原位攪拌塑性混凝土防滲施工技術研究及應用

徐成良

(遼寧省東水西調工程建設局，遼寧 鐵嶺 111003)

施工降排水是制約地下工程施工的關鍵技術和施工難題，也是直接影響施工成本的主要控制對象。不同的地質情況、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砬崴子護岸施工段為實例，對含水層透水系數大、隔水層位于建基面高以上基坑的地質條件、周邊環境進行研究，分析、探討一套經濟、有效的降排水措施，并提出相關優化方案，為相關地質條件的基坑降排水提供參考。

1 工程概況

1.1 簡述

遼寧省重點輸水工程中某段輸水線路主管道為3根DN3600的PCCP管，全長1000.396m。管線位于八棵樹鎮夏家村砬崴子自然村西側，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，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行，管溝開挖前先進行基坑降排水，將管溝內地下水降至管溝底部0.5m以下。

1.2 工程地質

跨越清河段的地層巖性中屬8區段，即樁號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層粉質粘土，黃褐色，潮濕-飽和，可塑狀態，層底埋深1.1～2.8m；下部為第⑦層圓礫，黃色，密實狀態，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、閃長巖、變粒巖，呈全風化。開挖邊坡巖性主要為圓礫及部分中粗砂、少量粉質粘土、殘積土等，管道持力層為全風化閃長巖、花崗巖、變粒巖，詳見圖1。

河道范圍內，主要以砂層為主，河道常年有水，預計開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 降水涌水量計算

(1)

2.2 水泵選擇

溝槽成型后，溝槽兩側設置坡腳處設置縱向排水溝，排水溝底寬0.5m，深0.4m，排水溝不得占壓設計溝槽底寬。根據以上計算，溝槽內每小時出

圖1 地質剖面圖

水量為325.27m3，管溝兩側排水溝中每50m設置一個集水井，每個集水井中各布置三臺流量60m3/h的水泵。

2.3 水泵直接抽排方案經濟分析

根據現場施工環境，無法引接外部電源，只能采用柴油泵或者每個集水坑配備2臺50kW發電機供電，3臺11.5kW電動水泵進行抽排水施工。

表1 每100m基坑降水成本分析表(只考慮運行成本)

現場施工按每100m一個單元進行施工，提前10d進行降排水，1個單元開挖時間約18d(考慮開挖深度的1/3為石方)，管道安裝時間為6d，回填時間2d，一個單元降水周期約36d。

2.4 降水方案的選擇

根據地質情況，該段溝槽主要以強透水層的砂礫層、圓礫層和下部微透水性的風化巖為主，管道持力層主要在風化巖層。采用管井降水，降水管井無法深入持力層以下，不能形成良好的降水漏斗，達不到降水目的；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，并且節約成本，擬采用原位攪拌塑性混凝土防滲墻結合明排降水方案。

3 方案設計

3.1 技術原理

根據現場地質情況，現場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，通過現場充分攪拌形成塑性混凝土隔水墻。另外增加一定量的水泥和水玻璃，水泥可以增加隔水墻的強度，利用水玻璃遇水后迅速凝固可以減少在隔水墻施工過程中細顆粒流失影響隔水效果。

3.2 技術方案

根據現場情況，溝槽南側緊鄰清河，北側為山坡，地下水補給主要來自清河河道，為了減少涌水量，在溝槽南側距溝槽開挖邊線1.5m范圍設置一道塑性混凝土防滲墻，防滲墻嵌入風化巖內，與風化巖隔水層形成一個封閉的隔水體。

施工段溝槽開挖深度約8.0m，砂礫、圓礫透水層厚約3.7～6.5m，下部為全風化巖、強風化及弱風化等巖層。根據有關要求，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，在攪拌過程中，加入水泥、水玻璃等膠凝材料，使之在溝槽內混合均勻，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，不足部分從其它開挖區取土，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

場地平整→施工放線→成槽開挖→粘土灌入→添加水泥→原位攪拌→摻水玻璃→再次攪拌→凝固等強→基坑開挖→明排降水。

4.2 施工方法

4.2.1 場地平整及測量放線

先采用推土機將施工段范圍內表土清除，集中堆存，然后按照規劃位置進行測量放樣，將1.0m成槽段采用白灰線標識清楚。

4.2.2 原位成槽

因為本段施工范圍深度較大，采用長臂反鏟將槽孔范圍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，由挖掘機司機根據抓槽力度憑經驗確定成槽深度。

然后現場技術人員根據槽孔體積計算粘土、水泥和水玻璃摻量，依次在槽內摻入粘土、水泥、水玻璃，然后采用長臂挖掘機翻拌，直至混合料基本均勻后拍填密實。防滲墻采用分段依次成型，每次成型長度根據挖掘機本身性能確定，初步確定為1.0～2.0m，直至全部閉合。

4.3 施工效果檢驗

待3d強度后，再進行該段溝槽開挖，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，大大減少了溝槽內明排降水工作量，有較明顯效果。

5 資源投入

5.1 勞動力資源投入

原位塑性混凝土防滲墻施工主要勞動力資源投入見表2。

表2 勞動力資源投入表 單位：人

5.2 設備資源投入

原位塑性混凝土防滲墻施工主要采用的設備有長臂挖掘機、推土機、裝載機等，具體主要設備資源投入見表3。

表3 設備資源投入表 單位：人

6 結語

塑性混凝土防滲墻主要用于地下防滲施工中，充分利用現有粘土作為膠凝材料，砂礫料作為骨料，采取現場原位攪拌直接形成防滲體系，施工機械采用常規設備，施工方法簡單，容易控制，便于施工，即節約了成本也解決了砂礫料中滲透系數大降排水困難的問題，有較明顯效果。

當然，塑性混凝土防滲墻用于地下防滲施工時也存在不足，比如受地層地質條件限制大。主要適用在透水系數大、透水層厚度小于4.0m的地層條件；在其他復雜條件下可以采用多項措施相結合，已達到施工效果。

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