長江大堤巨厚粉細砂層混凝土防滲墻施工

孫 超

(中國水電基礎(chǔ)局有限公司， 天津 301700)

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長江大堤巨厚粉細砂層混凝土防滲墻施工

孫 超

(中國水電基礎(chǔ)局有限公司， 天津 301700)

湖北省監(jiān)利縣段長江大堤作為塑性混凝土防滲墻施工的試驗段，國內(nèi)首次將縱向封閉式塑性混凝土防滲墻作為堤防防滲工藝，解決大堤內(nèi)側(cè)農(nóng)田及村落的管涌險情。該工程地層以巨厚的粉細砂層為主，防滲墻厚度薄、深度深，接近最新修訂的防滲墻施工技術(shù)規(guī)范(SL 174—2014)對應墻厚的極限值，防滲墻在施工過程中，針對主要工序采取的措施，成功解決了施工中出現(xiàn)的困難。

巨厚; 粉細砂; 塑性混凝土防滲墻; 工序; 施工

1 概 述

長江大堤湖北省監(jiān)利縣段作為長江堤防塑性混凝土防滲墻施工的試驗段，首次將縱向封閉式塑性混凝土防滲墻作為堤防防滲工藝，解決大堤內(nèi)側(cè)農(nóng)田及村落的管涌險情。該工程防滲墻軸線長度1km，地層以巨厚粉細砂層為主，粉細砂厚度50～60m不等，地表以下有10m素土層，基巖為黏土巖；防滲墻厚度60cm，深度約70m，接近最新修訂的防滲墻施工技術(shù)規(guī)范(SL 174—2014)深度對應墻厚的極限值，施工現(xiàn)場地下水位較高，地基松軟，承載能力差，施工難度較大。

2 工程簡介

2.1 工程基本情況

工程區(qū)位于江漢平原的腹地，地形平坦開闊，大堤穿越丘陵、農(nóng)田、城鎮(zhèn)。城區(qū)堤段，堤內(nèi)是街道，部分堤段有較大面積的外灘，但亦被各類房屋建筑所占用，其他地方均為小外灘甚至無外灘；部分堤段河泓逼岸，沒有外灘，場地條件差；大部分位于農(nóng)村堤段，堤內(nèi)是耕地，場地條件好。

塑性混凝土防滲墻體滲透系數(shù)K≤i×10-7cm/s，后期設計調(diào)整滲透系數(shù)為K=n×10-7cm/s，(n∈0～10)，單軸抗壓強度為2～3MPa，允許坡降J允>80。

2.2 項目特點

a.經(jīng)過先期先導孔揭示地層情況，該項目防滲軸線所處地層存在巨厚砂層(包括粉砂、細砂)，砂層厚度約為50～60m不等，抓斗造孔過程是一個非常大的挑戰(zhàn)，可能出現(xiàn)塌孔、漏漿、卡斗體、埋斗體的現(xiàn)象。

b.荊江大堤堤防的防滲墻第一次采用縱向封閉式深層防滲墻，深度接近70.0m，厚度僅有600mm，基本接近規(guī)范限值。

c.該項目除去試驗段驗收及度汛工期，實際生產(chǎn)工期僅有6個月，在6個月中要完成68000m2防滲墻，每月需完成11333m2,要求抓斗在不發(fā)生孔故、質(zhì)量事故的前提下快速成槽，施工任務重。

3 防滲墻施工

3.1 前期勘察

該次勘察主要采取鉆探，對防滲墻一定深度范圍內(nèi)的巖土體進行工程分析與研究，共完成鉆孔51個(編號為5XD01-01～5XD05-11)，孔間距為20m，孔深65.3～71.8m，均符合設計要求，孔深超過防滲墻底線。

勘探孔的測放是由徠卡TGR802型電子智能全站儀，采用北京54坐標系和85國家高程系測放。該次勘察完成的主要工作量見表1。

表1 工作量統(tǒng)計

經(jīng)勘察查明，塑性混凝土防滲墻擬建場地在鉆探深度范圍內(nèi)，揭露地層自上而下依次為素填土(Q4al)、壤土(Q4al)(含少量砂壤土)、粉砂(Q4al)、細砂(Q4al)、砂礫石(Q3al+pl)、砂質(zhì)黏土巖(N)，其巖性特征分部如下：

第一層，素填土(Q4al)，灰褐色，濕，可塑，主要由黏土組成，夾有少許植物根系，見有云母片。層厚1.8～4.6m，該層出露地表，各鉆孔均有揭露。

第二層，壤土(Q4al)，灰色，濕，軟塑，局部夾有少量薄層粉細砂，成層狀。揭露厚度7.1～16.7m。

第三層，粉砂(Q4al)，灰色，飽和，稍密—密實，含有長石、石英、云母等礦物，局部夾有少量黏性土。層厚22～44.6m,各鉆孔均有揭露。

第四層，細砂(Q4al)，灰色，飽和，密實，夾有少量黏性土。揭露厚度3.3～30.2m，各鉆孔均有揭露。

第五層，砂礫石(Q3al+pl)，灰色，飽和，密實，以細砂為主，局部夾有圓礫。揭露厚度0.6～9.5m，各鉆孔均有揭露。

第六層，砂質(zhì)黏土巖(N)，灰綠色，稍濕，碎?；蛑鶢顮?，強風化。入巖厚度1.3～3.4m，各鉆孔均有揭露。

3.2 膨潤土固壁泥漿的制作

a.膨潤土的選擇

為了適應巨厚砂層造孔成孔的需要，該項目選擇的膨潤土是優(yōu)質(zhì)Na基膨潤土，經(jīng)過現(xiàn)場試驗，膨潤土的造漿率為13.5m3/t。膨潤土的性能指標見表2。

表2 膨潤土的性能指標

前期試驗過程中，項目部根據(jù)膨潤土的特點，選取了兩種配比，一種是膨潤土不加燒堿，一種是加燒堿，配合比見表3和表4。

表3 不加燒堿的泥漿配比

表4 加燒堿的泥漿配比

泥漿攪拌采用高速加長泥漿泵攪拌，每槽漿液2m3，攪拌順序：加水→加膨潤土→(攪拌2min)→加燒堿→綜合攪拌3min。加入燒堿與不加燒堿新制泥漿性能對比見5。

表5 新制泥漿性能對比表 (綜合平均數(shù)據(jù))

加入燒堿的新制泥漿性能優(yōu)于不加燒堿的泥漿，在該項目施工中，選擇了加入少量燒堿的泥漿配比。

泥漿的攪拌順序要嚴格控制，攪拌順序及攪拌時間不到位會影響漿液性能。

3.3 抓斗快速成槽工序

由于整個地層大部分是由粉細砂構(gòu)成，粉細砂遇水及外部荷載震動后會產(chǎn)生液化，后會分層逐步坍塌，有可能造成孔口范圍整體塌陷，所以在施工過程中，要快速成槽，減少臨空面產(chǎn)生的時間。

成槽工序從技術(shù)角度來講主要是在滿足孔斜要求下充分發(fā)揮設備的功效及加強操作手的熟練程度；減少抓斗每抓的停等時間，快速出渣。

經(jīng)過嚴格的現(xiàn)場管理，施工設備在該工地單機月最高成墻面積4922m2，孔型的驗收全部合格。

在抓斗成槽過程中，有一個重要的環(huán)節(jié)是沖擊鉆的端孔施工，該工程配備了沖擊鉆機6臺，單機施工功效在44m/d，沖擊鉆機在施工主孔過程中，不斷地填黏土，進行地層的壓實、擠密。為抓斗在后續(xù)施工中創(chuàng)造良好條件。

3.4 清孔及清孔設備

a.清孔。針對粉細砂層沉淀較快的特點，該工程的清孔采用“撈取法”與“氣舉法”相結(jié)合的方法。

工程前期，采用“氣舉法”清孔，清孔時間平均每個槽段要消耗8～11h，清孔換漿效率比較低，個別槽段清孔完畢之后未及時澆筑，經(jīng)過一段時間的沉淀，孔底淤積嚴重增加，后期采用了抓斗成槽后，如果在條件允許情況下(有槽段在澆筑)，漿液沉淀5～7h，漿液中的砂會沉到孔低，采用抓斗二次撈取，效果明顯。

氣舉清孔的原理是借助氣舉排渣器將液氣混合，利用密度差來升揚排出孔底的沉渣。壓縮空氣從風管進入混合器，在排渣管內(nèi)形成一種密度小于管外泥漿的液氣混合物，在內(nèi)外液體壓力差和壓縮空氣動量的聯(lián)合作用下沿著排渣管上升，從而抽吸孔內(nèi)泥漿和沉渣向上揚升，排出孔外。

經(jīng)過試驗得知，一臺清孔設備槽孔內(nèi)進入的漿液含砂量為10%，經(jīng)過震動篩除之后回漿處漿液含砂量9%，僅僅過濾掉1%的砂，效率較低。項目部將第一臺振動篩凈化的漿液用泵抽到第二臺振動篩重新過濾一遍，相當于等量的漿液經(jīng)過兩次循環(huán)過濾，清孔效率增加一倍。

b.清孔設備。 “氣舉法”清孔設備主要有MPS-37/8型空壓機和ZX250泥漿凈化器。

空壓機的選擇要考慮防滲墻孔深，選擇一個額定工作壓力為0.8MPa及以上的設備，按照0.1MPa=10m水柱粗略計算，70m深的孔最少需要0.7MPa壓力。

在施工過程中，混合器的位置經(jīng)過多次試驗，起初混合器放置在距離孔底1.5m處，即孔深65m處，根本不能將漿液壓至孔口，后期發(fā)現(xiàn)空壓機的工作壓力最大達0.65MPa，把混合器的位置提升至距孔底15m，即孔深55m處位置，很順利地將漿液壓至孔口。該項目的試驗也驗證了高鐘璞在《大壩基礎(chǔ)防滲墻》中額定風壓與混合器最大埋深的關(guān)系[1]。

泥漿凈化器的選擇在該項目中也是很關(guān)鍵的設備選型要素，該工程采用兩套ZX250泥漿凈化器結(jié)合使用，使清孔效率增加，但同時也增加了工作的時間及人工。

3.5 槽段的“接頭管法”連接

接頭管這種方法的優(yōu)點是占地面積小、起拔能力大、接縫質(zhì)量好、接觸面光滑、接縫緊密、孔斜易控制、搭接有保證等，利于二期槽接頭孔的洗刷，避免了混凝土和鉆鑿工時的浪費，具有工效高、成本低的特點?！敖宇^管法”施工需要有成熟的拔管技術(shù)，如果拔管技術(shù)掌握不好，很容易出現(xiàn)“鑄管”事故。

接頭管起拔施工須掌握好起拔時機，其成敗的關(guān)鍵是掌握住混凝土的脫管齡期。起拔早了混凝土尚未初凝，會造成孔壁坍塌，不能成孔；起拔時間晚了，混凝土對接頭管黏結(jié)力、摩擦力增加，容易造成起拔困難發(fā)生“鑄管”事故，甚至危及孔口的安全；終凝后再起拔的做法要堅決禁止。

接頭管的起拔時間與混凝土配比、水泥標號、外加劑、澆筑速度、入倉及外界溫度、槽孔的孔深和孔徑等因素有關(guān)。入倉與外界溫度及澆筑速度是重中之重，孔深在50m以內(nèi)的槽孔接頭管下設及起拔相對簡單，孔深超過50m的接頭管起拔要相對困難。

該項目共有156個接頭孔，約合10467.6m，拔管任務艱巨，在參考類似總拔管技術(shù)參數(shù)的同時，結(jié)合該工程特點，又形成了幾點經(jīng)驗。

a.下管、拔管前準備工作。

? 在第一倉混凝土入倉前用試模現(xiàn)場取料(取2個)，將試模內(nèi)混凝土按自然狀態(tài)晃動平整，在表面插入6個直徑1cm、長度15cm木棍來確定混凝土的初凝時間；

? 底管下設前檢查底部泄壓閥是否能夠輕松打開，對殘存的混凝土進行及時清理；

? 接頭管全部下設到底后，用拔管機把下設好的管向上起拔30cm。

b.微動時間。要及時觀察入倉前試模內(nèi)混凝土的初凝情況，以木棍拔出后混凝土緩慢縮孔為宜，確定混凝土的初凝時間。

在初凝時間測定后，以后每2min微動一次并觀察壓力值(點動即可)，當壓力值突然上升時，微動不停一直上升，并觀察接頭管是否回落。當壓力值大于5MPa之后，停止微動，正常拔管開始。

c.正常拔管時間。當壓力大于5MPa時，大泵開始啟動，提10cm左右回放，如果起拔的過程中壓力不減，一直往上起拔直到壓力降低到5MPa以下。

d.注意事項。

? 接頭管下設的過程中一定要注意底管閥門是否可以能輕松打開，防止未打開，在起拔過程中孔內(nèi)產(chǎn)生真空；

? 塑性混凝土澆筑速度一期槽孔控制在不大于4m/h，二期槽孔控制在10m/h內(nèi)；

? 拔管速度與混凝土面上升速度保持一致；總體原則要保證只要起管開始，就證明底部混凝土將要初凝，后期混凝土邊澆筑邊拔管，速度要基本一致。

4 結(jié) 語

該項目所有技術(shù)工作，如導向槽修建、泥漿制備、抓斗成槽方案、清孔及清孔設備、拔管方法等，均是從實際工程地質(zhì)條件情況出發(fā)，找到適合其特點的施工技術(shù)方案，獲得了較好的施工成果，工程的成功之處在于嚴格細化各個工序環(huán)節(jié)，通過小改動、小創(chuàng)造能獲得較大的施工效益。

高鐘璞.大壩基礎(chǔ)防滲墻[M].北京：中國電力出版社，2000.

Construction of Yangtze River levee thick silty sand layer concrete cut-off wall

SUN Chao

(Sinohydro Foundation Engineering Co., Ltd., Tianjin 301700, China)

Hubei Jianli County segment Yangtze River levee is regarded as the test section of plastic concrete cut-off wall construction. Longitudinal closed plastic concrete cut-off wall is regarded as levee seepage control technology for the first time in China, thereby solving the piping risk of farmland and village inside the levee. The project formation is mainly composed of thick silty sand layer. Anti-seepage wall is characterized by thin thickness and deep depth, which are similar to the extreme value of corresponding wall thickness in the latest revision of anti-seepage wall construction technical specification (SL 174-2014). Measures are adopted aiming at main procedures for successfully solving the difficulties during construction.

thick; silty sand; plastic concrete cut-off wall; procedure; construction

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.12.005

TV223.4+2

B

1005-4774(2016)12- 0016- 04