软基高水位围堰填筑及塑性混凝土防渗墙施工

周鑫

南水北调河西支线工程中堤泵站围堰施工中采用“分步进占、重力挤淤”的施工方法解决了在带有淤泥层的深水中进行砂砾料围堰的填筑难题，总结出一套高水位软弱基础围堰填筑施工质量保障措施。采用高压旋喷桩的施工方式对塑性混凝土防渗墙施工基础进行预加固，解决了围堰在水下填筑堰体松散，难以直接在软基上进行防渗墙成槽施工的问题。采用常在地质勘探中使用的地质雷达探测手段探测塑性混凝土防渗墙施工效果，通过对围堰的安全监测确保围堰变形符合要求，保证了工程质量。

一、工程概况

河西支线工程是北京市南水北调配套工程的重要组成部分，为丰台河西地区、石景山区、门头沟区供水，工程输水规模10m3/s，管线总长18.8km，采用1根DN2600钢管输水；沿线新建3座加压泵站、1座闸站、5处分水口、1座调度中心。工程第一级泵站位于大宁调蓄水库内，建设位置处库底高程约38.0～45.5m，泵站建设期间库水位控制在不高于49.0m。主要建筑物位于水库蓄水位以下，需要修筑挡水建筑物保证干场施工。设计填筑围堰围护基坑，围堰顶高程51.0m，最大堰高13.0m，围堰顶宽15.0m，迎水面边坡采用1:2.5，背水面边坡1:2。围堰采用塑性混凝土防渗墙垂直防渗，防渗墙和底部深入基岩，防渗墙两端与水库滩地上新建的基坑围护结构—钢筋混凝土地下连续墙连接，形成闭合的止水结构。防渗墙塑性混凝土的主要指标为：弹性模量小于1500MPa，抗压强度大于2MPa，渗透系数不大于1.0×10-6cm/s。防渗墙厚为0.8m，墙顶高程51.0m，墙底高程32.0m，共分为53个槽段。

二、施工难点分析

中堤泵站工期为30个月，其中围堰及塑性混凝土防渗墙施工工期仅6个月。泵站主泵房为地下式结构，其基础及部分主体结构施工高程都在低于大宁水库蓄水位，施工期间需要保证基坑内无水，因此基坑围护结构（由钢筋混凝土地连墙及塑性混凝土防渗墙组成的闭合挡水结构）施工质量的好坏直接关系着工程安全。

1.围堰施工难点

围堰需在水库中填筑，填筑位置最深处水深超过10m，且库底坡度变化较大。围堰填筑区域主要地层为卵石地层，经水下勘察，库底存在约40cm的淤泥及杂物。围堰主要填筑材料为砂砾料，需要在填筑中保证围堰稳定，不发生垮塌，同时要保证围堰宽度、轴线及内外坡比满足设计要求。围堰坐落在含淤泥软弱基础上，施工需要在深水位中采用砂砾料填筑，需要保证围堰堰体边坡的稳定性，同时能够相对密实，对下阶段防渗墙施工提供条件。

2.塑性混凝土防渗墙施工难点

塑性混凝土防渗墙在堰顶上施工，围堰在水下填筑无法夯实。由于工期的限制，防渗墙施工时砂砾料围堰还未完成固结。塑性混凝土防渗墙成槽过程中容易塌孔，严重时易发生安全事故。

三、围堰填筑施工

1.围堰填筑施工程序

根据工程施工特点，围堰填筑分为水中填筑（49.8m高程以下部分，预留0.8m水下填筑沉降量）、水上填筑（49.8m高程以上部分）。围堰水中填筑（49.8m高程以下部分）采取进占、重力挤淤法填筑，从围堰两端同时向中间填筑，在合拢前20m，由北向南填筑直至合拢，横向填筑均从堰体的东侧添向西侧。围堰水上填筑（49.8m高程以上部分）采用进占法填筑，从堰体的一侧全断面填向另一侧，分层填筑，分层碾压。

2.围堰填筑施工方法

（1）堰体水下填筑

围堰在水下填筑采用进占、重力挤淤法，围堰填筑从一端一次性填筑到水面高程以上0.8m，堤头断面2m范围内填筑达到设计高程51.0m，从而实现重力挤淤的工艺。土料在填筑过程中，库底淤泥受到挤压会形成一定的弧度（堤头正前方和堰体两侧），当淤泥受到的压力越来越大，无法平衡时，淤泥会被彻底挤走，此时堤头及堰体两侧会产生滑坡。

（2）堰体水上填筑

围堰水面以上填筑施工采用自卸汽车，全断面进占法卸料施工。分层填筑，分层碾压，采用推土机平整后采用压路机振动碾碾压至密实状态，碾压范围为1.5m。围堰水面以上填筑施工压实后相对密度不低于0.75，分层铺填，每层虚铺厚度不大于30cm。

（3）围堰施工质量控制要点

①填筑施工前，进行与实际施工条件相仿的生产性试验，并根据实验结果确定填筑施工参数；②严格控制填筑厚度，采用分层、分段碾压，严格控制施工参数，经检查合格后，方可继续填筑；③填筑期间气候干燥、土层表面水分蒸发较快时，铺料前，压实表面应适当洒水湿润，严禁在表土干燥状态下，在其上铺填新土；④碾压完毕后，应按照规定的检验频率，按照规定的检验方式进行检测试验，达到设计要求，方可进行上层填料。

（4）围堰成型后安全监测

围堰成型后，组织了连续不断的围堰位移观测,位移点最大位移为28mm，根据设计及规范要求进行的观测，数据呈曲线变化，数据逐渐增加，开挖完成后数据趋近稳定，数据平稳无波动,满足设计及规范要求。

四、塑性混凝土防渗墙施工

1.防渗墙施工程序

防渗墙采用“2钻1抓法”施工，先采用冲击钻机成主孔，再由液压成槽机抓取2抓或3抓成副孔；通过上述步骤形成槽孔。槽孔分Ⅰ、Ⅱ序间隔施工，下设接头管、导管后实施浇筑；Ⅱ序槽段成槽后，加上Ⅰ序槽段接头管宽度，形成Ⅱ序槽段。槽段间接头使用接头管法施工，混凝土采用多组直升导管法进行水下浇筑。

2.防渗墙基础预加固

塑性混凝土防渗墙位于围堰填筑部位，围堰在水下填筑无法夯实，成槽过程中容易塌孔，严重时易发生安全事故。工程在实施过程中，用冲击钻在围堰上进行导孔施工，因围堰水下填筑，堰体松散，发生了塌孔现象。针对此问题，考虑对防渗墙位置两侧的堰体进行加固。经查询资料并咨询专业人士，部分围堰防渗墙施工过程中均进行了基础加固，如广州地铁某车站工程，进行地连墙施工前进行了旋喷桩加固，顺利完成施工；郑州某穿黄工程始发数据基坑采用地连墙维护方式，采用水泥搅拌桩加固槽壁，保证来施工顺利进行；苏州某火车站改造工程，采用旋喷桩加固地连墙施工槽壁措施，保证了地连墙顺利成槽。部分未采取预加固的防渗墙工程，施工过程中遇到了困难。

3.防渗墙施工方法

（1）防渗墙成槽

防渗墙成槽采用钻抓法，膨润土泥浆护壁。采用两序间隔法施工，一、二期槽孔间隔布置；一期槽段标准长度为5.1m，二期槽段标准长度为6.9m。主孔采用旋挖钻钻进，每个主孔临近设计基岩面高程后开始取样，进行基岩面鉴定，确保防渗墙入岩深度符合设计要求；副孔采用液压抓斗抓取成槽。

（2）混凝土浇筑

混凝土浇筑前，对混凝土拌合物质量进行现场检测，确保入槽混凝土质量满足设计要求。混凝土浇筑采用浇筑架配合导管浇筑的方法入仓，导管布置、导管端头距离孔底距离、浇筑过程中导管下端距离混凝土上表面距离符合规范要求，混凝土浇筑高程满足设计及规范要求。

（3）防渗墙检测与试验

①钻心取样。防渗墙施工完成后，进行钻孔取样检测9处，芯样连续完整，其中2处按《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》进行了压水试验。均满足设计要求，最大渗透系数3.4×10-7cm/s，小于设计标准1×10-6cm/s。②雷达检测。探地雷达（ground penetrating radar，建成后GPR）是利用天线发射和接受高频电磁波来探测介质内部物质特性和分部规律的一种地球物理方法。为确保防渗墙施工效果，采用常在地质勘探中使用的探地雷达探测手段探测塑性混凝土防渗墙施工效果。结果显示墙体密实，无明显空洞现象。

五、施工效果评价

通过采取各种措施各施工过程中的精心组织，围堰在2个月内即施工完成，堰体比较密实，基本满足设计坡比，可以进行后续施工。堰体预加固措施效果良好，防渗墙施工顺利，防渗墙钻孔及后续成槽、浇筑施工均较为顺利，未发生塌孔等情况。由于堰体进行的加固预处理，成槽、浇筑过程中未对水体造成污染。围堰及围护结构完成后，围堰内进行抽水，清淤，开始进行泵站主体施工，堰体渗水未超过设计计算值。对塑性混凝土防渗墙及钢筋混凝土地连墙采用地质雷达进行探测，结果显示墙体密实，无明显空洞现场。对防渗墙进行钻孔取芯及灌水试验，均满足设计要求。在围堰上埋设的安全监测设备显示，围堰填筑完成后，变形满足设计要求，且已趋于稳定。

六、结语

河西支线工程中堤泵站围堰施工中采取了各项措施，解决了水中填筑砂砾料围堰成型困难的问题，同时解决了水下塑性混凝土防渗墙施工的技术难题，减少了施工中的麻烦，取得了良好的效果。保证了工程质量，避免污染引用水环境，确保了工程在合同工期内完成，社会效益及经济效益均较为明显。该项技术对类似工程实体具有较大的指导意义，同时围堰上塑性混凝土施工前采用的预加固技术对高地下水人工填土基础地连墙施工也具备一定的参考价值。