地下防渗墙在幸福河至长江段排捞工程的应用探讨

地下防渗墙在幸福河至长江段排捞工程的应用探讨

  白粒盟

中国水利水电第九工程局有限公司

摘  要：地下防渗墙是利用各种挖槽施工设备，并借泥浆护壁的作用，在需要进行防渗的部位挖出窄而深的沟槽，然后在其沟槽内浇筑一定量的防渗材料，形成连续的地下防渗墙体，防止墙外的水渗入到墙内，保证透水地基的渗透稳定。防渗墙不仅仅用于水利水电工程的大坝、围堰、水闸和堤防，而且广泛用于大型矿山基坑、各种尾矿坝和工业废渣场及市政工程等方面。本文介绍地下防渗墙在邻近长江的幸福河南站规模为大（2）型，工程等别为Ⅱ等的泵站段地下防渗墙施工中的应用。

关键词：防渗墙；长江；排捞工程

1  工程概述

    幸福河南站枢纽位于安徽省望江县华阳镇陶寓村境内，由幸福河向长江的同马大堤桩号 90+060处的排捞工程，全长2.3公里。枢纽工程主要建筑物由引水渠、排涝进水闸、前池、进水池、泵房、压力水箱、 穿堤箱涵、防洪闸及出水渠等组成。工程总装机容量为 13200kW，设计排涝流量机排 96.9m³/s。该泵站等别为Ⅱ等，规模为大（2）型。主要建筑物为 2 级，主要包括排涝进水闸、前池及进水池、泵房、压力水箱、穿堤箱涵等。次要建筑物 为 3 级，临时建筑物为 4 级。泵站、穿堤建筑物及出口防洪闸级别为 2 级。

2  泵站区工程地质

根据勘察成果，泵站区地层分布具有如下特点：场地表层一般覆盖新近堆填土层（Qs）或耕植土层；场地覆盖层主要由第四系全新统（Q4）为主，为长江左岸河漫滩一级阶地，多为冲洪堆积形成；下卧基岩为白垩系上统海形地组（K2h）砾石，属沉积岩。按其岩性、地质时代，成因类型的差异，可分为8个工程地质层。

（①1层）杂填土层（Qs）：该层层底深度 0.4～1.8m，层底标高 9.77～20.54m，层厚 0.4～1.8m。（①2层）素填土层（Qs）：该层层底深度 0.4～6.5m，层底标高 9.46～15.64m，层厚 0.4～5.9m。（①3层）耕植土层：该层层底深度一般 0.5m，层底标高9.69～14.39m，层厚一般0.5m。

（②1层）砂壤土：该层层底深度 0.7～8.7m，层底标高 8.79～13.06m，层厚0.2～2.4m。（②2层）淤质粉质黏土：该层层底深度2.0～4.5m，层底标高 8.72～11.66m，层厚0.6～1.5m。（②层）粉质黏土：该层层底深度1.4～13.0m，层底标高6.94～11.71m，层厚 0.7～6.0m。

（③层）该层层底深度6.1～15.4m，层底标高-3.82～7.76m，层厚0.7～14.3m。（③1层）粉细砂：该层层底深度5.5～10.5m，层底标高0.13～5.78m，层厚0.4～3.9m。（③2层）砂壤土：该层层底深度6.5～11.7m，层底标高0.71～7.86m，层厚 0.8～2.4m。（③3层）粉质黏土：该层层底深度3.5～6.0m，层底标高6.52～7.88m，层厚0.5～1.9m。（③4层）粉质黏土夹粉细砂：该层层底深度7.0～17.1m，层底标高-5.11～7.38m，层厚0.7～7.3m。

（④层）粉细砂：该层层底深度7.7～33.3m，层底标高-14.01～7.36m，层厚0.7～18.8m。

（⑤1层）粉质黏土：该层层底深度10.0～25.2m，层底标高-11.4～4.54m，层厚1.4～3.3m。（⑤2层）粉质黏土夹粉细砂：该层层底深度12.7～35.9m，层底标高-17.82～2.66m，层厚0.6～20.9m。

（⑥层）细砂：该层层底深度37.7～38.7m，层底标高-24.84～-23.18m，层厚7.8～13.7m。（⑥1层）粉质黏土夹粉细砂：该层层底深度 21.6～31.6m，层底标高-17.36～-8.88m，层厚0.6～3.8m。

（⑦层）砂砾石：该层仅 CZ6 钻孔揭穿，层底深度42.6m，层底标高-27.28，层厚 4.1m。

（⑧层）砾岩：该岩层分布场地下部，仅CZ6 钻孔揭示，钻孔揭示深度范围内岩体一般呈强风化状态，一般呈红白、紫红色，岩芯一般呈短柱状，局部风化较完全呈胶结状砾质壤土状，属较软岩。该层钻探深度范围内未揭穿。

3  防渗墙施工

3.1 施工方法及施工工艺

根据该工程泵室段地质情况，采用液压抓斗成槽，膨润土泥浆护壁，泵吸反循环法置换泥浆清孔，防渗墙采用商品混凝土，直升导管法浇筑水下混凝土，接头管法进行一、二期槽段连接。防渗墙施工工艺见图1。

图1 防渗墙施工工艺流程图

3.2 施工设备的配置

成槽设备采用上海金泰工程机械有限公司履带式SG50A液压连续墙抓斗机，额定功率266KW，主机重量72T，抓斗重量14～25T，成槽宽度0.3～1.5m，最大成槽深度75m。起吊设备采用中联履带式ZCC100起重机，发动机功率为199KW。

拨管设备采用BG600液压拨管机。泥浆搅拌设备选用ZJ800型旋流立式高速搅拌机，高速搅拌机主要由搅拌罐、高速泥浆泵、电机、管路和阀门等组成。

3.3 泥浆要求及固壁

本工程采用膨润土泥浆，泥浆起固壁、冷却、携带及悬浮岩屑等作用。膨润土泥浆初步配合比为水1000L、膨润土30～55kg。施工前应根据设计和施工要求、施工条件确定固壁泥浆的种类和性能指标，完成泥浆配合比试验、选择工作。膨润土浆液性能指标见表1。

表1 膨润土浆液性能指标

根据图1防渗墙施工工艺流程图可知，泥浆固壁从成槽施工至水下混凝土浇筑和拔管施工，固壁的泥浆面都应保持在导墙顶面以下0.3～0.5m。

3.3 试验槽段施工

防渗墙施工前，在防渗墙轴线附近完成了试验槽段的施工，取得有关造孔、成槽、泥浆固壁、墙体混凝土浇筑、接头管拨起等施工工艺及参数。

试验槽段的导向墙为0.3m厚的矩形钢筋混凝土，长度6.0m，槽宽0.7m，墙深1.5m，导向墙顶面高程为9.5m，挖槽深度40m，水下混凝土浇筑高度35m。

3.4 防渗墙成槽施工

3.4.1 防渗墙形式及施工平面布置

C25的防渗墙在泵站的前池和进水池基础范围四周形成68.4×48.6m封闭的矩形，防渗墙厚0.6m，防渗墙总长234m。防渗墙开挖平均深度为39m，防渗墙浇筑高度为32～38m，有6～11m的空墙段。

施工平台和泥浆站都布置在防渗墙封闭的矩形区域内，施工平台高程为9.5m，施工平台内设12m宽的循环施工便道。

供防渗墙使用的泥浆站，在现场施工平台上采用了20个6×2×2.2m集装箱组合成为泥浆池系统，减少了泥浆池的开挖和保证防渗墙周边土体的稳定性，起到了保护环境，文明施工的要求。施工平面布置见图2。

                          图2 施工平面布置图

3.4.2 槽段的划分及成槽顺序

防渗槽共划分为40个槽段，其中2个4m长的槽段，4个转角为5.5m长的槽段，34个6m长的槽段，并在现场进行各槽段和标高的标定。将40个槽段划分一期和二期进行施工，一期先挖偶数段，二期挖奇数段。一期开挖时，采用跳挖法施工，即本槽段开挖完成后，至少要隔3个槽段挖下一个槽段。

3.4.3 每个槽段的施工方法

针对项目地质特点和槽深情况，拟采用“纯抓法”的成槽工艺，即采用“三抓法”施工，先抓槽段两侧主孔，两侧主孔挖至距设计槽底深度后，再挖中间副孔到设计槽底（见图3）。

                              图3 三抓法

3.4.4 槽孔建造及清孔

槽孔建造设备采用履带式SG50A液压抓斗成槽机，为保证开挖的垂直度，可通过成槽机操作室显示仪表情况进行纠偏。槽孔建造时，固壁泥浆面应保持在导墙顶面以下0.3～0.5m。当孔深接近设计深度时，密切注意成槽过程中的土样，对照设计勘探资料对所遇到的地层土样比较，并填写地层的分层深度、取样时间等标签，标签填写好后装袋保留。终孔孔壁应平整垂直，孔底不应有梅花桩、小墙等，终孔验收项目（见表2），验收合格后方可进行清孔换浆工作。

                             表2 终孔验收项目表

清孔换浆采用抓斗捞取厚渣，后用泵吸法换浆，清孔换浆结束后1h，在槽孔底部0.5~1.5m部位取样，进行泥浆试验。清孔后孔底淤积厚度不大于100mm，泥浆指标满足表1的要求。

对于二期槽段的清孔时，因一期槽段在浇筑水下混凝土拨出接头管后，在一二期槽段的连接处形成半圆形的混凝土凹槽，在二期槽孔开挖施工时，容易在这凹槽内形成泥皮，影响二期混凝土与一期混凝土之间的有效连接，所以在对二期槽孔的清孔时，用钢丝刷子固定在成槽机抓斗侧面，制作成刷壁器，通过调整抓斗开口大小的方法使刷子对接头孔孔壁进行施压，在此过程中，利用提升抓斗带动刷子上下移动，由孔底至孔口进行往返运动，从而达到对孔壁进行清洗的目的。接头孔壁洗刷的结束标准是钢丝刷上基本不带泥屑，并且孔底淤积不再增加。

3.4.5 下设接头管

对于一期槽孔开挖完成并通过对终孔、清孔检验合格后，要在槽孔的两边用ZCC100起重机吊放接头管，接头管的直径为Φ580mm，接头管安放要垂直，并下放到槽孔的底部。接头管下设完成后，应将接缝的位置准确标记在导墙上，并重新测量孔底淤积厚度，如果超过100mm须再次清孔。

3.4.6 混凝土浇筑

混凝土防渗墙采用C25混凝土结构，抗渗等级W8，墙厚度为0.6m。水下混凝土入孔坍落度为180～220mm，扩散度应为340～400mm，初凝时间不小于6h，终凝时间不宜大于24h。因挖槽深度大于实际混凝土浇筑的深度，形成6m～11m深的空墙段，为防止坍孔，保证二期槽孔开挖的安全性，在一期槽孔永久防渗墙浇筑完成后，换成C15混凝土继续浇筑到导墙顶面以下1m的位置。

混凝土罐车送料入卸料仓，直升导管法浇筑水下混凝土，导管直径为Φ250mm。混凝土浇筑前，导管内应放入可浮起的隔离球。每个槽孔采用两套导管浇筑，两导管之间间隔为3m，导管底口距槽底控制在150～250mm范围内。导管进入混凝土的最小深度不宜小于2m，最大深度不宜大于6m。混凝土必须连续浇筑，混凝土面上升速度不应小于2m/h。至少每隔30min测量1次槽孔内混凝土面深度，每隔2h测量1次导管内混凝土面深度。混凝土终浇高程应高于设计规定的墙顶高程0.5m。

在每个槽孔混凝土浇筑量的1/6、3/6、5/6时应分别做现场坍落度试验，并取混凝土试块，每组试块应按规范要求制作、养护、确认达到28天龄期后做室内检测试验。取样数量应满足抗压、渗透系数的试验要求。

3.4.6 拔出接头管

拨管设备采用采用2台BG600液压拨管机（见图4），接头管起拔时间根据混凝土初凝时间及现场试块的初凝情况确定，一般在混凝土浇筑3～4小时开始起拔，初次拔高10cm，以后每隔20～30分钟拔动一次，每次幅度不大于30cm，待混凝土浇筑完成达4～6小时，即混凝土达到初凝后，逐步全部拔出接头管。因在拔管时，会形成空洞，必须及时用泥浆充填，以防止混凝土或覆盖层的坍塌。

 图4液压拨管机

4  质量检查和施工记录

防渗墙施工的质量检查和施工记录贯穿整个施工过程，防渗墙施工的质量检查包括工序质量检查和墙体质量检查。工序质量检查包括槽孔建造的终孔质量检查、槽孔的清孔质量检查、混凝土浇筑质量检查、墙体材料检查，每道工序经施工单位三检后报经监理工程检查合格后，才能进行下道工序施工。墙体质量检查应在成墙后28d进行，采用钻孔取芯和注水试验的方法。

施工记录包括“防渗墙工程抓斗挖槽班报表”、“导管下设及开浇情况记录表”、“混凝土浇筑孔内混凝土面深度测量记录表”、“混凝土浇筑导管拆卸记录表”、“混凝土浇筑指示图及浇筑过程记录表”、“防渗墙接头管下设记录表”、“防渗墙接头管起拔记录表”、“防渗墙造孔质量检查记录表”、“防渗墙清孔质量检验记录表”、“防渗墙单孔基岩面鉴定表”、“防渗墙造孔清孔检查合格证”、“混凝土防渗墙竣工图”。

5  特殊情况的处理

5.1 槽壁塌孔

本项目施工区域内地下水位较高，根据项目地质勘测报告，上层滞水的高程为10.2～12.3m，承压水的高程为8.1～8.4m，地下渗流量大，防渗墙成槽施工时易发生塌孔问题，对防渗墙施工影响大。

槽内泥浆液面应保持在导墙顶面以下0.3～0.5m，且至少高于地下水位1m以上，采用井点降水等方法降低施工区的地下水位，减少地下水对防渗墙侧压力的影响。调整施工泥浆配合比，加大泥浆密度。同时，成槽施工时槽壁附近应尽量避免荷载和设备对槽壁产生附加应力，并减少设备振动，避免由于外力导致槽壁塌孔的情况发生。

5.2 槽段接头施工缝质量控制和渗水处理措施

当一期槽段浇筑混凝土后，需要拔除接头管，在一期和二期槽段的连接处存在一条竖向施工缝，施工缝连接不好容易导致出现渗漏现象。

防止接头施工缝渗漏的方法，在一期槽孔施工时，一是接头管的下设应安设到槽底，固定牢固，避免倾斜。二是接头管安装完成后，要用抓斗和泵吸法将槽底的沉渣和泥浆进行二次清理。在二期槽孔开挖到位后，一是用抓斗和泵吸法将施工缝处的沉渣和泥浆进行清理，二是用刷壁器洗刷一期槽孔混凝土孔壁的泥皮后，以刷子上其本不带泥屑作为合格条件。三是刷壁结束后，再次用抓斗和泵吸法清除一期混凝土壁与槽底连接处的沉渣。最后用超声波检测混凝土槽壁，确保槽壁不存在较多泥皮的情况。

防渗墙成墙施工完成后，应对墙身完整性进行检查，采用钻孔取芯和注水试验的方法，如防渗墙接头有渗水的问题时，在渗水处的外侧施作3根φ800mm高压旋喷桩进行补强，高压旋喷桩搭接厚度为20cm。如防渗墙墙身出现夹泥层或墙身断裂等问题时，在出现问题的防渗墙外侧重新加设一段防渗墙，加设的防渗墙应覆盖问题区域再向两侧延长各3m，并在原防渗墙和加设的防渗墙两侧端头处施作三根φ800mm高压旋喷桩进行加固止水。

作者简介：白粒盟（1983—），男，湖南常德人，高级工程师。项目经理，从事房建、市政工程项目施工管理工作。

作者单位：中国水利水电第九工程局有限公司  邮政编码：550001

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