河口潮汐區(qū)強(qiáng)透水地質(zhì)條件下防滲墻施工關(guān)鍵技術(shù)研究

1.概述

本文依托倪松攔工程，就河口潮汐地區(qū)、強(qiáng)透水性地層條件下基坑防滲墻施工遇到的地下水周期性漲落現(xiàn)場進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并有效的指導(dǎo)了生產(chǎn)活動。

1.1 工程概況簡述

倪松閘工程地處福清市龍江流域，距出?？诓蛔?0km，屬河口潮汐段，擬建大（2）型水閘一座。分兩期實(shí)施，一期工程基坑開挖深度5.0m～12.0m，開挖邊線距河道不足20m。四周采用樁徑φ800mm、樁間距600mm的高壓旋噴樁防滲墻進(jìn)行防滲處理。

基坑區(qū)域發(fā)育有卵石層，厚4.5m～9.5m，屬于強(qiáng)透水層，滲透系數(shù)達(dá)到7.0×10-3。另外，本地區(qū)外海潮汐為半日潮，龍江潮汐段的潮位呈現(xiàn)高潮時港內(nèi)高于港外，低潮時港內(nèi)低于港外的特點(diǎn)，潮差達(dá)6.0m～7.0m。

1.2 工程特點(diǎn)分析

由于本工程緊鄰龍江河口潮汐段河道，加之基坑開挖區(qū)域內(nèi)存在較厚的卵石地層，導(dǎo)致本工程在防滲墻施工時面臨以下諸多典型問題：

第一，受龍江水位以較大潮差頻繁漲落以及強(qiáng)透水性地層的雙重影響，基坑開挖區(qū)域內(nèi)地下水位將呈現(xiàn)出周期性漲落的特點(diǎn)。這會對防滲墻造成反復(fù)沖刷，進(jìn)而破壞樁體的完整性和連續(xù)性，使防滲效果大打折扣。

第二，由于地下水豐富，并存在強(qiáng)透水性地層，對防滲墻施工質(zhì)量提出了更高要求。

2.關(guān)鍵技術(shù)分析

根據(jù)工程特點(diǎn)可以初步確定：河口潮汐地區(qū)強(qiáng)透水性地質(zhì)條件下防滲墻施工的關(guān)鍵技術(shù)就是如何解決防滲墻周圍地下水位受龍江潮位變化的影響而出現(xiàn)的周期性漲落的問題。

我們的思路是在臨河防滲墻周圍合適位置設(shè)置輕型井點(diǎn)降水以降低地下水漲落差值，進(jìn)而減小防滲墻兩側(cè)水力梯度，降低地下滲流對防滲墻的沖刷，變非常規(guī)施工為常規(guī)施工。接下來我們通過現(xiàn)場試驗以及數(shù)據(jù)分析進(jìn)行系統(tǒng)研究。

2.1 確定地下水位變化規(guī)律

首先，在臨河防滲墻軸線上選取上、中、下游位置打設(shè)三口觀察井，井底標(biāo)高低于最低潮位1.0m。然后，同時觀測井內(nèi)地下水位和龍江水位，頻率為1次/h，觀測時間24h。通過對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析（潮位變化曲線見圖1）發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：

(1)地下水水位變化與龍江潮位變化成正相關(guān)關(guān)系。

(2)以一天為例：0時龍江潮位開始回落，但地下水位仍呈上漲趨勢；龍江潮位回落至與地下水位相同時，地下水位出現(xiàn)高水位峰值3.9m，并開始跟隨龍江潮位回落；約5 時龍江潮位回落至最低潮-1.2m并開始上漲；當(dāng)龍江潮位上漲至與地下水位一致時，地下水位出現(xiàn)低水位波谷-0.8m，并開始跟隨龍江潮位上漲；約12時龍江潮位上漲至最高潮5.8m后又開始回落，地下水位仍然呈上漲趨勢；當(dāng)龍江潮位回落至與地下水位一致時，地下水位再次出現(xiàn)高水位峰值4.1m，并開始跟隨龍江潮位回落；約18時龍江潮位回落至最低潮0.3m后開始上漲，當(dāng)龍江潮位上漲至與地下水位一致時，地下水位再次出現(xiàn)低水位波谷0.8m，并開始跟隨龍江潮位上漲。

(3)地下水位波峰值低于相臨的前一個龍江潮位波峰值、地下水位波谷值高于相臨的前一個龍江潮位波谷值。

(4)地下水位波峰和波谷較龍江潮位會出現(xiàn)0.5h～1.0h的延遲，當(dāng)龍江水位和地下水位相同時，地下水位的波峰和或波谷出現(xiàn)。

(5)地下水下降或上漲速度與地下水位和龍江潮位之間的水位差值有關(guān)，水位差值越大，地下水下降或上漲的速度就越快。

2.2 確定降水井布置方式及降排水策略

接下來，我們需要依據(jù)分析數(shù)據(jù)制定出合適的降排水策略，以有效降低防滲墻兩側(cè)地下水位差值。

首先，當(dāng)?shù)叵滤唤?jīng)歷波峰（同龍江水位一致）開始回落時，龍江潮位低于地下水位，地下水向龍江滲透，此時可通過在臨江防滲墻內(nèi)側(cè)設(shè)輕型井點(diǎn)降水并開始降排水，提前降低地下水位，以減小防滲墻內(nèi)外側(cè)的水力梯度（見圖一）。

反之，當(dāng)?shù)叵滤唤?jīng)歷波谷（同龍江水位一致）開始上漲時，龍江潮位高于地下水位，龍江水向地下水滲透，此時可通過在臨江防滲墻外側(cè)設(shè)輕型井點(diǎn)降水并開始降排水，提前降低水位，以減小防滲墻內(nèi)外側(cè)的水力梯度（見圖一）。

經(jīng)分析可推測：若在臨江防滲墻內(nèi)外側(cè)各設(shè)置一排輕型井點(diǎn)降水，并在地下水位回落階段開啟內(nèi)側(cè)降水井進(jìn)行降排水、在地下水位上漲階段開啟外側(cè)降水井進(jìn)行降排水。此種方法應(yīng)可有效減小防滲墻內(nèi)外側(cè)的水力梯度，減輕地下滲流對防滲墻的沖刷（見圖一）。

經(jīng)對涌水量進(jìn)行計算，初步確定輕型井點(diǎn)管埋深H=7.5m，井點(diǎn)管間距n=1.1m。

2.3 確定不同水位差時地下滲流對防滲墻的沖刷影響

為了解不同水位差（水利梯度）時地下滲流對防滲墻的沖刷影響，我們設(shè)計了四組試驗。即在臨河防滲墻軸線處沿同一直線進(jìn)行四組高壓旋噴樁，每組4根、樁徑φ800mm、樁間距600mm。各組相距10m，并用鋼板樁隔開，以阻斷橫向滲流。除第一組外，其它各組均沿防滲墻軸線內(nèi)外兩側(cè)5m處各布置一排輕型井點(diǎn)降水井，并按不同水位差值進(jìn)行降排水控制。在高壓旋噴樁施工過程以及完成后的3天時間內(nèi)，不間斷進(jìn)行降排水（通過水位差智能感應(yīng)開關(guān)控制）。試驗完成后，對樁體搭接處取芯進(jìn)行28d強(qiáng)度和透水率檢測，并對樁體進(jìn)行開挖觀察，具體如下表所示。

通過試驗我們可以得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

第一，第一組防滲墻兩側(cè)未設(shè)置降水井，保持自然水位差，則無法取出完成芯樣，且開挖后發(fā)現(xiàn)樁體不完整、搭接部分出現(xiàn)分離，表明防滲墻樁體受到地下水位頻繁漲落而形成的滲流沖刷十分嚴(yán)重，在該條件下無法進(jìn)行防滲墻施工。

第二，第二/三/四組防滲墻兩側(cè)設(shè)置降水井后，水位差減小，樁體受到?jīng)_刷也隨控制水位差的減小而逐漸減弱，當(dāng)控制水位差不大于1.0m時，防滲墻搭接處便可取出抗壓強(qiáng)度＞3MPa、透水率＜3Lu的完整芯樣（符合設(shè)計規(guī)定），即在該條件下可進(jìn)行防滲墻施工。

第三，隨著控制水位差值的減小，降水井兩側(cè)水利梯度迅速增大、滲流量也隨之增加、水泵功率成倍增長、降水成本極大提高。根據(jù)試驗，控制水位差在0.5m時，水泵總功率是1.5m時的4倍多。

綜上所述，確定1.0m作為本工程防滲墻兩側(cè)5m范圍內(nèi)降排水控制水位差是合理的。

3.結(jié)語

本文在對龍江河口潮汐段地下水位變化規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，制定了“在距防滲墻軸線5m遠(yuǎn)的內(nèi)外側(cè)增加輕型井點(diǎn)降水”、“根據(jù)地下水位漲落規(guī)律針對性的確定了‘水位下降時內(nèi)側(cè)降水、水位上漲時外側(cè)降水’的降水策略以減小水利梯度”、“將防滲墻兩側(cè)5m范圍內(nèi)水位差降低到1.0m以內(nèi)”等一系列措施，確保了防滲墻施工質(zhì)量。

首先，通過現(xiàn)場試驗得到真實(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；然后，通過對數(shù)據(jù)的科學(xué)分析發(fā)現(xiàn)規(guī)律；最后，用科學(xué)的數(shù)據(jù)指導(dǎo)實(shí)施方案的制定。我們通過科學(xué)的方法驗證了在河口潮汐地區(qū)存在強(qiáng)透水性地層的條件下進(jìn)行高壓旋噴樁防滲墻施工是可行的。