原位攪拌塑性混凝土防滲施工技術(shù)研究及應(yīng)用

徐成良

(遼寧省東水西調(diào)工程建設(shè)局，遼寧 鐵嶺 111003)

施工降排水是制約地下工程施工的關(guān)鍵技術(shù)和施工難題，也是直接影響施工成本的主要控制對(duì)象。不同的地質(zhì)情況、不同的基坑形式有很多降水方案，但成本和效果差異很大。本文主要以遼西北供水工程三段管道建安二標(biāo)砬崴子護(hù)岸施工段為實(shí)例，對(duì)含水層透水系數(shù)大、隔水層位于建基面高以上基坑的地質(zhì)條件、周邊環(huán)境進(jìn)行研究，分析、探討一套經(jīng)濟(jì)、有效的降排水措施，并提出相關(guān)優(yōu)化方案，為相關(guān)地質(zhì)條件的基坑降排水提供參考。

1 工程概況

1.1 簡(jiǎn)述

遼寧省重點(diǎn)輸水工程中某段輸水線路主管道為3根DN3600的PCCP管，全長(zhǎng)1000.396m。管線位于八棵樹(shù)鎮(zhèn)夏家村砬崴子自然村西側(cè)，管線北臨官葉線，南臨清河主河道。其中C25+731～C26+231段位于清河河床內(nèi)，其它段位于清河河灘地范圍。為了確保管道的施工在干地進(jìn)行，管溝開(kāi)挖前先進(jìn)行基坑降排水，將管溝內(nèi)地下水降至管溝底部0.5m以下。

1.2 工程地質(zhì)

跨越清河段的地層巖性中屬8區(qū)段，即樁號(hào)C25+625～C28+505段，頂部為0層耕植土，雜色，埋深0.5m，0～1素填土，埋深0.8m，揭露于鉆孔KCS392；上部為第②層粉質(zhì)粘土，黃褐色，潮濕-飽和，可塑狀態(tài)，層底埋深1.1～2.8m；下部為第⑦層圓礫，黃色，密實(shí)狀態(tài)，磨圓度一般，一般粒徑2～20mm，最大粒徑10cm，層底埋深3.7～6.5m；底部為似斑狀花崗巖、閃長(zhǎng)巖、變粒巖，呈全風(fēng)化。開(kāi)挖邊坡巖性主要為圓礫及部分中粗砂、少量粉質(zhì)粘土、殘積土等，管道持力層為全風(fēng)化閃長(zhǎng)巖、花崗巖、變粒巖，詳見(jiàn)圖1。

河道范圍內(nèi)，主要以砂層為主，河道常年有水，預(yù)計(jì)開(kāi)挖段地下水埋深只有0.5～1.0m，需要采取降水措施。

2 降排水方案選擇

2.1 降水涌水量計(jì)算

(1)

2.2 水泵選擇

溝槽成型后，溝槽兩側(cè)設(shè)置坡腳處設(shè)置縱向排水溝，排水溝底寬0.5m，深0.4m，排水溝不得占?jí)涸O(shè)計(jì)溝槽底寬。根據(jù)以上計(jì)算，溝槽內(nèi)每小時(shí)出

圖1 地質(zhì)剖面圖

水量為325.27m3，管溝兩側(cè)排水溝中每50m設(shè)置一個(gè)集水井，每個(gè)集水井中各布置三臺(tái)流量60m3/h的水泵。

2.3 水泵直接抽排方案經(jīng)濟(jì)分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境，無(wú)法引接外部電源，只能采用柴油泵或者每個(gè)集水坑配備2臺(tái)50kW發(fā)電機(jī)供電，3臺(tái)11.5kW電動(dòng)水泵進(jìn)行抽排水施工。

表1 每100m基坑降水成本分析表(只考慮運(yùn)行成本)

現(xiàn)場(chǎng)施工按每100m一個(gè)單元進(jìn)行施工，提前10d進(jìn)行降排水，1個(gè)單元開(kāi)挖時(shí)間約18d(考慮開(kāi)挖深度的1/3為石方)，管道安裝時(shí)間為6d，回填時(shí)間2d，一個(gè)單元降水周期約36d。

2.4 降水方案的選擇

根據(jù)地質(zhì)情況，該段溝槽主要以強(qiáng)透水層的砂礫層、圓礫層和下部微透水性的風(fēng)化巖為主，管道持力層主要在風(fēng)化巖層。采用管井降水，降水管井無(wú)法深入持力層以下，不能形成良好的降水漏斗，達(dá)不到降水目的；采用明排降水，透水層涌水量大，降水成本高，降水難度大。為了即確保干地作業(yè)，并且節(jié)約成本，擬采用原位攪拌塑性混凝土防滲墻結(jié)合明排降水方案。

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 技術(shù)原理

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，現(xiàn)場(chǎng)有豐富的表層耕植土可作為膠凝材料，下層砂礫料和圓礫可作為骨料，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)充分?jǐn)嚢栊纬伤苄曰炷粮羲畨?。另外增加一定量的水泥和水玻璃，水泥可以增加隔水墻的?qiáng)度，利用水玻璃遇水后迅速凝固可以減少在隔水墻施工過(guò)程中細(xì)顆粒流失影響隔水效果。

3.2 技術(shù)方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，溝槽南側(cè)緊鄰清河，北側(cè)為山坡，地下水補(bǔ)給主要來(lái)自清河河道，為了減少涌水量，在溝槽南側(cè)距溝槽開(kāi)挖邊線1.5m范圍設(shè)置一道塑性混凝土防滲墻，防滲墻嵌入風(fēng)化巖內(nèi)，與風(fēng)化巖隔水層形成一個(gè)封閉的隔水體。

施工段溝槽開(kāi)挖深度約8.0m，砂礫、圓礫透水層厚約3.7～6.5m，下部為全風(fēng)化巖、強(qiáng)風(fēng)化及弱風(fēng)化等巖層。根據(jù)有關(guān)要求，防滲墻要深入不透水層30，即防滲墻深度約4.0m，防滲墻施工布置如圖2。

3.3 防滲墻試驗(yàn)配合比

塑性混凝土墻采用原位砂石料作為骨料，粘土和水泥作為膠泥材料，摻入一定量的水玻璃增加防水能力和加快凝結(jié)速度。在原位將土層、砂層與園礫層用反鏟攪拌均勻，在攪拌過(guò)程中，加入水泥、水玻璃等膠凝材料，使之在溝槽內(nèi)混合均勻，成為固化塑性材料，形成垂直截滲體與基巖相接。

防滲墻粘土摻量控制不少于地層厚度1/3，不足部分從其它開(kāi)挖區(qū)取土，水泥摻量50～100kg，

圖2 施工布置圖

水玻璃摻量為水泥量的3%～5%。

4 原位塑性混凝土施工方案

4.1 施工順序

場(chǎng)地平整→施工放線→成槽開(kāi)挖→粘土灌入→添加水泥→原位攪拌→摻水玻璃→再次攪拌→凝固等強(qiáng)→基坑開(kāi)挖→明排降水。

4.2 施工方法

4.2.1 場(chǎng)地平整及測(cè)量放線

先采用推土機(jī)將施工段范圍內(nèi)表土清除，集中堆存，然后按照規(guī)劃位置進(jìn)行測(cè)量放樣，將1.0m成槽段采用白灰線標(biāo)識(shí)清楚。

4.2.2 原位成槽

因?yàn)楸径问┕し秶疃容^大，采用長(zhǎng)臂反鏟將槽孔范圍3.0m以上土方挖除，堆在槽孔周邊，然后將槽孔底部剩余2.3m左右土料翻松，由挖掘機(jī)司機(jī)根據(jù)抓槽力度憑經(jīng)驗(yàn)確定成槽深度。

然后現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員根據(jù)槽孔體積計(jì)算粘土、水泥和水玻璃摻量，依次在槽內(nèi)摻入粘土、水泥、水玻璃，然后采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)翻拌，直至混合料基本均勻后拍填密實(shí)。防滲墻采用分段依次成型，每次成型長(zhǎng)度根據(jù)挖掘機(jī)本身性能確定，初步確定為1.0～2.0m，直至全部閉合。

4.3 施工效果檢驗(yàn)

待3d強(qiáng)度后，再進(jìn)行該段溝槽開(kāi)挖，地下水滲流流量明顯下降，僅在砂礫料和巖層接縫處有部分地下水滲出，大大減少了溝槽內(nèi)明排降水工作量，有較明顯效果。

5 資源投入

5.1 勞動(dòng)力資源投入

原位塑性混凝土防滲墻施工主要?jiǎng)趧?dòng)力資源投入見(jiàn)表2。

表2 勞動(dòng)力資源投入表 單位：人

5.2 設(shè)備資源投入

原位塑性混凝土防滲墻施工主要采用的設(shè)備有長(zhǎng)臂挖掘機(jī)、推土機(jī)、裝載機(jī)等，具體主要設(shè)備資源投入見(jiàn)表3。

表3 設(shè)備資源投入表 單位：人

6 結(jié)語(yǔ)

塑性混凝土防滲墻主要用于地下防滲施工中，充分利用現(xiàn)有粘土作為膠凝材料，砂礫料作為骨料，采取現(xiàn)場(chǎng)原位攪拌直接形成防滲體系，施工機(jī)械采用常規(guī)設(shè)備，施工方法簡(jiǎn)單，容易控制，便于施工，即節(jié)約了成本也解決了砂礫料中滲透系數(shù)大降排水困難的問(wèn)題，有較明顯效果。

當(dāng)然，塑性混凝土防滲墻用于地下防滲施工時(shí)也存在不足，比如受地層地質(zhì)條件限制大。主要適用在透水系數(shù)大、透水層厚度小于4.0m的地層條件；在其他復(fù)雜條件下可以采用多項(xiàng)措施相結(jié)合，已達(dá)到施工效果。

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