高富水砂層超深豎井施工關(guān)鍵技術(shù)

楊志先

(中國水利水電第七工程局有限公司，成都，610213)

本文基于河南省西霞院水利樞紐輸水及灌區(qū)工程下穿沁河段檢修井圍護結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻施工、超深豎井封底加固止水、豎井主體結(jié)構(gòu)逆作法施工，總結(jié)高富水砂層超深豎井施工關(guān)鍵技術(shù)，為今后類似復(fù)雜地質(zhì)條件下的工程提供一定參考。

1 工程概況

河南省西霞院水利樞紐輸水及灌區(qū)工程包含一段新建穿沁河隧洞，長2850m，線路沿方陵村以北由西向東穿越沁河至南賈村以南敷設(shè)。出口檢修井施工期間作為盾構(gòu)接收井，位于河南省武陟縣南賈村以南楊樹林中，場地距離木欒大道約300m，位于沁河?xùn)|岸，距沁河左岸大堤坡腳約290m，如圖1所示。

圖1 工程所處地理位置

檢修井為圓形豎井，外徑21.8m，圍護結(jié)構(gòu)采用厚度1500mm地下連續(xù)墻，外直徑21.8m，深度76m，采用液壓抓斗協(xié)助雙輪銑成槽且分2期槽段施工；檢修井內(nèi)襯結(jié)構(gòu)內(nèi)徑16.4m～15.4m，井深45.75m，采用逆作法施工。

工程廠區(qū)位于黃河Ⅰ級階地，地層為第四系全新統(tǒng)沖積物，檢修井開挖施工地層從上至下分別為：⑥輕粉質(zhì)壤土、⑧粉質(zhì)粘土、⑨重粉質(zhì)壤土、中細(xì)砂、中細(xì)砂。廠區(qū)處沁河為地上懸河，常年有水，由沁河河水補給地下水，河水與承壓性地下水直接聯(lián)系，根據(jù)豎井實際施工情況，場區(qū)12m以下均為中細(xì)砂地層，具中等～強透水性。實測場地地下潛水水位距地面約7m，地下水主要位于砂層中，微承壓，地下水豐富。

2 高富水砂層超深豎井地下連續(xù)墻施工技術(shù)

檢修井地下連續(xù)墻分2期槽段進行施工，Ⅰ、Ⅱ期槽各8個，Ⅰ期槽長6.163m，分三銑成槽；Ⅱ期槽長2.8m，一銑成槽[1]；Ⅰ、Ⅱ期槽搭接[2]，槽段在地連墻軸線上的搭接長度為50cm，閉合幅套銑接頭呈梯形，最小套銑寬度為314mm，最大套銑寬度為661mm。如圖2所示。

圖2 地下連續(xù)墻Ⅰ、Ⅱ期槽槽段劃分

2.1 地下連續(xù)墻施作

考慮檢修井的地質(zhì)條件等因素，作為超深導(dǎo)墻，為確保槽壁的穩(wěn)定性，檢修井地下連續(xù)墻上部槽壁20m采用水泥土攪拌樁加固，導(dǎo)墻下部坐在攪拌樁上，攪拌樁樁徑0.6m，樁中心距0.4m，搭接0.2m，距離地連墻0.2m。

Ⅰ期槽上部可以采用液壓抓斗成槽機施工，隨著深度的增加液壓抓斗成槽機將無法保證垂直度，后續(xù)成槽采用銑槽機，Ⅱ期槽采用銑槽機一銑成槽。先施工相鄰兩個Ⅰ期槽段，再施工期間的Ⅱ期槽段，地下連續(xù)墻合攏段必須為Ⅱ期槽段。

銑槽完成后應(yīng)采用測繩測量槽壁深度，每幅根據(jù)其寬度測2～3點，并用卷尺實測槽段兩端的位置，以保證槽段平面位置及設(shè)計深度準(zhǔn)確。為確保Ⅰ期槽段槽壁X、Y向垂直度，采用超聲波檢測法對每幅槽垂直度檢測不少于3個點。

Ⅰ、Ⅱ期槽段的接頭采用套銑搭接，Ⅱ期槽段施工時需銑掉Ⅰ期墻兩端混凝土，最小套銑寬度為314mm，最大套銑寬度為661mm，以便形成新鮮、致密的接頭。由于混凝土標(biāo)號較高，一旦形成偏斜很難糾偏，所以Ⅱ期槽段開槽導(dǎo)向定位十分重要。為了保證Ⅱ期槽段開槽位置準(zhǔn)確，垂直度導(dǎo)向穩(wěn)定，采用導(dǎo)向板定位工藝。Ⅰ期槽段混凝土澆筑前，在Ⅰ期槽X向端頭位置插入長6m的導(dǎo)向板，待Ⅰ期墻混凝土灌注施工完成后一定時間(由混凝土初凝時間確定，根據(jù)現(xiàn)場測定的混凝土試塊強度判斷)后將導(dǎo)向板拔出，預(yù)留出Ⅱ期槽段的準(zhǔn)確位置，為Ⅱ期槽段銑槽提供良好的導(dǎo)向作用。Ⅱ期槽套銑過程中內(nèi)外側(cè)厚度不同，內(nèi)側(cè)比外側(cè)套銑厚度大，受力較大，刀架往外側(cè)傾斜，導(dǎo)致內(nèi)外側(cè)受力不均勻，影響其成孔質(zhì)量，為減小套銑接頭內(nèi)外側(cè)受力不均勻影響，在導(dǎo)墻上放置導(dǎo)向架，然后將雙輪銑移位至Ⅱ期槽處，通過齒輪刀具旋轉(zhuǎn)切削一期混凝土，向下開槽進行Ⅱ期槽套銑成槽施工。

導(dǎo)向板安裝流程如圖3所示。

圖3 導(dǎo)向板安裝流程

槽孔驗收合格后，用泵吸反循環(huán)法清底，利用銑槽機離心泵反循環(huán)將槽底泥漿輸送至泥漿循環(huán)系統(tǒng)，經(jīng)過一二級振動篩分，旋流過濾大粒徑土顆粒，其中槽底3m～5m深度范圍內(nèi)泥漿作廢漿處理，采用新漿100%置換槽壁中泥漿，指標(biāo)不合格泥漿作廢漿處理。

地下連續(xù)墻施工完成后，在Ⅰ、Ⅱ期槽段每個接縫處采用1根高壓旋噴樁作為接頭止水處理措施。

2.2 泥漿配合比設(shè)計

泥漿是地下連續(xù)墻成槽和混凝土灌注過程中一種重要的輔助材料，對地下連續(xù)墻的施工至關(guān)重要，本工程實際情況為地下連續(xù)墻深并且各道工序施工所需時間長，極容易出現(xiàn)沉渣以及槽壁失去穩(wěn)定等問題，需要對材料(膨潤土等)檢測和泥漿性能進行專門的配比設(shè)計并檢驗以保證施工質(zhì)量和安全。

根據(jù)地勘資料顯示本工程地連墻成槽范圍內(nèi)無松散土層，從地面以下12m至槽底主要為中細(xì)砂層，護壁全部采用優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤土泥漿進行護壁，用以滿足高富水砂層中超深地下連續(xù)墻護壁要求。泥漿配合比為：膨潤土100kg/m3，CMC(M)為0.3kg/m3，純堿5kg/m3，自來水1000kg/m3。新制備泥漿的各項性能指標(biāo)如表1所示。

表1 新制備泥漿指標(biāo)要求(膨化12h后)

3 超深豎井封底加固止水施工技術(shù)

檢修井地基透水層深厚，基坑為超深基坑，檢修井下部地層為中細(xì)砂地層，含水量豐富，地下連續(xù)墻的底部也未嵌入不透水層，隨著主體結(jié)構(gòu)逆作法的施工，井內(nèi)外水位差變大，井內(nèi)降水難度將不斷加大，將使內(nèi)襯結(jié)構(gòu)施工難以進行，在設(shè)計時對檢修井底部采用了封底防滲處理，借鑒目前國內(nèi)已建類似工程采用雙高壓三管法噴射灌漿封底防滲失效的案例[3-4]，經(jīng)過現(xiàn)場多次工藝試驗論證，本工程最終變更了施工工法，采用MJS工法，MJS工法的最大有效加固深度可達(dá)100m，在上海地區(qū)試驗約50m深度處開挖外露樁徑可達(dá)2.5m[5]。

3.1 MJS工法施工工藝流程

MJS工法是在傳統(tǒng)高壓噴射灌漿法的基礎(chǔ)上增加了前端施工裝置，核心技術(shù)是主動排泥和孔內(nèi)壓力監(jiān)測。結(jié)合本工程地質(zhì)條件，MJS工法施工工藝流程如圖4所示。

圖4 MJS工法施工工藝流程

3.2 施工主要控制參數(shù)

施工主要控制參數(shù)見表2。

表2 MJS工法施工主要控制參數(shù)

3.3 垂直度控制

垂直度控制——垂直度不大于0.5%[6]。

(1)場地平整，地基承載力達(dá)到承擔(dān)設(shè)備重量的要求。

(2)引孔時每隔1h對鉆機進行垂直度檢測。

3.4 其他控制措施

(1)盡量縮短注漿距離，減少壓力的損耗。

(2)及時清洗水泥漿管、噴漿管、鉆桿等管路，保持管路暢通。

(3)施工前選擇性地停止MJS工法樁周圍降水井抽水等措施，避免在MJS工法樁周圍產(chǎn)生地下水位面不平導(dǎo)致的地下水流動，使注入的水泥漿不隨地下水流失。

4 超深豎井主體結(jié)構(gòu)逆作法施工技術(shù)

檢修井主體結(jié)構(gòu)采用逆作法施工，先分段開挖豎井至設(shè)計深度，再進行檢修井內(nèi)襯結(jié)構(gòu)施工，這樣可以使檢修井圍護結(jié)構(gòu)和永久結(jié)構(gòu)共同受力，增加安全穩(wěn)定性，采用由上至下分段開挖分段拼裝定型制作的鋼模板施工主體結(jié)構(gòu)直至豎井基坑底部，最后采用順做法施工底板及剩余結(jié)構(gòu)。如何確保內(nèi)襯結(jié)構(gòu)施工縫防水及施工縫處澆筑飽滿度是主體結(jié)構(gòu)逆作法施工的重點和難點。

檢修井主體結(jié)構(gòu)總體施工流程如圖5所示。

圖5 逆作法總體施工流程

4.1 冠梁施工

冠梁施工前先將豎井基坑開挖至圖紙要求的冠梁底標(biāo)高處，澆筑冠梁前，應(yīng)先將地下連續(xù)墻混凝土鑿至冠梁底高程并沖洗干凈，地下連續(xù)墻預(yù)留的縱向鋼筋應(yīng)清理干凈，澆入冠梁混凝土內(nèi)，如圖6所示。

圖6 冠梁施工示意

4.2 豎井內(nèi)排水施工

豎井開挖前進行豎井排水施工，打設(shè)1口降水井至MJS封底范圍頂部，配備1臺5.5kW抽水泵對其進行抽排水，排除井內(nèi)內(nèi)部地層滯水，同時也能檢驗封底質(zhì)量和效果，保證檢修井內(nèi)部施工期間工作面無積水。

豎井開挖過程中，每層開挖完成后，在豎井中部設(shè)置一個2m×2m×1m的集水坑，收集可能存在的接縫漏水、養(yǎng)護水、豎井小量涌水等情況，配備一臺5.5kW抽水泵對其進行抽排水。在豎井旁邊放置一臺15kW抽水泵備用，防止雨季施工時，豎井內(nèi)部大量積水。

4.3 豎井內(nèi)土方開挖

豎井開挖必須等待冠梁以及每次上一層結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計強度90%后方可進行。土方開挖采用分層開挖的方法，每節(jié)開挖深度至每節(jié)內(nèi)襯結(jié)構(gòu)上方0.3m處，剩余開挖部分采用人工開挖并開挖成斜坡狀，便于內(nèi)襯結(jié)構(gòu)施工，劃分原則為每節(jié)內(nèi)襯結(jié)構(gòu)高度，如圖7所示。

圖7 第二層土方開挖示意

4.4 豎井內(nèi)襯結(jié)構(gòu)施工

內(nèi)襯結(jié)構(gòu)分節(jié)施工，施工前應(yīng)將地下連續(xù)墻墻面和已澆混凝土接縫處鑿毛并露出粗骨料，鑿毛面用高壓水沖洗干凈并保持濕潤。地下連續(xù)墻因超填進入內(nèi)襯輪廓的混凝土應(yīng)鑿除，以確保內(nèi)襯結(jié)構(gòu)尺寸和鋼筋正確就位。內(nèi)襯結(jié)構(gòu)施工流程如圖8所示。

圖8 內(nèi)襯結(jié)構(gòu)施工工藝流程

為解決內(nèi)襯結(jié)構(gòu)施工縫防水及施工縫處混凝土澆筑飽滿度的技術(shù)問題，內(nèi)襯結(jié)構(gòu)施工縫處做成斜坡狀，除預(yù)埋銅止水外，施工縫位置預(yù)埋φ40注漿管，內(nèi)襯150mm處埋設(shè)止?jié){片，防止?jié){液外漏，止?jié){片采用1.2mm厚U型鍍鋅鐵片。灌漿管路壁厚3mm，管道采用短鋼筋固定牢靠，待主體結(jié)構(gòu)施工完成后進行接縫灌漿確保施工縫防水，見圖9。井壁支模時向外支出一部分，澆筑第二倉時混凝土澆筑超過第二倉頂標(biāo)高，并及時采用震動棒搗固，待混凝土強度達(dá)到要求后將井壁向外凸出的多余部分鑿除，并打磨到和井壁混凝土齊平，見圖10。

圖9 內(nèi)襯施工縫處理斷面

圖10內(nèi)襯支模示意

5 結(jié)語

高富水砂層中超深豎井施工安全風(fēng)險高，所研究的該項施工中的關(guān)鍵技術(shù)保證了工程的施工質(zhì)量和安全，解決了富水砂層中超深豎井施工難點及難題，為類似復(fù)雜地質(zhì)條件下的工程提供了成功經(jīng)驗，具有一定的參考借鑒價值。