射水法成墻工藝在防滲墻施工中的應用

李小剛

(中國水電基礎局有限公司，天津301700)

1 工程概況

曹娥江大閘是中國第一河口大閘，位于浙江省紹興市錢塘江下游右岸主要支流曹娥江河口，閘址距紹興市區約30 km，是浙東引水工程的樞紐，是杭州灣紹興工業新城區開發啟動性重大基礎設施工程。

樞紐工程由擋潮泄洪閘、堵壩、導流堤和閘上江道防洪堤腳加固工程組成。樞紐工程為Ⅰ等工程，主要建筑物擋潮泄洪閘、堵壩等為Ⅰ級建筑物;次要建筑物上游導流堤等為Ⅲ級建筑物;擋潮閘總寬560 m，28個閘孔，每孔凈寬20 m，工程總投資約12.8億元［1］。

大閘基礎工程項目包括閘基礎PHC管樁、砂土地基防液化處理和閘底板上下游兩側垂直薄壁防滲墻。

基礎項目施工在地面標高低于曹娥江和錢塘江水位3～6 m深度的土石圍堰形成的基坑內進行，防滲墻工程在PHC管樁和基礎振沖擠密后施工，對閘底板下部砂質粉土進行防滲圍封。

防滲墻設計墻厚30 cm，墻底深入Ⅲ1層土2m，設計墻頂高程－3.0 m，墻底高程－19 m，平均深度16 m，總工程量為23 200 m2。

墻體混凝土力學指標:抗壓強度≤7.5 MPa，抗拉強度≤0.9 MPa，抗滲等級 W6，彈性模量≤15 GPa。

2 工程地質情況

樞紐區土(巖)層，自上而下可分為如下工程地質層:

Ⅱ0砂質粉土(al—mQ4):局部夾直徑1～5 mm淤泥團塊。灰黃色，微層理發育，呈千層餅狀。很濕，稍密，中等壓縮性，局部高壓縮性。為錢塘江、曹娥江近期沉積物。主要分布于曹娥江、錢塘江河道上部，表層沖淤變化較頻繁。厚度2.2～14.7 m。qc=0.5～3.0 MPa，fs=5～40 kPa。

Ⅱ4砂質粉土(al—mQ4):局部夾粉砂。灰黃色，微層理發育，呈千層餅狀。濕～很濕，中密～密實，局部稍密，中等壓縮性～低壓縮性。頂板高程－17.2～ －1.31 m，厚度 0～14.5 m。qc=4.0～12.0 MPa，fs=60～130 kPa。

Ⅲ1淤泥質黏土、粉土互層(al—mQ4):含有機質，局部含沼氣。灰色～灰黑色，土質不勻，微層理發育，呈千層餅狀，局部粉粒含量較高。淤泥質黏土，層厚一般3～5 mm，流塑;粉土以砂質粉土為主，局部可為中細砂，層厚一般1～2 mm，稍密。高壓縮性。頂板高程—19.1～ －12.3 m，厚度 4.3～11.7 m。qc=0.4～1.0 MPa，fs=10～20 kPa。

Ⅲsi砂質粉土(al—mQ4):局部為黏質粉土。灰色，很濕，稍密～中密，中等壓縮性，該層呈透鏡體狀分布于Ⅲ1層中。厚度 0～1.0m。qc=2.0～6.0 MPa，fs=30～80 kPa。

Ⅲ2淤泥質粉質黏土夾粉土(al—mQ4):含有機質，局部含沼氣。灰色～灰黑色，土質不勻，微層理發育，呈千層餅狀，局部粉粒含量較高。淤泥質粉質黏土，層厚一般20～40 mm，軟塑～流塑;粉土以砂質粉土為主，層厚一般1～2 mm，稍密。高壓縮性。頂板高程－24.4～－21.4 m，厚度10.6～21.9 m。qc=0.8～1.1 MPa，fs=10～18 kPa。

3 射水法成墻技術原理和工藝流程

3.1 技術原理

射水法造墻機現已發展到第四代產品，主要由正反循環泵組、成槽器和拌合澆筑機組成，其工作原理是通過高壓泥漿射流沖切地層，并加上成槽器的上下沖擊的輔助作用建造槽孔，由一定濃度的泥漿固壁，所形成的含鉆渣的廢漿可用正(反)循環排出槽外。槽孔成型后，采用直升導管法水下澆筑混凝土建成單元板墻，采用平接技術建成地下連續墻。［2］

3.2 施工程序和施工工藝流程

槽孔分兩序間隔施工，先施工一序槽孔，當相鄰兩個一序槽施工結束，再施工中間二序槽孔。一、二序槽孔施工間隔時間控制在24～36 h。

4 射水法成墻施工

4.1 施工平臺與導墻［3］

施工平臺鋪設枕木和鋼軌，平臺枕木間距1.0 m，鋼軌間距2.0 m。橫向高差＜10 cm，縱坡度＜2%。軌道下枕木墊置橫向臥木，抑制平臺在造孔時下陷，保證平整堅實。上游側防滲墻鉆機施工平臺布在防滲墻軸線上游側，下游側防滲墻鉆機施工平臺布在防滲墻軸線下游側。施工平臺橫斷面結構見圖1。

圖1 施工平臺橫斷面示意圖

導墻采用現澆混凝土，強度等級C10，斷面尺寸300mm×1000mm，凈距350 mm，導墻底部布置2根Ф12@150縱向鋼筋，橫向布置Ф6@500分布筋。

4.2 場地輕型井點降水［4］

鑒于本工程實際條件，保證防滲墻安全成槽、不塌孔，水位至少要降至施工平臺以下1.5 m。PHC管樁和振沖擠密施工后，地面高程由 －2.5 m降為－3.2 m，綜合考慮工藝設備所需場地條件、井點降水有效影響范圍以及降水深度要求，在上、下游兩道防滲墻軸線上游側和下游側各布設一排降水井點，井點距離防滲墻軸線5 m，并保證施工期間井點降水有效運行。

4.3 射水成槽施工

4.3.1 射水成槽［5］

施工選用CSF30型射水成槽機，調整好成槽器垂直度(用水準尺調整導桿和機架垂直度)后，開啟射流泵供漿，成槽器及整套鉆桿系統做上下往復沖擊造孔，正循環排渣。以防在造孔時對孔壁沖刷，盡量調小泵量，保證正常造孔施工。

護壁泥漿使用淡水制備并完全膨化的優質膨潤土漿液，密度1.05～1.06 g/cm3，黏度32～40 s;造孔過程中及時補充膨化24 h后的新鮮泥漿。

泵壓0.2～0.4 MPa，成槽器上下沖擊頻率20～25次/min，一序槽沖擊行程控制在10 cm左右，二序槽沖擊行程放寬至30 cm。

二序槽造孔時，開啟成槽器兩側的扇形噴嘴和安裝在兩側的鋼絲刷洗刷一序槽段混凝土面。施工時隨時檢查噴嘴的暢通情況，側向噴嘴距混凝土面2～3 cm，噴射流體壓力0.5 MPa左右，反復上下運動，20～30次/min，沖擊行程10～30 cm。

4.3.2 槽孔長度劃分

根據成槽器尺寸劃分槽孔長度。施工選用成槽器寬度2.97 m，一、二序槽孔長度均劃分為3.0 m，成槽器與一序槽端間隙值預留1～2 cm。

4.4 清孔換漿

清孔采用反循環法，通過反循環泵將槽孔內漿液自孔底抽排凈化分離，槽孔口補充凈化泥漿或新漿。清孔結束標準:泥漿比重≤1.15 g/cm3，含砂量≤10%時，漏斗黏度 18～25 s，孔底淤積厚度≤10 cm。

4.5 墻段連接與接頭清理

射水法建造薄壁混凝土墻，其主要技術特點就是合理預留成槽器與一序槽端施工間隙，采用平接法連接墻段。二序槽造孔過程中，由成槽器側向噴嘴和鋼絲刷(頂部和底部安裝兩道鋼絲刷)不斷沖刷一序槽混凝土墻板端面，清理接頭形成清潔混凝土面，澆筑混凝土后，一、二序槽段間實現有效連接。

4.6 混凝土澆筑

采用泥漿下直升導管法，導管內徑Ф 150 mm，每個槽孔下設2套導管，導管間距1.8～1.9 m，距孔端0.5～0.6 m。導管底口距槽孔底距離控制在20～25 cm。澆筑用混凝土采用自動拌合系統集中攪拌，混凝土泵輸送至槽孔口儲料槽內，經溜槽分至每根導管上小料斗內澆入槽孔內，集中并均衡下料。

5 質量控制要點與技術改進

5.1 質量控制要點

5.1.1 槽孔垂直度控制

對于薄壁防滲墻，槽孔垂直精度直接關系到防滲墻的整體防滲效果，因而墻體垂直度控制顯得尤為重要。射水法成槽垂直度主要通過控制成槽機機構組件(導桿、成槽器、門架等)位置精度、垂直精度來保證。

首先控制施工平臺水平度，施工平臺必須平整夯實后鋪軌找平。

其次檢查成槽器導向門架鉛垂精度，檢查天輪、門架及孔口導向中心是否在同一鉛垂線上;檢查正反循環鉆管(導桿)是否垂直，連接是否緊密同軸，精校后鎖緊定位，尤其注意成槽器中心平面與防滲墻軸線重合度，不能出現夾角。

第三是力求準確操作，合理使用施工參數。

5.1.2 墻段搭接質量控制

射水法建造薄壁混凝土墻，墻段連接質量主要取決于槽孔長度劃分、成槽器與一序槽端間隙值大小和接頭的清理，而最為關鍵就是成槽器與一序槽端間隙值的準確預留。

針對粉細砂地層特點，根據試驗成果確定出適宜的施工間隙值1～2 cm，將槽段劃分標記明顯標識在定位了的鐵軌側面上，并嚴格控制槽孔分界線的現場標識;同時注重二序槽施工對兩端一序槽段混凝土壁清理，確保二序槽施工與一序槽之間的搭接質量。

5.2 技術改進

5.2.1 混凝土澆筑工藝

早期射水法成槽器寬度僅為2 m，槽孔短，每個單元槽孔只需下設一根導管，混凝土澆筑由系統拌合澆筑機自行完成，多為人工上料，比較經濟，但機械化程度不高。

隨著射水成槽機更新換代，設備性能大幅度提高，目前單元槽孔長度增大到3 m，為保證墻體混凝土澆筑質量，本工程每個槽孔改為下設兩套混凝土澆筑導管，以保證入槽混凝土流動、攤展、自密實效果和澆筑質量。同時設立混凝土拌合站集中攪拌、泵送混凝土，提高機械化施工程度和保持混凝土性能穩定。

5.2.2 接頭清理工藝

射水法造墻采用平接技術連接墻段。二序槽孔施工時，一般依靠成槽器兩側切削板切除一序槽墻板端壁可能凸起的混凝土，同時利用成槽器側向噴嘴噴出一定壓力的泥漿射流沖洗一序槽墻板端壁，以達到清理接頭目的。

針對本工程粉細砂地層松軟狀況，泥漿射流壓力過大，易引發接頭部位塌孔、泥漿護壁失穩，易影響混凝土澆筑質量。故泥漿射流壓力控制≤0.5 MPa，并在成槽器兩側上下部位各安裝兩道鋼絲刷(有效接觸混凝土壁面)，在二序槽造孔過程中不斷沖刷一序槽混凝土墻板端壁，或在成槽后安裝鋼絲刷，下放成槽器再次刷洗接頭，改善接頭清理效果。

6 施工成果和工程實體質量

優選射水法工藝方案后，先后投入4臺套射水成槽機，3個月內完成23 200 m2薄壁防滲墻施工，高峰期工效達到150 m2/臺日。

經過開挖檢查，墻體外觀質量良好，無蜂窩孔洞，均質密實;墻體垂直度、墻體厚度、墻段搭接質量和接縫處有效墻體厚度等指標均滿足設計要求。

成墻28 d后對部分墻段接縫進行了鉆孔取芯檢查，接縫處混凝土膠結良好，連續、完整。混凝土抗壓、抗拉、抗滲和彈模等性能指標(機口取樣和部分墻體取樣)檢測結果均達到設計要求。

7 結語

射水法成墻工藝在曹娥江大閘基礎防滲薄壁混凝土墻施工中應用取得了成功，射水法成槽工藝具有工程造價適中，工藝合理，工序銜接緊湊，施工速度快等顯著特點，具有廣泛的應用和發展前景。

為解決孔壁穩定問題，對本工程較為松軟的粉細砂地層，射水成槽施工采用了正循環出渣，合理控制泵壓和流量，減緩泥漿流對孔壁沖刷，增強泥漿護壁機能，并合理控制沖擊行程等施工參數;槽孔成型、孔壁穩定后，選用反循環清孔則基本不會對孔壁穩定造成影響。故針對不同地質條件，對射水成槽工藝而言，合理使用正反循環工藝和施工參數是極為必要的。

射水法成墻工藝，鉆渣主要通過自行沉淀實現水土分離(凈化泥漿)。對于具有自造漿功能的黏土地層，制漿材料消耗較少，采用自行沉淀方法凈化泥漿尚可，也比較經濟;而對于粉細砂地層，自行沉淀分離水土過程較慢，施工時需設置足夠規模的泥漿凈化池，泥漿消耗量大，不經濟也不利于文明施工，應加快對射水法泥漿凈化系統的技術改進，實現混合泥漿中水土機械分離，提高泥漿凈化工藝水平。

射水法成墻機混凝土澆筑系統機械化程度較低，體積法配料誤差較大，混凝土質量波動也大。本工程對混凝土澆筑工藝進行改進十分必要。對于重點工程，使用射水法成墻工藝，應提倡混凝土系統的技術改進，提高機械化施工程度和保持混凝土性能穩定。據悉，目前一些專業單位對射水法施工機具混凝土系統部分完成了技術改造，已投入使用，效果良好。

［1］陳舟.曹娥江大閘樞紐工程設計［J］.浙江水利科技，2004(6):20－21.

［2］顏國甫，韓繼靜.射水(漿)成槽工藝在曹娥江大閘混凝土防滲薄墻施工中的應用［J］.浙江水利科技，2005(05):58－60.

［3］張光輝.射水法在壩肩混凝土防滲墻工程中的應用［J］.陜西水利，2010(03):43－44.

［4］楊樹森，張靜巖，楊國興，張記周.輕型井點降水法的應用［J］.黑龍江水利科技，1996(2): 84－86.

［5］劉民學，豆志強，程磊，方坤.射水法超薄混凝土防滲墻施工淺議［J］.河南水利與南水北調，2008(6):51.