高噴截滲墻在泵站工程基坑開挖中的應用

盧正雷 孫德震 劉恩勝

（山東水利工程總公司 濟南 250014）

1 工程概況及地質現狀

萬年閘泵站位于韓莊運河中段，是南水北調東線工程的第八級抽水梯級泵站，設計輸水規模125m3/s，泵站所處地貌單元為山前沖洪積平原，地面高程29.4～30.2m。清污閘及下游出水池扭坡段設計底高程20.4m，進水池及泵房段設計最低高程12.92m。

在基坑開挖內泵房底板邊線南側4m處鉆探一眼試驗井，井孔直徑60cm，井底入巖1m，井底高程10.0m。鉆井揭示的地質剖面狀況為：18.0～20.5m高程為粘土夾姜石；13.0～18.0m高程為硬塑粘土；11.0～13.0m高程為中粗砂夾粘土，中粗砂含量約占50%；11.0m高程以下為粘土巖。

從現場抽水試驗情況來看，當水位降至16.0m高程時，抽水與涌水處于相對平衡狀態，出水量在15m3/h左右。當基坑開挖至20.4～20.7m高程時，承壓水上覆土厚度足以抵消承壓水的揚壓力，基坑處于比較安全的狀態。

2 高噴截滲處理方案

2.1 截滲墻布置方案

從招標文件及現場鉆井所掌握的地質資料來看，泵站場區地下水為第四系孔隙潛水、承壓水和基巖裂隙水，其中，中粗砂夾粘土中賦含的水為承壓水，承壓水水頭高度約為11m。為避免出現基坑突涌現象，確保基坑開挖繼續進行，計劃20.4m高程以下基坑采用高噴截滲方案進行圍封處理。為了給高噴施工創造有利條件，根據地質情況和滲透系數計算結果，計劃首先在基坑開挖線外2m按30m間距四周打降水井，降水井深入基巖1m，高噴施工前通過降水井抽排把地下水位降至16.0m高程以下，以避免承壓水涌水對高噴帶來的不利影響并降低承壓水對上覆土層的揚壓力，確保基坑安全。左右兩岸墻軸線距建筑物底板外邊線10m，開挖邊坡按1∶2控制，這樣能保證板墻外承壓水上覆土厚度滿足5m，上下游板墻軸線按板墻外設計開挖底高程至承壓水層滿足5.0m覆土厚度布置。經計算，高噴軸線四邊周長共352m，周邊排水井共計9眼，高噴軸線布置及排水井布置情況見圖1。

2.2 高噴截滲墻施工參數

高噴截滲墻采用兩序孔施工，根據現場具體情況經過試噴后確定，鉆孔孔徑127mm，孔距按1.5m布置。為有效保證工程截滲效果，設計入巖深度為1m，在巖層內及巖面上0.5m范圍內采用高壓旋噴，在中粗砂夾土及砂壤土層內采用高壓擺噴，板墻向上伸入相對隔水層2m，在相對隔水層內同樣采用高壓擺噴。旋噴灌漿轉速為6r/min，提速 7m/min；擺噴角度為 30°，擺噴速度為7～8次/min，成墻厚度最薄處不小于10cm。成墻后墻的立面形式及剖面形式見圖2、圖3。

2.3 高噴截滲墻施工工藝

a.首先布設測量網點，定出鉆孔孔位，然后在不影響施工的地方用挖掘機預先挖好沉淀池和廢漿池。

b.用地質鉆機對孔位鉆孔，直至設計深度，為保證鉆孔垂直度，該工程采用XY—2型地質鉆機鉆孔。該鉆機具有機身重、鉆桿粗、回轉運行穩定、工效高、成孔垂直度高等優點，用于較深的高噴造孔在垂直度方面有明顯優勢。

圖1 基坑高噴截滲及排水井布置情況（單位：m）

圖2 板墻立面圖（單位：m）

c.鉆孔完畢后用高噴臺車下管進行高噴灌漿施工，高噴臺車采用GP—5型臺車。該臺車具有全液壓控制、自動步履、自帶監控平臺、提升高度大等優點。高噴施工采用三管法，施工時高壓水對地層土進行沖擊破壞，同時攜帶水泥漿與原地層摻攪，最終形成一道連續的防滲幕墻。此次施工采用旋噴、擺噴相接合的施工方法，能夠有效解決不同地層的噴射問題。

施工工藝流程見圖4。

圖3 板墻剖面圖（單位：m）

圖4 高噴截滲墻施工流程

3 施工方法及控制要點

a.施工前首先對場地進行平整，用推土機進行整平、碾壓。

b.高噴孔定位。在施工軸線上按設計要求進行放線定位，各孔采用統一編號，孔位偏差不大于5cm。孔位樁打入地面下0.1m，妥善保護。

c.造孔。采用XY—2型地質鉆機鉆孔，采用水沖巖芯鉆具，鉆孔孔徑127mm，鉆進采用泥漿循環護壁，按先Ⅰ序孔、后Ⅱ序孔鉆孔。鉆孔前將鉆機放置水平，鉆進過程中隨時利用水平尺檢查鉆機水平狀況，以保證垂直度，控制鉆孔偏斜不大于孔深的1%。鉆孔結束后用測斜儀測量孔斜率及孔斜方位。施工中，對孔深、地層及孔斜做好記錄，對出現的異常現象及時記錄和報告，以便采取相應措施，確保質量。

d.下噴射管。將臺車移至孔位，將噴頭各部位做檢查后妥善保護（如個別部位無法確認，可孔口試噴），將噴射管下至設計深度，同時將井口擺動裝置調整好方向，并與其他工序互相配合，做好灌漿前的準備工作。

e.制漿：

?本工程水泥采用32.5R普通硅酸鹽水泥，要求水泥細度通過4900孔/cm2篩篩余量不大于5%；

?灌漿用水泥必須符合質量標準，并按批量收集出廠合格證并進行抽樣檢驗，不合格的水泥不得進場，嚴禁使用受潮結塊的水泥，工地現場水泥存放應采取嚴格的防潮措施并做好水泥進場調配，縮短存放時間；

?該工程地下水水質優良，制漿用水從降水井中抽取；

?制漿材料嚴格稱量，誤差小于5%。水泥等固相材料采用重量稱量法。漿液必須攪拌均勻并現場測定漿液密度。施工中隨時對現場水泥進行計量，嚴格按配合比制漿；

?漿液的穩定性和自由析水率每5天測一次，如漿料發生變化，隨時加測。

f.灌漿。同時啟動高壓水泵、空壓機、攪拌機、泥漿泵等配套設備，將各項工藝參數調整到符合施工要求后，開始噴射，待孔口返漿后按7cm/min的速度開始提升，這樣就自下而上形成了高壓噴射灌漿防滲板墻。在灌漿過程中，隨時檢查漿液比重，注意孔口冒漿情況，如孔口出現不返漿，說明下部地層中有大空隙或集中漏水通道，此時應立即停止提升，采取充砂或摻加速凝劑等措施使其返漿，以確保防滲墻的連續性。

噴射過程中隨時檢查設備運行狀況，做好各環節配合，避免中斷，如因停電、機械故障造成停噴時間達24h以上，繼續噴射時，則將噴頭下插50cm開噴，確保板墻在高度上的連續性。Ⅰ序孔、Ⅱ序孔灌漿間隔時間不小于3天。

g.回漿利用。從孔口冒出的部分漿液，除了被切割的地層顆粒外，大部分為水泥漿，將冒漿導入事先挖好的沉淀池，使地層中粗顆粒沉淀，并盡快將沉淀后的水泥漿泵送回攪拌機回收利用，這樣既節約水泥、節省投資，又保護了環境。

h.回灌。待噴射管提到設計高程后，噴射灌漿結束，然后向孔內不斷灌入符合質量要求的水泥漿，直到漿液不再下沉為止，以避免因漿液排水固結引起防滲墻頂部出現塌陷。

i.封孔。采用0.6∶1的水泥漿泵壓封孔。

j.棄漿排放。舍棄的漿液排放至廢漿坑，等晾干后用自卸汽車拉至棄土場。

4 使用效果

高噴截滲板墻完工后，經開挖檢驗，基坑截滲效果良好，確保了泵站底板干地施工，完全達到設計和施工要求。高噴截滲墻在萬年閘泵站基坑開挖中的成功應用，對今后南水北調工程陸續開展的泵站工程中類似的深基坑開挖有著廣泛的借鑒和指導意義。