塑性混凝土防滲墻在深基坑開挖中的應(yīng)用

彭劍，楊清平

（廣州南華工程管理有限公司，廣東 廣州 510230）

塑性混凝土是一種低強(qiáng)度、低彈模、大應(yīng)變的高流動(dòng)性混凝土，是一種水泥用量較低但膨潤(rùn)土摻量大的柔性結(jié)合材料，具有很好的防滲性能；而且塑性混凝土具有在低強(qiáng)度和低彈性模量下適應(yīng)地基應(yīng)力的變化的特點(diǎn)，能確保墻體不被破壞，而又不需提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)或增加鋼筋配置，大大降低工程造價(jià)成本[1]。因此非常適用于既要求控制工程投資成本而防滲要求又較高的軟土地基。

1 工程概況

海南逸盛PTA項(xiàng)目取水頭沉箱、取水箱涵及取水泵站工程位于海南省洋浦經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)神頭港（PTA項(xiàng)目用地西南部），濱海大道西側(cè)。工程基坑開挖地面標(biāo)高為6.83 m，底標(biāo)高為-7.79 m，基坑底尺寸為34 m×33 m，基坑頂尺寸為78 m×80 m，開挖平均深度為15 m。基坑所處土層地質(zhì)為表層人工填土、下伏底層巖性為第四系全新統(tǒng)海相沉層、第四系下更新統(tǒng)海相沉積層和第三系上新統(tǒng)海相沉積層，地質(zhì)土層自上而下分別為雜填土、素填土、珊瑚碎屑、粉土質(zhì)砂夾碎石、粉質(zhì)黏土、中砂、貝殼碎屑巖、貝殼碎屑夾粉質(zhì)黏土。

基坑采用明挖法，分兩級(jí)放坡、分層均衡進(jìn)行開挖，第一級(jí)邊坡開挖至-0.79 m，第二級(jí)開挖至-7.79 m；標(biāo)高-0.79 m處設(shè)置3.0 m寬平臺(tái)（海側(cè)設(shè)置2.0 m寬平臺(tái)）。第一級(jí)邊坡開挖時(shí)按照1∶1.5坡度放坡至-0.79 m，第二級(jí)按1∶1.7坡度開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

基坑開挖坡面采用掛網(wǎng)+抹水泥砂漿護(hù)面，掛網(wǎng)規(guī)格為φ2@25，在防護(hù)網(wǎng)外面按間距@1 000×1 000布置φ12鋼筋，將鋼筋與網(wǎng)焊牢或綁牢，在鋼筋交叉處設(shè)置長(zhǎng)0.5～1.2 m的φ12插筋，然后抹平均厚度為5 cm的M15水泥砂漿，砂漿應(yīng)蓋住網(wǎng)和固定鋼筋，不使其外露，水泥砂漿施工后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。為保證排除坑壁土體中集水或滲透水，布置φ25塑料排水短管，伸入土體0.5 m左右，縱橫間距3～5 m。

塑性混凝土防滲墻布置在 +4.70 m（海側(cè)+4.30 m）高程施工平臺(tái)上，位于取水泵站基坑坡頂外7 m（海側(cè)基坑坡頂外3.1 m）處，軸線長(zhǎng)度365.540 m，墻體厚度0.6 m，深度按墻底標(biāo)高為-17 m（部分段為-14 m），墻底伸入粉質(zhì)黏土層不小于2.5 m，設(shè)計(jì)槽孔孔斜率≤1/200，墻體滲透系數(shù) K≤3.0×10-7cm/s。

基坑開挖在防滲墻完成28 d后，并在防滲墻質(zhì)量檢測(cè)合格后進(jìn)行。

塑性混凝土防滲墻28 d齡期主要控制性指標(biāo)： 1） 抗壓強(qiáng)度≥1.0 MPa，且不宜高于2.5 MPa；2） 滲透系數(shù)≤3×10-7cm/s；3） 彈性模量 E≤800 MPa。

參考性指標(biāo)：1） 重度≥20 kN/m3；2） 泊松比 μ=0.4；3） 抗拉強(qiáng)度≥0.3 MPa；4） 在平均圍壓0.3 MPa情況下，極限壓應(yīng)變≥3%；5） 內(nèi)摩擦角φ≥32°，凝聚力c≥0.27 MPa。

2 防滲墻施工工藝

根據(jù)海南逸盛PTA項(xiàng)目取水頭沉箱、取水箱涵及取水泵站工程基坑現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，塑性混凝土防滲墻采用間隔分序法施工工藝沖孔成槽，主、副孔間殘留及槽段接頭部位采用鉆劈法進(jìn)行修整，確保成槽整體質(zhì)量符合要求。

防滲墻工程施工機(jī)械共有JK6鋼繩沖擊式鉆機(jī)16臺(tái)，泥漿泵16套，泥漿攪拌泵2套。導(dǎo)管提升機(jī)2臺(tái)。

防滲墻主要施工順序?yàn)椋簻y(cè)量定位→導(dǎo)墻（導(dǎo)向槽）施工→鉆孔成槽→孔底清渣→灌注塑性混凝土。

3 塑性混凝土配合比試配和驗(yàn)證

塑性混凝土就成熟度和應(yīng)用廣度而言遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常規(guī)混凝土，塑性混凝土缺乏廣泛和普遍的經(jīng)驗(yàn)配合比，塑性混凝土水泥用量一般為80～170 kg/m3[2]。因此，依據(jù)塑性混凝土抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)及彈性模量3個(gè)主要控制性設(shè)計(jì)指標(biāo)，根據(jù)現(xiàn)有砂石料規(guī)格、粒徑級(jí)配和水泥品種，在水泥用量區(qū)間取值進(jìn)行室內(nèi)配合比試驗(yàn)，確定塑性混凝土防滲墻配合比。在塑性混凝土生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)試驗(yàn)確定的配合比進(jìn)行試配生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行取樣復(fù)核試驗(yàn)，復(fù)核試驗(yàn)結(jié)果符合要求后進(jìn)行正式量產(chǎn)。

4 防滲墻成孔、成槽

結(jié)合工程實(shí)際情況，本工程塑性混凝土防滲墻采用沖孔樁機(jī)分Ⅰ、Ⅱ序槽段沖孔成槽，即間隔分序法施工方法，槽段劃分為Ⅰ、Ⅱ序槽段，Ⅰ、Ⅱ序槽段開挖長(zhǎng)度均為6 m，每個(gè)槽段分為2個(gè)主孔及1個(gè)副孔，先施工Ⅰ序槽段，后施工Ⅱ序槽段，間隔跳槽成孔。

施工工藝如圖1所示。

圖1 間隔分序成孔（槽）示意圖Fig.1 Sketch of interval sequence to punching into the tank

分段跳槽成孔質(zhì)量關(guān)鍵是要控制好槽段之間接頭處理，采用接頭管方法施工較易造成卡管、接頭管拔出困難、接頭密封性差等問題，難以保證塑性混凝土防滲墻整體性、抗?jié)B透性，加之本工程防滲墻體深度較深，經(jīng)監(jiān)理、業(yè)主、施工承包人共同討論后確定采用沖鑿圓弧接頭法，如圖2所示。

圖2 沖鑿圓弧接頭工藝示意圖Fig.2 Sketch of punching the arc joints process

采用沖鑿圓弧接頭法具有整體性好、抗?jié)B性好、施工簡(jiǎn)易、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)[3]。具體施工方法是在Ⅰ序槽澆混凝土后端孔位置采用沖擊鉆鉆鑿混凝土至Ⅱ序槽槽底高程，在Ⅰ序槽混凝土初凝后，方可進(jìn)行Ⅱ序槽段接頭孔施工。為確保Ⅰ、Ⅱ序槽的套接厚度能滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，監(jiān)理督促要求施工承包人在成孔施工過程中嚴(yán)格控制端孔及接頭孔垂直度，鉆進(jìn)過程每進(jìn)尺2 m檢測(cè)孔斜率1次，且接頭孔對(duì)位必須與端孔重合，確保接頭任一深度套接墻厚不少于40 cm，Ⅱ序槽澆混凝土前用鋼絲刷接頭錘將接頭洗刷干凈，確保接頭處混凝土連接密實(shí)，無夾泥。

5 膨潤(rùn)土泥漿制備與使用

泥漿具有維護(hù)槽壁穩(wěn)定、懸浮攜帶鉆渣和冷卻、潤(rùn)滑鉆具的作用，泥漿應(yīng)具有良好的物理性能、流變性能、穩(wěn)定性以及抗水泥污染的能力。根據(jù)本工程地質(zhì)情況及鉆機(jī)性能，采用膨潤(rùn)土成品料制造泥漿。膨潤(rùn)土成品料的性能指標(biāo)應(yīng)符合SY/T 5060—1993《鉆井液用膨潤(rùn)土》的規(guī)定，每盤泥漿制作時(shí)間不少于30 min，所制的泥漿需停放24 h后才能使用，泥漿池內(nèi)泥漿應(yīng)經(jīng)常攪動(dòng)[4]。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，泥漿采用配合比為：膨潤(rùn)土∶水∶NaCO3=50∶1 000∶1。膨潤(rùn)土泥漿性能指標(biāo)如表1。

表1 膨潤(rùn)土泥漿性能指標(biāo)Table 1 Performanceindicators of bentonite mud

監(jiān)理對(duì)槽段成孔至澆筑塑性混凝土前的泥漿質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)每成槽段的泥漿密度、漏斗黏度、含砂量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。清孔換漿指標(biāo)通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。

6 塑性混凝土水下灌注

在槽段深度、寬度、垂直度及清槽驗(yàn)收滿足設(shè)計(jì)、規(guī)范要求后及時(shí)灌注防滲墻水下塑性混凝土，采用雙套導(dǎo)管同時(shí)水下灌注法，即每槽段設(shè)兩組導(dǎo)管，導(dǎo)管間距3 m，導(dǎo)管距槽段兩端均為1.5 m，塑性混凝土塌落度18～22 cm，擴(kuò)散度34～40 cm，28 d混凝土抗壓強(qiáng)度為 R28=1～2.5 MPa，初始彈性模量E28≤800 MPa，滲透系數(shù)K≤3×10-7cm/s。塑性混凝土澆筑時(shí)上升速度控制在2 m/h，導(dǎo)管埋深在2～6 m之內(nèi)，每槽段現(xiàn)場(chǎng)留置1組塑性混凝土試塊。

塑性混凝土采用泵送工藝，在孔口導(dǎo)管設(shè)漏斗，泵送混凝土要求連續(xù)供給，澆筑速度控制在6～10 m/h，在塑性混凝土灌注過程中定時(shí)測(cè)定混凝土面的上升情況，與已灌注的混凝土用量相核

對(duì)，并根據(jù)混凝土面上升情況及時(shí)調(diào)整各導(dǎo)管混凝土灌入量，保證混凝土面均勻上升。

7 塑性混凝土防滲墻質(zhì)量檢測(cè)

塑性混凝土防滲墻完成28 d后專業(yè)檢測(cè)單位對(duì)防滲墻進(jìn)行了物理力學(xué)性能指標(biāo)檢測(cè)，共完成了4個(gè)鉆孔抽芯試驗(yàn)、4個(gè)鉆孔滲透試驗(yàn)及鉆取混凝土芯樣20個(gè)，鉆孔取芯及滲透試驗(yàn)完成后采用純水泥漿進(jìn)行了灌注封孔。

試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明，防滲墻墻身塑性混凝土膠結(jié)良好，拼接性良好，骨料顆粒均勻；注水滲透試驗(yàn)表明防滲墻塑性混凝土為微-極微透水，滲透系數(shù)≤3×10-7cm/s；混凝土芯樣飽和單軸抗壓強(qiáng)度最大為3.53 MPa，最小為1.61 MPa，平均為2.44 MPa；彈性模量為800 MPa。

8 結(jié)語

基坑塑性混凝土防滲墻從導(dǎo)墻（導(dǎo)向槽）開始施工至塑性混凝土防滲墻澆筑完成共歷時(shí)74日歷天，防滲墻經(jīng)檢測(cè)合格后開始進(jìn)行深基坑開挖，從基坑開挖過程的滲水情況反映，塑性混凝土防滲墻止水防滲效果非常好，整個(gè)深基坑開挖過程中幾乎無滲水現(xiàn)象發(fā)生，為基坑內(nèi)水泵房干地施工創(chuàng)造了良好條件。

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