地下連續(xù)墻在南水北調(diào)泗陽泵站基坑防滲工程中的應(yīng)用

徐 進 張前進 蔣 雯 杜 亮 王 亮

（江蘇省泗陽閘站管理所，江蘇 宿遷 223700）

1 工程概況

新建泗陽泵站為南水北調(diào)東線第四梯級站，工程等別為I等，泵站規(guī)模為大（1）型，是集調(diào)水、防洪、排澇、發(fā)電功能為一體的控制性工程，其主泵房位于原泗陽一站下游引河約340 m處的河道上，泵站選用3100ZLQ33-6.3立式全調(diào)節(jié)軸流泵6臺套，總裝機流量198 m3/s；根據(jù)地質(zhì)勘探和工程初步設(shè)計，泵站采用堤身式塊基型結(jié)構(gòu)，肘形進水流道，虹吸式出水流道，真空破壞閥斷流。泵站基坑設(shè)計開挖深度19.7 m，上開口尺寸長180.3 m，寬182.5 m。

考慮到泵站建設(shè)期間原泗陽一站仍將繼續(xù)運行，故在新建站址的上游處開挖一條進水流量100 m3/s的導(dǎo)流河，以供調(diào)水之需。為保證基坑開挖期間的邊坡穩(wěn)定，保護原泗陽一站建筑物的安全，并有效截斷導(dǎo)流河河水對深基坑的側(cè)向滲流影響，在主泵房基坑和導(dǎo)流河之間設(shè)計布置了一道混凝土地連墻進行截水防滲。

2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)南水北調(diào)東線第一期工程泗陽泵站樞紐工程巖土工程勘察報告，站址處地基為土基，在鉆探深度內(nèi)，共計13層，站身坐落在⑦層土上，而在基坑范圍內(nèi)③、⑤層為軟弱粘性土，可能存在邊坡整體穩(wěn)定問題；②、④、⑥層為少粘性土，可能存在滲透穩(wěn)定問題，主要土性參數(shù)見表1。因此，應(yīng)對泵站基坑采取妥善的擋土支護和截水防滲措施。

表1 主要土性參數(shù)

3 防滲地連墻設(shè)計方案

本工程混凝土地連墻布置于泵站機組中心線上游樁號0+21.74處，設(shè)計墻厚22 cm，墻頂高程6.70～1.87 m（立面為槽型），墻底高程為-6.0 m，地連墻軸線長度為86.46 m，截滲面積約801 m2，混凝土強度等級為C20，水泥用量不少于350 kg/m3，平均滲透系數(shù)3.0×10-3cm/s，影響半徑150 m。

4 射水法造墻工作原理及施工流程

4.1 射水法造墻工作原理

本工程選用CSF-40型射水造墻機成墻，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)），同時利用卷揚機帶動成型器上下往返運動進一步破壞土層，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，槽孔內(nèi)的土、砂、卵石等通過砂礫泵軸吸出（反循環(huán)），并經(jīng)沉淀池沉淀后，利用一定濃度的泥漿固壁（泥漿可循環(huán)使用）。槽孔成型后提起成型器，造孔機電動行走到隔一槽孔位置繼續(xù)造孔。

4.2 地連墻施工流程

地連墻施工工藝流程為：基坑排水→開挖（EL7.20 m）地連墻施工平臺→在施工平臺修建導(dǎo)向槽→鋪設(shè)軌道→射水造墻機組就位→地連墻施工槽段劃分→Ⅰ序槽孔成槽及混凝土澆筑→移機下一序槽孔施工→返回Ⅱ序槽孔施工→依序循環(huán)連續(xù)建造地連墻。

5 地連墻槽段劃分及技術(shù)參數(shù)

泗陽站地連墻從南向北共分33槽（0-43.13～0+43.33），Ⅰ序槽孔共17槽，單槽長度為2.6 m，Ⅱ序槽孔共16槽，槽孔除30#、32#槽孔長度為2.65 m外，其余槽孔長度均為2.64 m，防滲墻采用跳槽施工，泥漿密度1.1～1.3 g/cm2，粘度 20～26 s，含砂量不大于5%。

6 射水法造墻施工主要技術(shù)要點

射水法造墻施工主要技術(shù)有5大要點：破土、造漿、出渣、槽孔連接和泥漿下混凝土澆筑。

（1）破土。利用通過正循環(huán)泵抽吸泥漿池內(nèi)的泥漿經(jīng)正循環(huán)管至成型器底部噴咀射出而產(chǎn)生的泥漿射流作用以及主卷揚機提落成型器產(chǎn)生的重力沖擊作用，聯(lián)合沖切，破碎地層。本工程根據(jù)地質(zhì)條件及土體強度，噴咀出口壓力調(diào)整在0.4 MPa以上。

（2）造漿。射水法造墻采用的是泥漿固壁法，槽孔孔壁的穩(wěn)定是關(guān)鍵，因此，制備優(yōu)質(zhì)的泥漿和控制射水的流速十分重要。本工程利用成型器自身的往復(fù)運動自行造漿，即：在槽口直接往槽內(nèi)加入泥漿密度不大于 1.3 g/cm2、粘度 26 s、含砂量不大于6%的粘土進行固壁，同時，將射水流速控制在0.2 m/s以內(nèi)。

（3）出渣。CSF-40型射水造墻機出渣是利用成型器底口呈倒三角形聚渣原理，將攜帶粗顆粒的渣漿或濃度較大的渣漿經(jīng)反循環(huán)管、砂石泵抽排至排渣池；攜帶細顆粒的渣漿或濃度較小的渣漿可從槽口隨泥漿溢出，砂粒沉積在泥漿溝內(nèi)，由人工清至排渣池；溢出或抽出的泥漿經(jīng)沉淀后流回泥漿池重復(fù)利用。

（4）槽孔連接。連續(xù)防滲墻重在“連續(xù)”，本工程針對地層地質(zhì)特點，根據(jù)試驗段的試驗成果確定適宜的施工預(yù)留縫寬值（粘性土地層一般為2.0～2.5 cm，對于砂性土地層一般為4.0～8.0 cm），并采用跳槽法施工，即在整體放樣后先施工單序孔，在單序孔的混凝土槽板初凝后（大于24 h）返回雙序孔施工，亦即在建造Ⅰ序槽孔時，利用成型器側(cè)向噴咀射流將已澆筑好的Ⅰ序槽板端壁泥皮沖刷清理干凈，然后澆筑Ⅱ序槽孔混凝土，使之與Ⅰ序槽板形成連續(xù)的混凝土墻體，與此同時，成型器側(cè)向噴咀的射流沖刷可以使Ⅱ序槽孔混凝土對Ⅰ序槽板端部形成裹頭，從而建成一道密閉完整的混凝土地下連續(xù)墻。

在對墻體接縫處理過程中，除在成型器肩部（高1.2 m）對稱安裝一副鋼絲刷進行接縫刷洗外，還針對本地層中粘粒含量較高的特點，把關(guān)接縫刷洗，保證接頭處沖刷質(zhì)量。

（5）泥漿下混凝土澆筑。本工程混凝土澆筑前先在地面拼裝4～5節(jié)導(dǎo)管，然后采用吊機直接吊入槽中混凝土導(dǎo)管口再將導(dǎo)管連接起來的方法進行混凝土澆筑。在澆筑過程中，要嚴控拔管速率，保持混凝土面均勻上升（嚴防拔空造成淤泥夾層事故），上升速度一般以3～5 m/h為宜（高差控制在0.5 m以內(nèi)），并連續(xù)上升至設(shè)計高程。

7 施工中質(zhì)量控制及質(zhì)量檢查

7.1 質(zhì)量控制

（1）要保證射水法成墻的垂直度和接縫質(zhì)量，對造孔機械設(shè)備的就位精度與水平調(diào)整必須嚴格復(fù)核控制。

（2）根據(jù)不同的地質(zhì)條件，調(diào)整合適的水泵壓力，以保證噴咀出口壓力符合設(shè)計要求。

（3）固壁過程中，必須依據(jù)地層地質(zhì)條件調(diào)整泥漿，并嚴格保證槽孔內(nèi)泥漿水位，同時，隨著漿液濃度的變大應(yīng)逐漸棄漿。

（4）采用跳槽法施工時，應(yīng)先施工Ⅰ序槽孔，24～72 h之內(nèi)必須安排設(shè)備返回施工Ⅱ序槽孔，以保證墻體有序連接及接縫質(zhì)量。

（5）在混凝土澆筑過程中，應(yīng)及時做好現(xiàn)場坍落度試驗，要求混凝土入孔時坍落度在18～22 cm范圍內(nèi)，并做好混凝土試塊抗壓、抗?jié)B及彈性模量的試驗工作。

（6）按照設(shè)計要求，控制混凝土配合比（水泥∶砂∶碎石=1∶2.04∶2.92）、水灰比（w/c=0.48）和AF-2型復(fù)合減水劑（0.7%），確保混凝土強度達到C20指標。

（7）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行探索改造，以便提高成槽進度，提高工效。

7.2 質(zhì)量檢查

（1）機口、槽口取樣。澆筑前按圖紙要求完成混凝土室內(nèi)配比試驗，試驗內(nèi)容包括坍落度試驗和試塊檢測試驗。澆筑過程中，試驗員在出機口或槽口隨機進行取樣，并檢測其溫度、強度以及設(shè)計中的檢測項目。

（2）檢查方法。射水法成墻厚度較簿，一般采用防滲墻成墻28 d后在事先預(yù)埋的超聲波檢測管中進行超聲波檢測，或采用直觀開挖法進行觀察（本工程采用直觀開挖法）。

8 地連墻施工中遇到的串漿問題及對策

8.1 串漿問題

本工程在地連墻31#槽段施工至-3.23 m高程時，發(fā)現(xiàn)位于泵站北側(cè)底板范圍以外的31#槽板與鄰近的1#降水井出現(xiàn)渾水且距離約15 m處的集水井內(nèi)出現(xiàn)泥漿現(xiàn)象，現(xiàn)場人員立即停止施工，并采取停抽1#降水井和在集水井周邊填筑土埂抬高集水井水位等措施進行臨時處理。

8.2 串漿分析

經(jīng)過參建技術(shù)人員和特邀專家現(xiàn)場勘驗分析，認為地連墻施工平臺（槽孔水位）與降水井內(nèi)水位相對應(yīng)的水頭差較大（10 m左右），位置距離降水井最近（23 m左右），地連墻槽孔底部高程已擊穿⑨層粉細砂層，導(dǎo)致槽孔內(nèi)泥漿中的土體細顆粒通過⑨層土流失。

8.3 解決對策

8.3.1 串漿過程中應(yīng)急處理

（1）停止1#降水井抽水，抬高地下水位，降低水頭差。

（2）在北岸2.3 m高程集水井周邊修筑土埂，防止泥漿串流，并抬高水位降低水頭差，防止?jié)B漏通道擴大。

（3）在31#槽段內(nèi)泥漿中加鋸沫，對滲漏通道進行堵漏處理。

8.3.2 解決串漿問題的處理措施

（1）對已施工至-3.23 m高程的31#槽段進行封堵。為避免⑨層土31#槽段處滲漏通道在水頭差作用下繼續(xù)擴大和保證已施工31#槽段孔壁穩(wěn)定，擬對31#槽段采用⑥、⑦層土進行全面回填。

（2）對北岸2.3 m高程集水井進行下疏上堵。為保證 28#、30#、31#～33#槽段施工時避免⑨層土在水頭差的作用下再次發(fā)生串漿，擬對北岸2.3 m高程集水井進行下疏上堵。施工時按抽水—清淤—回填土的順序進行，清淤時最深清除至⑨層土頂板位置處即可?；靥钔?xí)r順集水井兩側(cè)，由西側(cè)向東側(cè)進行，每回填一層后用挖機夯實。

（3）對北岸2.3 m高程集水井周邊進行堆載。為避免集水井周邊由于回填不實，在 28#、30#、31#～33# 槽段地連墻施工時因高水頭作用出現(xiàn)突涌、串漿，擬對北岸2.3 m高程集水井周邊進行堆載，堆載高度為1.3 m。

（4）提高北岸2.3 m高程集水井周邊地下水位，降低水頭差。為了降低北岸2.3 m高程集水井周邊揚壓力，防止地下水溢出地面，擬將1#降水井周邊用粘土封閉，將水泵提至此高程進行抽水。

8.3.3 剩余槽段施工措施

（1）調(diào)整地連墻 28#、30#、31#～33#槽段施工順序。按照《主泵房基礎(chǔ)混凝土地連墻施工組織設(shè)計》，原計劃地連墻槽段施工順序為31#-28#-30#-33#-32#。為保證施工安全，擬先進行距離北岸2.3 m高程集水井較遠的33#、28#槽段施工，而后再進行其余槽段的施工，具體順序：33#-31#-28#-30#-32#，槽段尺寸維持原計劃不變，進行31#槽段施工時要保證在48 h后。

（2）調(diào)整泥漿配比。28#、30#、31#～33#槽段施工時泥漿采用先制漿工藝，因現(xiàn)場天然粘土造漿不滿足泥漿指標要求，擬對現(xiàn)場所使用的泥漿配比通過外摻膨潤土進行調(diào)整，以保證泥漿密度在1.1～1.3 g/cm2，粘度在20～26 s，含砂量不大于 5%。

（3）控制上游水頭。當28#、30#、31#～33#槽段施工時，在保證不塌孔的情況下，控制槽內(nèi)泥漿頂面高程低于導(dǎo)墻頂面高程1 m。

（4）適當抬高31#槽板地連墻底部高程。在設(shè)計單位許可的情況下，抬高31#槽板地連墻底部高程（原嵌入⑩層粘性土內(nèi)2.0 m），以盡可能縮短成槽時間。

9 結(jié)論

應(yīng)用射水法造墻原理，有效地截斷導(dǎo)流河河水對泵站區(qū)域的側(cè)向滲流，起到深基坑擋土支護和高邊坡止水穩(wěn)定的效果，保證了施工期原泗陽一站的延續(xù)運行，并為泵站基礎(chǔ)處理和主體工程施工提供了安全保障。