地下水比重形成槽孔內(nèi)對孔壁的壓力達(dá)到固壁作用，同時(shí)泥漿水向外滲流過程中在孔壁上形成泥漿網(wǎng)膜，增大松散地層的粘聚性，起到護(hù)壁作用。因此針對各種地層條件，在造孔過程中確定泥漿的性質(zhì)和質(zhì)量是至關(guān)重要的（根據(jù)地層條件用自成泥漿法固壁或提前制備優(yōu)質(zhì)泥漿固壁）。     3.3 出碴     第三代射水法造墻機(jī)組出碴是利用水泵及成型器中的射水噴嘴形成高速泥漿水流來切割破壞土層結(jié)構(gòu)，水土混合回流，泥砂溢出地面（正循環(huán)）或用砂礫泵抽吸出孔槽(反循環(huán))，溢出或抽吸出的與泥漿混合一起的土、砂、卵石等流入沉淀池沉淀，泥漿水循環(huán)利用。     3.4 單、雙號槽孔的連接     連續(xù)防滲墻重在“連續(xù)”二字，造孔過程中是由單個(gè)槽孔經(jīng)水下砼澆筑形成2m寬的砼單槽板，由多塊砼單槽板連接形成砼連續(xù)防滲墻，因此接縫的連接質(zhì)量是該技術(shù)的主要關(guān)鍵點(diǎn)，也就是連續(xù)墻整體防滲效果的關(guān)鍵，單槽板本身結(jié)構(gòu)不管是砼，塑性砼或其他材料均能達(dá)到某一抗?jié)B指標(biāo)，接縫的質(zhì)量才是關(guān)鍵，這也是其它任何一種連續(xù)墻施工工藝所共同存在的技術(shù)問題。射水法造墻技術(shù)采用的是平接技術(shù)——也就是在同一軸線端側(cè)面實(shí)現(xiàn)平面對接，射水法是在整體放樣后先施工1、3、5號單序孔，在單序孔的砼槽板初凝后(一般>24h)預(yù)先設(shè)定的尺寸，準(zhǔn)確的位置建造雙序號槽孔。即在建造Ⅱ序槽孔時(shí)，利用成型器側(cè)向噴嘴射流，將已澆筑好的Ⅰ序槽板端壁泥皮沖刷清除干凈，然后澆筑Ⅱ序槽孔砼使之與Ⅰ序槽板形成連續(xù)的砼墻體，如此同時(shí)成型器的側(cè)向噴嘴的射流沖刷可以使得Ⅱ序槽孔砼對已澆Ⅰ序槽板端部形成裹頭，從而建成一道密閉完整的砼地下連續(xù)墻。      
Ⅰ序、Ⅱ序槽孔接頭端裹頭示意圖     其中，建造II序孔時(shí)成型器兩側(cè)水平布置的各3個(gè)扇形噴嘴打開后，噴嘴與相鄰被沖刷的砼面距離只有8cm，靠得很近，射水壓力能達(dá)到0.3Mpa，造孔的工作方式是20～30次/min反復(fù)上、下沖切運(yùn)動(dòng)中逐漸進(jìn)深，運(yùn)動(dòng)幅度在50cm左右，可以在造孔過程中反復(fù)沖洗端面，從而有效保證了接頭處的沖刷質(zhì)量。     4、施工工藝改進(jìn)及質(zhì)量檢驗(yàn)     4.1 施工工藝改進(jìn)     根據(jù)射水法施工設(shè)備的技術(shù)特性，將地連墻（長240米）劃分為119個(gè)槽段，單槽長度在2.01m～2.04m之間調(diào)整。工程從2000年12月24日開始成槽施工試驗(yàn)，到2001年3月12日施工結(jié)束。     先前機(jī)械設(shè)備采用第二代射水造墻機(jī)，由于③₁土層的粘粒含量高，就是更換三代機(jī)機(jī)后依然需6～8h才穿過該層，出現(xiàn)了擴(kuò)孔、塌孔等較多質(zhì)量問題。在施工過程中，針對該地質(zhì)條件，在成孔器的底部兩側(cè)加焊鐵抓，勾切土體；側(cè)向開孔口，使進(jìn)入成孔器的土體及時(shí)從開孔中排出，利用反循環(huán)泵抽出；還采取了超前預(yù)鉆孔破壞地層、采用高壓柱塞泵設(shè)備（加工配套管路）射水先行破壞硬塑狀地層等多種方法進(jìn)行了摸索試驗(yàn)，得出了有益的施工經(jīng)驗(yàn)——改進(jìn)施工機(jī)具，特別是對成型器進(jìn)行的多次大膽改造，以及根據(jù)進(jìn)尺快慢及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，最終取得了提高工效、降低成本并保證施工質(zhì)量。同時(shí)，對在軟塑到流塑狀地層中如何保證擴(kuò)孔率也摸索出了有效經(jīng)驗(yàn)。 表2 設(shè)計(jì)及施工參數(shù)對照表 參數(shù)名稱 設(shè)計(jì)參數(shù) 實(shí)際施工參數(shù) 射水壓力 0.4Mpa 0.4Mpa 循環(huán)泥漿比重(g/cm³) 1.12～1.25 1.13～1.15 砼坍落度(cm) 18～22 18.5～20 砼擴(kuò)散度(cm) 34～40 37～41 砼強(qiáng)度指標(biāo) C20 29Mpa(28d) 砼配合比 水泥：砂：碎石＝1:2.02:2.90，水灰比W/C=0.48, AF-2型復(fù)合減水劑摻量為0.7%       施工槽孔孔壁穩(wěn)定，槽段垂直度控制較好，孔斜率均小于0.4%；I、II期槽孔的接頭套接位置正確，有效墻厚一般大于24cm，且接頭端最小厚度達(dá)到了“大于22cm”的技術(shù)指標(biāo)要求，墻段連接質(zhì)量良好，形成了防滲整體，最終達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的工程目的。     4.2 質(zhì)量檢驗(yàn)     對射水成墻的墻段，按工程師批復(fù)的檢測方案布置了超聲波檢測管（共布置6個(gè)槽段），平均每40m長度內(nèi)布設(shè)一對聲測管，通過超聲波檢測曲線來分析墻體混凝土密實(shí)度等質(zhì)量指標(biāo)。對于成墻質(zhì)量，還采用了開挖直觀檢查法來確定施工質(zhì)量。     在射水法施工形成一部分墻體后，于2001年2月22日對093^#～095^# 3個(gè)槽段2道接縫、107^#～110^# 4個(gè)槽段3道接縫進(jìn)行了開挖檢查，證明墻段接縫的施工質(zhì)量良好，經(jīng)測量監(jiān)理對已開挖墻段的軸線位置、墻頂高程進(jìn)行的校測，證明各項(xiàng)指標(biāo)都滿足了設(shè)計(jì)要求。     對射水墻體，按檢測方案在6個(gè)槽段的砼中埋設(shè)有了超聲波檢測管，經(jīng)上?？睖y設(shè)計(jì)院科研所進(jìn)行了超聲波檢測，射水墻體之間搭接緊密，評價(jià)墻體混凝土密實(shí)度等質(zhì)檢指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。按工程師指定位置鉆取了水泥加固土芯樣，送指定試驗(yàn)機(jī)構(gòu)做強(qiáng)度指標(biāo)檢驗(yàn)，上述質(zhì)量檢查結(jié)果均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。     在泵站基坑開挖的過程中，在地連墻的兩側(cè)設(shè)置兩組水位觀測管，以觀測地下防滲連續(xù)墻的防滲效果，在基坑開挖、軟基地基處理及建筑物施工階段，兩組的水位觀測管的水位差值5.0m附近變化，說明地下連續(xù)墻的防滲效果是相當(dāng)好的，達(dá)到了截?cái)嗵趾铀c基坑地下水的目的。     5、施工中的注意事項(xiàng)     1)要保證射水法成墻的垂直度和接縫質(zhì)量，對造孔機(jī)械設(shè)備的就位精度與水平調(diào)整必須嚴(yán)格復(fù)核控制。     2)應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)條件，調(diào)整合適的水泵壓力以保證噴嘴出口壓力符合設(shè)計(jì)要求。     3)射水法造墻采用泥漿固壁法，槽孔孔壁的穩(wěn)定是關(guān)鍵，因此，必須根據(jù)地層地質(zhì)條件調(diào)整泥漿并嚴(yán)格保證槽孔內(nèi)泥漿水位。     4)造槽過程中必須經(jīng)常性檢查機(jī)架垂直度。     5)應(yīng)針對不同的地層條件，對造槽起主要控制作用的成型器等部件進(jìn)行探索改進(jìn)，不能拘泥于設(shè)備原配裝的結(jié)構(gòu)型式，從主、客觀方面作出努力，以便提高成槽進(jìn)度、提高工效。     6)射水造墻一般劃分成雙序槽孔，采用跳槽法施工——先施工I序槽孔，24～72小時(shí)之內(nèi)必須安排設(shè)備返回施工II序槽孔，保證墻體有序連接及接縫質(zhì)量。     7)射水法造墻采用的是泥漿固壁法，隨著漿液濃度變大，需逐漸棄漿，因此施工所產(chǎn)生的廢漿量較大（一般約為成槽實(shí)方量的５倍），在正式施工前必須安排好廢漿排放處理——場地條件允許時(shí)可引至施工區(qū)域之外排放；工程環(huán)境不允許污染且場地條件受限時(shí)，必須準(zhǔn)備排污罐車及時(shí)予以運(yùn)棄。     6、結(jié)語     太浦河泵站砼地下連續(xù)墻采用射水法造墻，該墻有效截?cái)嗔颂趾铀畬Ρ谜旧罨訁^(qū)域的側(cè)向滲流，保證了泵站工程的基礎(chǔ)處理、主體結(jié)構(gòu)施工期未受太浦河側(cè)向滲流的影響，保證了施工期深基坑邊坡的穩(wěn)定；觀測資料也證明，太浦河節(jié)制閘在施工期內(nèi)未出現(xiàn)異常沉降變形，保證了太浦閘的安全，從而充分驗(yàn)證了地下連續(xù)墻的防滲效果。     射水法成墻，成型的槽孔孔壁穩(wěn)定，澆筑的砼(鋼筋砼)墻面平整，可按照設(shè)計(jì)要求構(gòu)筑0.22～0.45m厚、深達(dá)30m，垂直偏差小于1/300的地下連續(xù)墻。墻體的接縫處理有獨(dú)到之處，能夠保證接縫的質(zhì)量，整體防滲性能好。造墻的工效高，工程造價(jià)低，經(jīng)濟(jì)效益顯著。