塑性混凝土地连墙防渗在韩庄复线船闸工程中的应用

2020-11-24陈永刚

山东交通科技 2020年5期

陈永刚

（济宁市交通运输综合执法支队，山东济宁 272000）

1 工程概况

京杭运河韩庄复线船闸工程位于微山县韩庄镇东南约1 km 处，下游距枣庄市万年闸16.4 km，上游距微山湖湖口约4 km，工程位置三面环水。船闸主体深基坑周边采用塑性混凝土地连墙结构进行防渗，施工长度约1 100 m，地下连续墙厚600 mm，施工顶标高33.50 m，底标高16.80 ～18.60 m，设计进入中风化泥岩与粉砂岩互层或第⑨-1 层中风化砂岩不少于1 m，总工程量约10 686 m3。

拟建闸址区受以往开挖运河的影响，地面标高局部变化较大，地面标高33.20 ～45.30 m，平均为36.46 m，地表相对高差12.10 m。拟建区表层地貌多为开挖运河筑坝填土，平面形成岗、坡、洼相间，大小不平的较为复杂的微地貌景观。

基坑渗水主要因:第⑤层为姜石层，厚度:0.90～5.80 m，平均2.32 m，渗透系数大，中密～密实，湿，姜石含量 60%～80%，粒径 2 ～8 cm，最大约12 cm，局部胶结，主要为泥质胶结，局部为钙质胶结，需进行隔断;地连墙设计宜进入第⑨层中风化泥岩与粉砂岩互层或第⑨-1 层中风化砂岩不少于1 m。

本工程地连墙工程量大、工期紧，且地质复杂，保证地连墙施工质量、安全和进度是关键。拟采用全液压抓斗式成槽机进行地连墙成孔、导管灌注混凝土施工方法。

2 施工技术要点分析

塑性混凝土地连墙施工工艺：施工准备→导墙施工→液压抓斗成槽机成孔→清孔验收→安装接头管→安装导管和漏斗→混凝土浇筑→拔接头管。

2.1 设备选型及施工前期准备

2.1.1 主要施工设备及技术参数

根据设计要求结合现场地质条件，选用德国生产的GB30 全液压抓斗成槽。设备优点：（1）抓斗上安装有电子测斜仪，对其深度及X、Y 方向的位置经彩色屏幕准确地显示出来，可精确到0.01°。安装的纠偏设备可在开挖过程中纠正偏斜度。（2）抓斗的斗体具有长导向、低重心，成槽垂直性好。（3）抓斗提升速度快达40 m/min，并能自由下落，抓斗张开或闭合时间平均6 秒/次，施工效率高。（4）造孔过程中基本不产生废浆。

2.1.2 施工前期准备

（1）清除地表下各种障碍物（包括建筑垃圾、地下管线、电缆等），将施工场地填垫平整，不得回填杂填土和生活垃圾。（2）保证进场临时道路畅通，保证施工用电正常使用。（3）施工前检验机具性能和各施工工艺技术参数，并进行实际标定，有关技术参数及时提供给现场监理工程师。（4）根据平面图用GPS 测量定位地连墙轴线，测量现场地面标高，确定导墙顶标高。

2.2 导墙施工

在地下连续墙成槽前，应先制作导墙。导墙是存储泥浆稳定液位，维护上部土体稳定，防止土体坍落的重要措施，导墙还对成槽设备进行导向，直接影响地连墙质量的好坏。

利用在施工准备阶段放出的地连墙轴线放出导墙位置，导墙开挖采用挖掘机开挖，人工配合清底。导墙土方开挖要有排水系统，基底需平整夯实。挖槽完成后现场浇筑C25 钢筋混凝土，钢筋保护层均为5 cm，拆除模板后设置横撑，沿其纵向每隔1 m 加设上下两道10 cm×10 cm 方木做内支撑，将两片导墙支撑起来，在导墙的混凝土达到设计强度前，禁止任何重型机械和运输设备在其旁边通过。导墙顶面高出地面50 ～100 mm，以防止地面水流入槽内，并保证泥浆液面高出地下水位500 mm 以上，见图1。

图1 导墙配筋及断面（mm）

2.3 泥浆制作

在地下墙施工中，泥浆的优劣将直接影响地下墙成槽施工。泥浆的制作没有达到要求标准，则不能起到护壁作用，造成泥浆液柱压力不能平衡开挖槽段土壁内外的土压力和水压力，导致槽壁的不稳定，引起塌方。

泥浆配合比应根据地质资料与实际情况，在施工中予以调整。选用优质膨润土，确保泥浆的各种性能指标起固壁支护作用。泥浆在成槽施工中，会受到各种因素的污染而降低质量，为确保护壁效应及混凝土质量，应对每批制作新浆及槽段被置换后的泥浆进行测试并满足控制指标要求。

在上闸首西侧、下闸首东侧及闸室中间处各布置一个泥浆池，15 m×15 m，高2.5 m（地下1.2 m，地上1.3 m，采用土围堰结构，内侧铺塑料布防止泥浆渗漏），设计容积大于560 m3，能满足现场施工的需要。建立高速回转的泥浆搅拌机、φ200 螺旋输送机等设备组成的泥浆搅拌系统，出泥量4 m3/h。

2.4 成槽施工

2.4.1 开槽

防渗墙施工槽段采用跳槽法施工。由于槽段接头是防渗墙的薄弱环节，因此槽段越长越好，但实际上槽段长度受多种因素综合制约。一般槽段每幅长约7 m，先施工的槽段要考虑接头管的尺寸，根据现场情况可适当放宽或减小槽段尺寸，避免导墙接头和地连墙接头重合。

开槽前，导墙内注入泥浆至导墙壁顶以下0.3 ～0.5 m，并在整个成槽过程中浆面不得低于导墙顶以下0.3 ～0.5 m，同时保证高出地下水位0.5 m。抓斗沿打好的导向主孔向下开挖，在开孔时要保证斗体与防渗墙轴线平行，斗体的中心线与导墙的中心线重合，其下放的速度要平缓、稳定，以使形成的槽壁垂直。

开槽过程中,在姜石、砾石开挖时应特别注意泥浆是否出现漏浆，槽壁是否出现坍塌，是否碰到较大孤石，是否开挖到基岩面。遇到槽孔漏浆时，应迅速加新鲜泥浆补充，情况严重时需同时迅速抛入用塑料编织袋装黏土、锯末抛入槽孔中，并用抓斗挤压，使其填充漏洞直到险情排除，用泥土填至一定高程沉淀24 h 后重开挖。机械手操作时应注意抓斗本身自动测斜电脑的显示数据，发现异常情况应及时采取纠偏措施以使槽孔垂直度在规定范围之内。根据图纸，即将入岩时，利用抓斗抓取岩样，确定基岩面高程，报监理鉴定。监理认可后，可由抓斗直接抓至设计要求高程。

开槽过程中，因故停止时间较长时，为避免泥浆沉淀，防止孔壁坍塌，在停工期间，用气鼓法（即下排气管，通压缩空气）搅拌槽孔内泥浆。

2.4.2 清孔

槽孔成孔后，施工单位先进行自查，槽孔指标应满足：（1）槽孔孔壁平整垂直，孔位中心偏差≤3 cm；（2）槽段槽宽偏差≤2 cm，深度偏差≤2 cm；（3）壁面垂直偏差≤1/150；（4）对于一、二期槽孔接头套接孔的两次孔位中心任一深度的偏差值不大于墙厚的1/3,并保证设计厚度。

挖槽至设计标高后，用探孔器测量槽段断面，如误差超过规定的精度则需修槽。终孔检查合格后报监理工程师,经监理工程师认可后进行清孔。由于该工程平均深16 m 左右，故采用泵吸排渣法清孔方法，即下Ф50 mm 的钢管到槽底，上部连接3PN 大型泥浆泵，从槽孔一端缓慢移动，抽取底部浆液，同时孔口送入新鲜浆液。清孔1 h 后要求达到标准：（1）孔底淤积厚度≤10 cm；（2）含砂量≤4%，漏斗黏度32 ～50 s；（3）密度≤1.15 g/cm3。

2.4.3 刷壁

若刷壁不及时可能造成两幅墙之间夹有泥土，会产生严重的渗漏，影响地下连续墙的整体性。因采用跳槽施工，在一期施工的地下连续墙侧面一般会有很多泥土，二期槽孔清孔结束前，还要刷洗一期槽孔段混凝土孔壁上所吸附的岩渣、泥皮，利用钢丝刷，采用自上而下分段刷洗，标准是刷子钻头上不再带泥硝，孔底淤泥不再增加为止。为了保证接头处的紧密性，刷壁要进行20 多次，这项工作虽然繁琐，但如果不进行彻底，会造成泥土夹在幅墙之间，产生渗漏，对地下连续墙也产生不利的影响。

2.5 安装接头管

当一期槽成槽验收合格后，在槽两端用吊车下接头管。接头管直径Ф600 mm，壁厚12 mm，节长度3 ～6 m，2 根接头管下设在一期槽孔内。

2.6 安装导管和漏斗

采用导管法浇筑水下混凝土，混凝土导管选用Dg250 的圆形螺旋快速接头型，长度每节2 ～2.5 m，见图2。用吊车将依次接长的导管吊入槽段的规定位置，直到距槽底25 cm 左右的标高，导管顶端上安方型漏斗，便于浇筑混凝土。每段槽孔浇筑时同时布置三处导管，两处导管距离接头管及一期槽段均为1 m，一处导管布置在槽段中间位置。在混凝土浇筑过程中经常测量混凝土顶面标高，计算导管埋置深度确定导管提升高度。首罐混凝土浇筑时需用吊车同时提起漏斗下口的封堵钢板，罐车同时对中间漏斗卸料。

图2 导管布置（m）

导管要确保不变形，接头处螺旋丝性良好，便于导管拼装；导管连接牢固，防止接头漏泥浆，污染混凝土；导管安放位置正确，垂直；检查导管的安放长度，并做好记录。

2.7 混凝土浇筑

采用塑性混凝土，其水泥用量较低，并掺加较多膨润土、黏土等材料的大流动性混凝土。具有低强度、低弹性模量和大应变等特性，是一种柔性材料，可以很好地与较软的基础相适应，同时又具有很好的防渗性能。塑性混凝土黏性土含量不宜小于50%，塑性指数＞35。进行7 d、28 d 龄期混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度以及28 d 混凝土弹性模量等性能试验，R28＞4 MPa，弹性模量宜为500 ～1 000 MPa。

混凝土浇筑之前，还应检查沉渣厚度，并在4 h内浇筑混凝土，如果超过时间应重新清底。混凝土入槽坍落度宜18 ～22 cm，浇筑混凝土要严格控制速度，在槽内混凝土面上升速度不宜小于2 m/h，并使各导管处的混凝土表面高差≤30 cm。混凝土浇筑要一气呵成，不得中断，并控制在4 h 内浇完，以保证混凝土的均匀性。间歇时间一般应控制在15 min 内，任何情况下不得超过30 min，否则槽孔及导管内混凝土流动性丧失，使浇筑无法继续进行，造成断墙事故。

浇筑时要保持槽内混凝土面均衡上升，导管不能作横向运动；导管提升速度控制与混凝土的上升速度相适应，始终保持导管在混凝土中的插入深度不小于1 m；首罐混凝土浇筑时，首先将3 个导管上口的料斗全部装满混凝土且不得溢出，同时提起料斗下方的堵漏板，确保首罐混凝土埋置导管深度符合要求。要经常用测深锤测量混凝土面实际标高（至少3 处，取平均值）计算混凝土上升高度，导管下口与混凝土相对位置，统计混凝土浇筑量，及时做好记录。

浇筑混凝土时，顶面宜高出设计标高20 ～30 cm的富裕浇筑高度，以使凿去墙顶泥浆后的标高符合设计要求。

2.8 拔接头管

接头管起拔设备外形尺寸2 200 mm×2 200 mm×1 770 mm，单台机由2 台千斤顶和1台液压泵组成。液压系统正常工作压力25 MPa，最大31.5 MPa，千斤顶正常垂直起拔力1 600 kN，最大2 000 kN，提升速度≥600 mm/min，下降速度≥600 mm/min，油缸行程700 mm，能满足本工程需要。

接头管拔升应与混凝土浇筑相结合，混凝土浇筑时应做好每车混凝土浇筑时间与混凝土面上升记录，作为提拔接头管时间控制的依据。开浇3 h 开始微动，此后活动接头管的间隔时间不应超过30 min，每次提升1 ～2 cm，以破坏混凝土的黏结力。微动的时间不宜过早，也不宜过于频繁，否则对混凝土的凝结和孔壁稳定不利。当管底混凝土的龄期达到确定的脱管龄期后，就可以按照混凝土的浇筑速度逐步起拔接头管。

由于确定的脱管龄期不一定准确，实际脱管龄期也不可能与确定的脱管龄期完全一致，所以在拔管过程中必须随时注意观察拔管阻力、管内泥浆面的变化情况及管底活门的启闭情况，随机应变，及时调整拔管时间和拔管速度。当压力表反映的拔管阻力过小时，应暂停拔管或降低拔管速度；当成孔正常但拔管阻力过大时，应适当加快拔管速度。

在拔管施工的最后阶段应注意及时向管内注满泥浆，并适当降低拔管速度，最后一节管在孔内应停留较长的时间，以防止孔口坍塌。接头管提出之前，应测量实际成孔深度，并作记录。见图3。