雙輪銑削截滲墻施工技術(shù)研究與應(yīng)用

鐘勝ZHONG Sheng；蔣軍JIANG Jun；徐娣XU Di；李飛隼LI Fei-sun

（①安徽水安建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，合肥 230601；②湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢 430202）

0 引言

當(dāng)前在深基坑圍護(hù)防滲工程施工中，多采用傳統(tǒng)深層攪拌技術(shù)來施工截滲墻[1-3]，墻體整體性差，防滲效果不佳，且施工效率低，過程中有較多泥漿排放，對周圍環(huán)境的平衡性產(chǎn)生較大的破壞[4-5]。

為解決以上技術(shù)難題，研究對傳統(tǒng)深層攪拌技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，與雙輪銑槽機(jī)結(jié)合共同進(jìn)行施工，形成了雙輪銑削截滲墻DWM（Double Wheel Milling cutoff wall）施工技術(shù)[6-7]。在引江濟(jì)淮工程的引江濟(jì)巢段中，該技術(shù)成功運(yùn)用于菜巢線施工C001 標(biāo)泵站工程中，克服了深基坑場地工作面不足、地下水量大、工段零散等一系列問題，施工現(xiàn)場澆筑的截滲墻墻體均勻密實(shí)，幅間完全銑削連接，接合面無冷縫，接頭少，整體性強(qiáng)，施工中自動跟蹤糾偏，成墻垂直精度高，實(shí)踐中取得了良好的防滲效果。

1 雙輪銑削截滲墻施工技術(shù)

1.1 施工原理

雙輪銑削截滲墻施工技術(shù)由液壓雙輪銑槽機(jī)和傳統(tǒng)深層攪拌的技術(shù)特點(diǎn)相結(jié)合起來，在掘進(jìn)注漿、供氣、銑、削和攪拌的過程中，兩個(gè)銑輪相對相向旋轉(zhuǎn)，銑削地層；同時(shí)通過凱氏方形導(dǎo)桿施加向下的推進(jìn)力向下掘進(jìn)切削。在此過程中，通過供氣、注漿系統(tǒng)同時(shí)向槽內(nèi)分別注入高壓氣體、固化劑和添加劑（一般為水泥和膨潤土），其注漿量為總注漿量的70%～80%，直至要求的設(shè)計(jì)深度。此后，兩個(gè)銑輪作相反方向相向旋轉(zhuǎn)，通過凱氏方形導(dǎo)桿向上慢慢提起銑輪，并通過供氣、注漿管路系統(tǒng)再向槽內(nèi)分別注入氣體和固化液，其注漿量為總注漿量的20%～30%，并與槽內(nèi)的基土相混合，從而形成由基土、固化劑、水、添加劑等形成的混合物，如圖1。雙輪銑削截滲墻施工技術(shù)與傳統(tǒng)深攪水泥土工法不同之處在于兩組銑削攪輪以水平軸作相對相反方向旋轉(zhuǎn)均勻銑削攪成矩形槽段的改良土體，后經(jīng)相互墻體幅間嵌接而形成等厚的壁式地下連續(xù)墻。

圖1 銑、削、攪水泥土成墻過程

1.2 施工流程

施工流程包括施工準(zhǔn)備、安裝調(diào)試、開溝、設(shè)備就位、噴氣注漿銑削攪拌下沉、噴氣攪拌提升、成墻移機(jī)。施工流程圖如圖2 所示。

圖2 施工流程圖

2 工程應(yīng)用

2.1 工程概況

樅陽引江樞紐是引江濟(jì)淮工程兩大引江口門之一，主要建筑物由泵站、節(jié)制閘和船閘等組成，其中泵站引江抽水規(guī)模為166m3/s，共裝機(jī)組5 臺套，總裝機(jī)功率17000kW。樅陽泵站三面環(huán)水，臨長江、臨長河、臨破罡湖，水系復(fù)雜，且承壓含水層與周邊水系連通，泵站基坑開挖深約17m，集水室部位深達(dá)20m，并且地質(zhì)條件較差，多為淤泥質(zhì)土，工程區(qū)存在10m 左右的高壓塑性淤泥質(zhì)粉質(zhì)壤土，施工難度大技術(shù)要求高。

2.2 地下水特征

據(jù)據(jù)工程地質(zhì)資料，在地面以下50m 勘探深度范圍內(nèi)，地下水類型為孔隙水，根據(jù)地層巖性和含水層特征可劃分出孔隙潛水和孔隙承壓水：孔隙潛水主要儲存于人工填土及①、②層粉質(zhì)壤土、淤泥質(zhì)土中，主要受大氣降水補(bǔ)給，且與地表水存在一定的水力聯(lián)系，具有水量小、水位變化大的特點(diǎn)；孔隙承壓水主要儲存于②4、③、⑤2、⑥1層砂性土層中。按其埋藏特征，承壓水可分為3 個(gè)含水層，場地②層淤泥質(zhì)土、④、⑤層重粉質(zhì)壤土透水性較弱，具有隔水作用，為相對隔水層。第一承壓含水層由②4層粉細(xì)砂、砂壤土組成，厚度0.4～7.0m，多呈透鏡體狀，主要受大氣降水及河水補(bǔ)給，該含水層埋藏較淺，在長河河道中和附近溝塘可能已出露，但由于夾較多粘性土，滲透性相對較弱，其與長河和附近溝塘有較強(qiáng)的水力聯(lián)系；第二、三承壓含水層由③、⑤2、⑥1層細(xì)、中砂組成。厚度分別為0.45～6.80m、0.50～15.60m，該兩個(gè)含水層埋藏較深，與附近溝塘、長河水力聯(lián)系較弱，其層頂板局部在夾江及長江主河道有出露，與長江有一定的水力聯(lián)系。施工前在現(xiàn)場進(jìn)行了單井抽水試驗(yàn)，觀察各觀測井的水位降深情況，可以得到工程區(qū)地層綜合滲透系數(shù)為31.03m/d（3.6×10-2cm/s），影響半徑為311.27m。

2.3 基坑支護(hù)及降排水措施

綜合分析本工程特征，泵站主基坑采用雙輪銑削水泥攪拌截滲墻+坑內(nèi)疏干井、坑外降壓井的排水措施。泵室及上下游連接段采用80cm 厚水泥土截滲墻截?cái)嘀骰优c外界水源連通，坑內(nèi)布設(shè)6 口深井疏干，降低地下水位，以保證干地施工條件，坑外距離截滲墻8m，平均距離約30m共布設(shè)26 口降壓井改善水泥土截滲墻受力和變形，為保證基坑邊坡穩(wěn)定，在基坑右岸▽6.00m，上游右岸翼墻▽-1.00m 采用水泥土攪拌樁加固邊坡。

水泥土截滲墻采用0.8m 厚，P.O42.5 復(fù)合硅酸鹽水泥摻量18%的DMW 工法落地式深層水泥土攪拌墻，施工平臺▽7.00m，墻頂高程▽-0.60m，墻底高程▽-24.5m，穿越淤泥質(zhì)重、中粉質(zhì)壤土，細(xì)砂、砂壤土，粗砂、礫石進(jìn)入⑩3層微～新鮮泥質(zhì)粉砂巖1.50m，每幅寬度2.8m，間距2.5m（咬合0.3m）。

在坑內(nèi)距離建筑物周邊10m 左右位置布置6 口疏干井，坑外距離截滲墻5m 布設(shè)26 口降壓井。深井施工平臺為地面（高程約7m），井管隨挖土深度增加而逐段拆除，以降低井管高度，便于土方開挖和墊層底板施工，開挖后深井井口高程為1.00m 左右。開挖后的深井全長為17m，深井井底高程-20.00m。其中在泵室上3 口，下游2 口深井加密布置，深井間距為20.00m 左右，且深井井底▽-20.00m，用以降低上下游引渠地下水位。泵站基坑共布設(shè)32 口深井。基坑支護(hù)及降排水平面圖如圖3，剖面圖如圖4。

圖3 泵站基坑支護(hù)及降排水平面圖

圖4 泵站基坑支護(hù)及降排水典型剖面圖

2.4 注意事項(xiàng)

DMW 工法機(jī)械功率較大，電流較大，對電力要求較高，需提前做好謀劃。施工過程中置換泥漿量較大，存在泛漿現(xiàn)場，置換出來的泥漿要及時(shí)外運(yùn)，做好現(xiàn)場的安全文明施工；整機(jī)自重較大，需先用挖掘機(jī)對施工現(xiàn)場進(jìn)行平整硬化，并提前在主機(jī)下面墊上鋼板或路基箱。

2.5 實(shí)施效果

泵站基坑監(jiān)測從2020 年8 月測定初始值開始，到2021年9 月全部基坑回填結(jié)束為止。監(jiān)測結(jié)果顯示基坑坡頂豎向位移沉降最大值為-21.9mm，變形速率為-0.06mm/d，基坑坡頂水平位移最大值為21.9mm，變形速率為0.06mm/d，基坑深層水平位移最大值為12.6mm，變形速率為0.03mm/d，監(jiān)測結(jié)果說明整個(gè)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)總體運(yùn)行正常，基坑變形穩(wěn)定。

在對基坑出水量監(jiān)測中，截滲墻內(nèi)單井出水量最大40m3/h，基坑總的疏干排水量約0.4 萬m3/d，截滲墻外單井出水量最大38m3/h，總的出水量約1 萬m3/d。截滲墻外地下水位保持在-3m 高程左右，截滲墻內(nèi)地下水位保持在-9m高程，其中基坑內(nèi)地下承壓水位由6m 降至-9m，最大降深15m。地下水承壓水位降至基坑建基面以下約1m。基坑從2020 年8 月中旬開始大面積開挖，歷時(shí)15 天開挖約20 萬方，有效地降水措施保證了基坑開挖和支護(hù)的安全穩(wěn)定。

通過采用雙輪銑削深攪地連墻機(jī)施工，解決了截滲墻施工難題，為本項(xiàng)目節(jié)約了成本，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。雙輪銑削深攪墻施工過程對周邊環(huán)境幾乎沒有影響，水泥土28 天的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥0.5MPa，部分達(dá)到2MPa，設(shè)備自帶垂直度控制系統(tǒng)，成墻垂直度控制在5‰以內(nèi)，同時(shí)能有效確保搭接效果滲透系數(shù)達(dá)到10-6cm/s 量級，能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的止水帷幕。

3 應(yīng)用前景

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

在引江濟(jì)淮工程的引江濟(jì)巢段，雙輪銑削截滲墻施工技術(shù)成功應(yīng)用于菜巢線施工C001 標(biāo)泵站工程深基坑中，大大了降低了施工成本。施工60cm 厚截滲墻，采用塑性混凝土連續(xù)墻施工，每平方米成本造價(jià)600～700 元；采用高噴施工，每平方米成本造價(jià)400～500 元；采用TRD（Trench cutting Re-mixing Deep wall method）技術(shù)施工，每平米成本造價(jià)600～800 元，采用三軸水泥土攪拌墻技術(shù)施工，每平米成本造價(jià)400～500 元，采用DWM 技術(shù)施工，每平米成本造價(jià)約300～400 元。通過對以上比較，DWM 技術(shù)較為經(jīng)濟(jì)。具體見表1。

表1 地下連續(xù)墻單價(jià)分析表（截滲墻厚60cm）

3.2 社會效益

雙輪銑削深攪地連墻機(jī)及其施工工藝的研發(fā)為大深度構(gòu)造物支護(hù)方式提供了行之有效的手段，在大型深基坑支護(hù)、擋土及承重方面解決了重大技術(shù)問題。作為基坑支護(hù)方法之一，是一種采用獨(dú)特的成墻施工設(shè)備在地下構(gòu)筑連續(xù)墻體的基礎(chǔ)工程新技術(shù)，具有擋土、截水、防滲和承重等多種功能；既可作為施工過程的支護(hù)設(shè)施，也可作為結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。

DWM 技術(shù)成功地解決了軟弱質(zhì)土、承壓水位高條件下、超深連續(xù)墻施工難題。C001 標(biāo)泵站工程通過采用雙輪銑削深攪地連墻機(jī)施工，高效、保質(zhì)、保量地完成了泵站截滲墻施工任務(wù)，是類似地質(zhì)條件下水泥土截滲墻的施工典范，為安徽甚至全國類似工程施工提供了可借鑒的施工經(jīng)驗(yàn)。因此該技術(shù)具有非常好的社會效益。

3.3 環(huán)保效益

該技術(shù)可用于污水處理問題，并改善水環(huán)境。在用于攔截地下水而形成的地下水庫或防止地下水污染時(shí)，對防止生態(tài)環(huán)境惡化、保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境、興利除害也是一項(xiàng)具有顯著社會效益的可持續(xù)發(fā)展技術(shù)手段。

4 結(jié)論

雙輪銑削截滲墻DWM（Double Wheel Milling cutoff wall）施工技術(shù)適用于淤泥、砂、礫石及中硬度巖石等地層的防滲和基坑支護(hù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①雙輪銑成墻過程由銑、削、攪、氣、漿共同作用，造成的墻體均勻密實(shí)，幅間完全銑削連接，接合面無冷縫，接頭少，整體性強(qiáng)且防滲性能好。施工過程中自動跟蹤糾偏，從而成墻垂直精度高，能有效將槽孔垂直度控制在5‰以內(nèi)。

②對復(fù)雜地層適用性強(qiáng)，設(shè)備操作便捷，鉆進(jìn)效率高。特別是在一些臨江超厚、上軟下硬的復(fù)雜地層中地下截滲墻的施工，不僅加快了施工的進(jìn)度，而且將工程造價(jià)有效地降低。

③環(huán)境影響小，無泥漿排放，實(shí)現(xiàn)了綠色施工。