薄壁塑性混凝土截渗墙结合深井降水在粉砂土层的应用

华建飞 宫宝军

（浙江省第一水电建设集团股份有限公司 杭州 310051）

水利工程所处地质条件相对较为复杂，深基坑开挖往往需解决降水问题。粉砂土层含水层渗透系数较大，当基坑开挖深度较大，所处位置地下水与附近河道水力联系密切时，单单靠布置降水井很难达到有效降低地下水的目的。

1 工程概况

涡河蒙城枢纽建设工程节制闸及船闸所处地层为粉砂土层，根据水文地质资料，地下水丰富，含水层渗透系数大，基坑开挖深度大（开挖深度18m）。

工程区地下水分为孔隙潜水和孔隙承压水。根据地下水的赋存、运移和排泄特点，潜水主要赋存在浅层粉质壤土、砂壤土层中，其富水程度受土性变化而有所区别，主要接受大气降水和地表水补给，受涡河水位影响，与涡河水力联系密切。弱承压水主要赋存在相对隔水层下部砂壤土、粉细砂等砂性土层中，主要受淮北平原远处地下水及涡河水的补给。

2 工艺原理

薄壁塑性混凝土截渗墙深基坑降水施工技术核心是薄壁塑性混凝土截渗墙与深井降水的有机结合。薄壁塑性混凝土截渗墙沿预开挖基坑外周设置，底部伸入不透水层，有效阻断了基坑内外水力联系。截渗墙采用液压成槽机成槽，塑性混凝土浇筑，截渗墙厚度40cm，混凝土强度3MPa，低弹模，墙段衔接采用接头管法，使截渗墙形成四周封闭隔水帷幕。与此同时，截渗墙内基坑降水采用管井降水，管井井管选用混凝土管，混凝土管内径400mm，壁厚40mm，钻孔直径900mm，其中滤管段采用无砂混凝土管，管内径40cm，管外周围设置反滤料，管井深度28m，井内放置潜水泵。根据截渗墙围封基坑尺寸、地下土层渗透系数、地下水位降深、降水管井内径等参数计算出基坑涌水量、需布置管井数量及潜水泵功率。为监测塑性混凝土截渗墙隔水效果及围堰内深井降水效果，在截渗墙内外对应设置测压管，同时通过对截渗墙内外测压管内水位差观测，及时调整降水速率，确保基坑内作业安全。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 薄壁塑性混凝土截渗墙施工

（1）构筑导墙

采用全站仪放出截渗墙轴线，采用小型挖掘机挖出导向槽，人工清理平整。再次放出导墙位置，绑扎钢筋、支设模板、浇筑C15 混凝土。

（2）槽段划分及抓斗成槽

根据工程地质情况，抓斗斗体开距，浇筑导管布置要求等因素，槽孔长度为：一期槽孔开槽长度6.4m，两头设置接头管，浇筑长度为5.6m；二期槽孔开槽长度6.4m，浇筑长度为6.4m。采用“三抓成槽”施工工艺，成槽过程中采用膨润土泥浆护壁，新制泥浆的密度控制在1.03～1.08g/cm3，粘度35～55s。

（3）清孔验收

清孔换浆采用气举法将槽孔内淤积与大颗粒沉渣清除，直至满足设计及规范要求。

清孔结束后1h，清孔标准为：

①孔底淤积厚度不大于10cm。

②孔内泥浆的密度不大于1.15g/cm3，粘度32～50s，含砂量不大于4%。

③二期槽孔清孔结束前，用专用钢丝刷洗刷槽孔两端接头孔的泥皮和地层残留物，以刷子钻头上不带泥屑，孔底淤积不再增加为合格标准。

（4）下设接头管

墙段连接采用“接头管法”，接头管采用外径40cm 的圆柱形铁管。一期槽孔清孔结束后，采用50T 汽车吊在槽孔两端下设接头管，并进行孔口固定。混凝土浇筑过程中，根据槽内混凝土初凝情况逐渐起拔接头管，在一期槽孔端头形成接头孔。二期槽孔浇筑混凝土时，接头孔靠近一期槽孔的侧壁形成圆弧形接头，墙段形成有效连接。

（5）塑性混凝土浇筑

混凝土浇筑采用泥浆下直升导管法，导管内径为200mm。导管下设严格按照规范要求进行，同一槽段两套导管间距≤3.5m，一期槽段的导管距接头管为1.0～1.5m，二期槽段的导管距孔端≤1.5m，导管底口距槽底控制在15～25cm 范围内。

开浇前，导管内放入直径适当的隔离球，准备足够的混凝土，以保证开浇后混凝土埋住浇筑导管底口。开浇后保证混凝土的连续供应，槽孔混凝土面上升速度不得低于2m/h。

浇筑时要控制导管埋入混凝土的深度为1.0～6.0m。槽孔混凝土面高差不大于0.5m，终浇高程按超过设计墙顶高程0.5m 控制。浇筑过程中，按每半小时测量一次槽内混凝土面深度，填写浇筑记录和绘制浇筑指示图，核对浇筑方量，指导拆卸导管。

3.2 深井降水施工

（1）钻机就位及成孔

根据降水设计方案，对管井位置放样，并按顺序做好编号。根据地下土层特征，选用SQZJ-130正循环钻机钻凿，钻孔到设计深度后，要清孔换浆，把泥浆调整到1.05g/cm3左右，钻孔直径900mm，并做好钻孔过程记录。

（2）吊放井管

采用托盘钢丝绳下管法下井管，井管与井管之间接口用300mm 宽的土工布封口并用12#铁丝捆扎，以保证井管接口封闭，滤料不会从接口进入井内。井管外用4～5cm 宽的毛竹片和铁丝捆扎连接，做好沉管记录资料。

（3）回填滤料、封口

井管下好后，滤管段外围立即回填滤料，上部采用粘土球进行回填封口。

（4）放泵洗井

滤料回填后，立即放置潜水泵并抽水反复洗井，直至井水清洗达到规范要求为止。洗井时若出现井水中含有滤料，应停止洗井，检查原因，进行处理，必要时要报废掉，并按封井要求进行封井，然后再必要时补井。

（5）单井抽水试验

深井洗井合格后，进行单井抽水试验，检查单井出水能力是否达到设计要求，及单井抽水影响范围如何。

（6）群井降水运行

在截渗墙外侧布置排水沟，每个单井抽水直接排入外围主排水沟中。在相邻单井中间和基坑内布置若干口直径为75mm 的PVC 管观测井，及时观测水位降深情况。安排专人每天对降水系统进行检查，主要检查出水含砂量、水泵运行状况、管线状况等，尤其水井出水含砂量应按要求严格控制。

（7）降水完毕设备拆除、封井

基坑降水完成后，应立即拆除降水系统，并对所有降水井、观测井进行封填，封井要尽可能恢复到地层的原始状态。先投中粗砂，后细砂，至含水层顶部。上部滤料连同井管一并拆除，再用粘土分层回填、分层夯实，直至地面。

4 材料与设备

4.1 制浆材料

选用钠基膨润土制备护壁泥浆，膨润土具有造浆率高、粘度大、比重小、固壁效果好等优点。新制泥浆的密度不大于1.07g/cm3，马氏漏斗粘度18～30s。

4.2 截渗墙墙身材料

截渗墙采用塑性混凝土，混凝土强度3.0MPa，弹性模量300～1000MPa，水泥采用32.5R 等级复合硅酸盐水泥，砂采用河砂，碎石采用一级配，粉煤灰选用二级粉煤灰。

4.3 深井降水材料

井管选用混凝土管，滤管段选用无砂混凝土管，滤管周围包裹80 目锦纶滤网，用30～50mm 宽毛竹片导向和12#铅丝缠绕，滤料选用中粗砂。

5 质量控制

5.1 薄壁塑性混凝土截渗墙质量控制

5.1.1 造孔质量控制

造孔检查内容包括槽段的位置、轮廓尺寸、孔斜率和孔深等，其质量标准见表1。

表1 造孔检查内容及质量标准表

5.1.2 清孔质量控制

清孔阶段应当检查孔底淤积厚度、孔内泥浆质量，二期槽孔还应检查接缝面泥皮刷洗情况。各检查项目质量要求见表2。

表2 清孔质量标准表

5.1.3 截渗墙墙体材料

混凝土墙体材料，入孔坍落度应为18～22cm，扩散度应为34～40cm，坍落度保持15cm 以上的时间应不小于lh；初凝时间应不小于6h，终凝时间不宜大于24h。

塑性混凝土的水泥用量不少于80kg/m³，膨润土用量不宜少于80kg/m³，胶凝材料总量不宜少于240kg/m³，混凝土密度不小于2100kg/m³。

5.1.4 混凝土浇筑质量控制

（1）导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应小于2m/h。

（3）混凝土面应均匀上升，各处高差应控制在0.5m 以内。

（4）每隔30min 至少测量一次槽孔内混凝土面深度，每隔2h 至少测量一次导管内混凝土面深度，并及时填绘混凝土浇筑指示图，以便核对浇筑方量。

（5）槽孔口应设置盖板，避免混凝土散落槽孔内。

（6）不符合质量要求的混凝土严禁浇入槽孔内。

（7）应防止入管的混凝土将空气压入导管内。

5.2 深井降水质量控制

（1）管井成孔直径要与井管直径相匹配，确保滤管外围的过滤层厚度。

（2）井点成孔后应及时下井管，井管安放应力求垂直并位于井孔中间，井管顶部应比自然地面高O.5m。

（3）滤管在井孔中位置偏移不得大于滤管壁厚。

（4）井管与土壁之间填充的滤料应一次完成，上部采用不含砂石的粘土封口。

（5）每台水泵应配置一个控制开关，主电源线路要沿深井排水管路设置。

（6）基坑周围井点应对称、同时抽水，使水位差控制在要求限度内。

6 结语

本工程薄壁塑性混凝土截渗墙深度达30m，截渗墙内布置深度28m 的降水深井。传统地下截渗采用高压旋（摆）喷墙较多，而当地下土层分层较多时，针对不同的土层旋（摆）喷墙的均匀性较差，地下水位落差较大时，易发生破坏，墙体可靠性不高，而采用塑性混凝土截渗墙深基坑降水施工技术，截渗墙底部伸入不透水层，阻断了基坑内外水力联系，防渗效率高，截渗效果好，可靠性高。同时在降水深井降排水作用下，安全有效降低了基坑内地下水位，确保了工程施工进度，降低了施工成本，具有显著的经济和社会效益。经造价分析计算，采用传统高压旋（摆）喷墙造价约3200 万元，而采用塑性混凝土截渗墙造价约2600 万元，节约投资约600 万元。该施工技术适用于地下水较丰富且基坑开挖深度较大的工程，尤其对地下水水力联系密切的工程更为适用■