河口潮汐區強透水地質條件下防滲墻施工關鍵技術研究

1.概述

本文依托倪松攔工程，就河口潮汐地區、強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場進行了系統研究，并有效的指導了生產活動。

1.1 工程概況簡述

倪松閘工程地處福清市龍江流域，距出海口不足10km，屬河口潮汐段，擬建大（2）型水閘一座。分兩期實施，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行防滲處理。

基坑區域發育有卵石層，厚4.5m～9.5m，屬于強透水層，滲透系數達到7.0×10-3。另外，本地區外海潮汐為半日潮，龍江潮汐段的潮位呈現高潮時港內高于港外，低潮時港內低于港外的特點，潮差達6.0m～7.0m。

1.2 工程特點分析

由于本工程緊鄰龍江河口潮汐段河道，加之基坑開挖區域內存在較厚的卵石地層，導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透水性地層的雙重影響，基坑開挖區域內地下水位將呈現出周期性漲落的特點。這會對防滲墻造成反復沖刷，進而破壞樁體的完整性和連續性，使防滲效果大打折扣。

第二，由于地下水豐富，并存在強透水性地層，對防滲墻施工質量提出了更高要求。

2.關鍵技術分析

根據工程特點可以初步確定：河口潮汐地區強透水性地質條件下防滲墻施工的關鍵技術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置輕型井點降水以降低地下水漲落差值，進而減小防滲墻兩側水力梯度，降低地下滲流對防滲墻的沖刷，變非常規施工為常規施工。接下來我們通過現場試驗以及數據分析進行系統研究。

2.1 確定地下水位變化規律

首先，在臨河防滲墻軸線上選取上、中、下游位置打設三口觀察井，井底標高低于最低潮位1.0m。然后，同時觀測井內地下水位和龍江水位，頻率為1次/h，觀測時間24h。通過對觀測數據進行統計分析（潮位變化曲線見圖1）發現如下規律：

(1)地下水水位變化與龍江潮位變化成正相關關系。

(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；當龍江潮位上漲至與地下水位一致時，地下水位出現低水位波谷-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；當龍江潮位回落至與地下水位一致時，地下水位再次出現高水位峰值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，當龍江潮位上漲至與地下水位一致時，地下水位再次出現低水位波谷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0.5h～1.0h的延遲，當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。

(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，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，我們需要依據分析數據制定出合適的降排水策略，以有效降低防滲墻兩側地下水位差值。

首先，當地下水位經歷波峰（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側設輕型井點降水并開始降排水，提前降低地下水位，以減小防滲墻內外側的水力梯度（見圖一）。

反之，當地下水位經歷波谷（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設輕型井點降水并開始降排水，提前降低水位，以減小防滲墻內外側的水力梯度（見圖一）。

經分析可推測：若在臨江防滲墻內外側各設置一排輕型井點降水，并在地下水位回落階段開啟內側降水井進行降排水、在地下水位上漲階段開啟外側降水井進行降排水。此種方法應可有效減小防滲墻內外側的水力梯度，減輕地下滲流對防滲墻的沖刷（見圖一）。

經對涌水量進行計算，初步確定輕型井點管埋深H=7.5m，井點管間距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，我們設計了四組試驗。即在臨河防滲墻軸線處沿同一直線進行四組高壓旋噴樁，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外兩側5m處各布置一排輕型井點降水井，并按不同水位差值進行降排水控制。在高壓旋噴樁施工過程以及完成后的3天時間內，不間斷進行降排水（通過水位差智能感應開關控制）。試驗完成后，對樁體搭接處取芯進行28d強度和透水率檢測，并對樁體進行開挖觀察，具體如下表所示。

通過試驗我們可以得到以下幾點結論：

第一，第一組防滲墻兩側未設置降水井，保持自然水位差，則無法取出完成芯樣，且開挖后發現樁體不完整、搭接部分出現分離，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重，在該條件下無法進行防滲墻施工。

第二，第二/三/四組防滲墻兩側設置降水井后，水位差減小，樁體受到沖刷也隨控制水位差的減小而逐漸減弱，當控制水位差不大于1.0m時，防滲墻搭接處便可取出抗壓強度＞3MPa、透水率＜3Lu的完整芯樣（符合設計規定），即在該條件下可進行防滲墻施工。

第三，隨著控制水位差值的減小，降水井兩側水利梯度迅速增大、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5m范圍內降排水控制水位差是合理的。

3.結語

本文在對龍江河口潮汐段地下水位變化規律進行系統研究的基礎上，制定了“在距防滲墻軸線5m遠的內外側增加輕型井點降水”、“根據地下水位漲落規律針對性的確定了‘水位下降時內側降水、水位上漲時外側降水’的降水策略以減小水利梯度”、“將防滲墻兩側5m范圍內水位差降低到1.0m以內”等一系列措施，確保了防滲墻施工質量。

首先，通過現場試驗得到真實準確的數據；然后，通過對數據的科學分析發現規律；最后，用科學的數據指導實施方案的制定。我們通過科學的方法驗證了在河口潮汐地區存在強透水性地層的條件下進行高壓旋噴樁防滲墻施工是可行的。