薄壁塑性混凝土截滲墻結合深井降水在粉砂土層的應用

華建飛 宮寶軍

（浙江省第一水電建設集團股份有限公司 杭州 310051）

水利工程所處地質條件相對較為復雜，深基坑開挖往往需解決降水問題。粉砂土層含水層滲透系數較大，當基坑開挖深度較大，所處位置地下水與附近河道水力聯系密切時，單單靠布置降水井很難達到有效降低地下水的目的。

1 工程概況

渦河蒙城樞紐建設工程節制閘及船閘所處地層為粉砂土層，根據水文地質資料，地下水豐富，含水層滲透系數大，基坑開挖深度大（開挖深度18m）。

工程區地下水分為孔隙潛水和孔隙承壓水。根據地下水的賦存、運移和排泄特點，潛水主要賦存在淺層粉質壤土、砂壤土層中，其富水程度受土性變化而有所區別，主要接受大氣降水和地表水補給，受渦河水位影響，與渦河水力聯系密切。弱承壓水主要賦存在相對隔水層下部砂壤土、粉細砂等砂性土層中，主要受淮北平原遠處地下水及渦河水的補給。

2 工藝原理

薄壁塑性混凝土截滲墻深基坑降水施工技術核心是薄壁塑性混凝土截滲墻與深井降水的有機結合。薄壁塑性混凝土截滲墻沿預開挖基坑外周設置，底部伸入不透水層，有效阻斷了基坑內外水力聯系。截滲墻采用液壓成槽機成槽，塑性混凝土澆筑，截滲墻厚度40cm，混凝土強度3MPa，低彈模，墻段銜接采用接頭管法，使截滲墻形成四周封閉隔水帷幕。與此同時，截滲墻內基坑降水采用管井降水，管井井管選用混凝土管，混凝土管內徑400mm，壁厚40mm，鉆孔直徑900mm，其中濾管段采用無砂混凝土管，管內徑40cm，管外周圍設置反濾料，管井深度28m，井內放置潛水泵。根據截滲墻圍封基坑尺寸、地下土層滲透系數、地下水位降深、降水管井內徑等參數計算出基坑涌水量、需布置管井數量及潛水泵功率。為監測塑性混凝土截滲墻隔水效果及圍堰內深井降水效果，在截滲墻內外對應設置測壓管，同時通過對截滲墻內外測壓管內水位差觀測，及時調整降水速率，確保基坑內作業安全。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 薄壁塑性混凝土截滲墻施工

（1）構筑導墻

采用全站儀放出截滲墻軸線，采用小型挖掘機挖出導向槽，人工清理平整。再次放出導墻位置，綁扎鋼筋、支設模板、澆筑C15 混凝土。

（2）槽段劃分及抓斗成槽

根據工程地質情況，抓斗斗體開距，澆筑導管布置要求等因素，槽孔長度為：一期槽孔開槽長度6.4m，兩頭設置接頭管，澆筑長度為5.6m；二期槽孔開槽長度6.4m，澆筑長度為6.4m。采用“三抓成槽”施工工藝，成槽過程中采用膨潤土泥漿護壁，新制泥漿的密度控制在1.03～1.08g/cm3，粘度35～55s。

（3）清孔驗收

清孔換漿采用氣舉法將槽孔內淤積與大顆粒沉渣清除，直至滿足設計及規范要求。

清孔結束后1h，清孔標準為：

①孔底淤積厚度不大于10cm。

②孔內泥漿的密度不大于1.15g/cm3，粘度32～50s，含砂量不大于4%。

③二期槽孔清孔結束前，用專用鋼絲刷洗刷槽孔兩端接頭孔的泥皮和地層殘留物，以刷子鉆頭上不帶泥屑，孔底淤積不再增加為合格標準。

（4）下設接頭管

墻段連接采用“接頭管法”，接頭管采用外徑40cm 的圓柱形鐵管。一期槽孔清孔結束后，采用50T 汽車吊在槽孔兩端下設接頭管，并進行孔口固定。混凝土澆筑過程中，根據槽內混凝土初凝情況逐漸起拔接頭管，在一期槽孔端頭形成接頭孔。二期槽孔澆筑混凝土時，接頭孔靠近一期槽孔的側壁形成圓弧形接頭，墻段形成有效連接。

（5）塑性混凝土澆筑

混凝土澆筑采用泥漿下直升導管法，導管內徑為200mm。導管下設嚴格按照規范要求進行，同一槽段兩套導管間距≤3.5m，一期槽段的導管距接頭管為1.0～1.5m，二期槽段的導管距孔端≤1.5m，導管底口距槽底控制在15～25cm 范圍內。

開澆前，導管內放入直徑適當的隔離球，準備足夠的混凝土，以保證開澆后混凝土埋住澆筑導管底口。開澆后保證混凝土的連續供應，槽孔混凝土面上升速度不得低于2m/h。

澆筑時要控制導管埋入混凝土的深度為1.0～6.0m。槽孔混凝土面高差不大于0.5m，終澆高程按超過設計墻頂高程0.5m 控制。澆筑過程中，按每半小時測量一次槽內混凝土面深度，填寫澆筑記錄和繪制澆筑指示圖，核對澆筑方量，指導拆卸導管。

3.2 深井降水施工

（1）鉆機就位及成孔

根據降水設計方案，對管井位置放樣，并按順序做好編號。根據地下土層特征，選用SQZJ-130正循環鉆機鉆鑿，鉆孔到設計深度后，要清孔換漿，把泥漿調整到1.05g/cm3左右，鉆孔直徑900mm，并做好鉆孔過程記錄。

（2）吊放井管

采用托盤鋼絲繩下管法下井管，井管與井管之間接口用300mm 寬的土工布封口并用12#鐵絲捆扎，以保證井管接口封閉，濾料不會從接口進入井內。井管外用4～5cm 寬的毛竹片和鐵絲捆扎連接，做好沉管記錄資料。

（3）回填濾料、封口

井管下好后，濾管段外圍立即回填濾料，上部采用粘土球進行回填封口。

（4）放泵洗井

濾料回填后，立即放置潛水泵并抽水反復洗井，直至井水清洗達到規范要求為止。洗井時若出現井水中含有濾料，應停止洗井，檢查原因，進行處理，必要時要報廢掉，并按封井要求進行封井，然后再必要時補井。

（5）單井抽水試驗

深井洗井合格后，進行單井抽水試驗，檢查單井出水能力是否達到設計要求，及單井抽水影響范圍如何。

（6）群井降水運行

在截滲墻外側布置排水溝，每個單井抽水直接排入外圍主排水溝中。在相鄰單井中間和基坑內布置若干口直徑為75mm 的PVC 管觀測井，及時觀測水位降深情況。安排專人每天對降水系統進行檢查，主要檢查出水含砂量、水泵運行狀況、管線狀況等，尤其水井出水含砂量應按要求嚴格控制。

（7）降水完畢設備拆除、封井

基坑降水完成后，應立即拆除降水系統，并對所有降水井、觀測井進行封填，封井要盡可能恢復到地層的原始狀態。先投中粗砂，后細砂，至含水層頂部。上部濾料連同井管一并拆除，再用粘土分層回填、分層夯實，直至地面。

4 材料與設備

4.1 制漿材料

選用鈉基膨潤土制備護壁泥漿，膨潤土具有造漿率高、粘度大、比重小、固壁效果好等優點。新制泥漿的密度不大于1.07g/cm3，馬氏漏斗粘度18～30s。

4.2 截滲墻墻身材料

截滲墻采用塑性混凝土，混凝土強度3.0MPa，彈性模量300～1000MPa，水泥采用32.5R 等級復合硅酸鹽水泥，砂采用河砂，碎石采用一級配，粉煤灰選用二級粉煤灰。

4.3 深井降水材料

井管選用混凝土管，濾管段選用無砂混凝土管，濾管周圍包裹80 目錦綸濾網，用30～50mm 寬毛竹片導向和12#鉛絲纏繞，濾料選用中粗砂。

5 質量控制

5.1 薄壁塑性混凝土截滲墻質量控制

5.1.1 造孔質量控制

造孔檢查內容包括槽段的位置、輪廓尺寸、孔斜率和孔深等，其質量標準見表1。

表1 造孔檢查內容及質量標準表

5.1.2 清孔質量控制

清孔階段應當檢查孔底淤積厚度、孔內泥漿質量，二期槽孔還應檢查接縫面泥皮刷洗情況。各檢查項目質量要求見表2。

表2 清孔質量標準表

5.1.3 截滲墻墻體材料

混凝土墻體材料，入孔坍落度應為18～22cm，擴散度應為34～40cm，坍落度保持15cm 以上的時間應不小于lh；初凝時間應不小于6h，終凝時間不宜大于24h。

塑性混凝土的水泥用量不少于80kg/m3，膨潤土用量不宜少于80kg/m3，膠凝材料總量不宜少于240kg/m3，混凝土密度不小于2100kg/m3。

5.1.4 混凝土澆筑質量控制

（1）導管埋入混凝土的深度不得小于1m，不宜大于6m。

（2）混凝土面上升速度不應小于2m/h。

（3）混凝土面應均勻上升，各處高差應控制在0.5m 以內。

（4）每隔30min 至少測量一次槽孔內混凝土面深度，每隔2h 至少測量一次導管內混凝土面深度，并及時填繪混凝土澆筑指示圖，以便核對澆筑方量。

（5）槽孔口應設置蓋板，避免混凝土散落槽孔內。

（6）不符合質量要求的混凝土嚴禁澆入槽孔內。

（7）應防止入管的混凝土將空氣壓入導管內。

5.2 深井降水質量控制

（1）管井成孔直徑要與井管直徑相匹配，確保濾管外圍的過濾層厚度。

（2）井點成孔后應及時下井管，井管安放應力求垂直并位于井孔中間，井管頂部應比自然地面高O.5m。

（3）濾管在井孔中位置偏移不得大于濾管壁厚。

（4）井管與土壁之間填充的濾料應一次完成，上部采用不含砂石的粘土封口。

（5）每臺水泵應配置一個控制開關，主電源線路要沿深井排水管路設置。

（6）基坑周圍井點應對稱、同時抽水，使水位差控制在要求限度內。

6 結語

本工程薄壁塑性混凝土截滲墻深度達30m，截滲墻內布置深度28m 的降水深井。傳統地下截滲采用高壓旋（擺）噴墻較多，而當地下土層分層較多時，針對不同的土層旋（擺）噴墻的均勻性較差，地下水位落差較大時，易發生破壞，墻體可靠性不高，而采用塑性混凝土截滲墻深基坑降水施工技術，截滲墻底部伸入不透水層，阻斷了基坑內外水力聯系，防滲效率高，截滲效果好，可靠性高。同時在降水深井降排水作用下，安全有效降低了基坑內地下水位，確保了工程施工進度，降低了施工成本，具有顯著的經濟和社會效益。經造價分析計算，采用傳統高壓旋（擺）噴墻造價約3200 萬元，而采用塑性混凝土截滲墻造價約2600 萬元，節約投資約600 萬元。該施工技術適用于地下水較豐富且基坑開挖深度較大的工程，尤其對地下水水力聯系密切的工程更為適用■