軟基高水位圍堰填筑及塑性混凝土防滲墻施工

周鑫

南水北調河西支線工程中堤泵站圍堰施工中采用“分步進占、重力擠淤”的施工方法解決了在帶有淤泥層的深水中進行砂礫料圍堰的填筑難題，總結出一套高水位軟弱基礎圍堰填筑施工質量保障措施。采用高壓旋噴樁的施工方式對塑性混凝土防滲墻施工基礎進行預加固，解決了圍堰在水下填筑堰體松散，難以直接在軟基上進行防滲墻成槽施工的問題。采用常在地質勘探中使用的地質雷達探測手段探測塑性混凝土防滲墻施工效果，通過對圍堰的安全監測確保圍堰變形符合要求，保證了工程質量。

一、工程概況

河西支線工程是北京市南水北調配套工程的重要組成部分，為豐臺河西地區、石景山區、門頭溝區供水，工程輸水規模10m3/s，管線總長18.8km，采用1根DN2600鋼管輸水；沿線新建3座加壓泵站、1座閘站、5處分水口、1座調度中心。工程第一級泵站位于大寧調蓄水庫內，建設位置處庫底高程約38.0～45.5m，泵站建設期間庫水位控制在不高于49.0m。主要建筑物位于水庫蓄水位以下，需要修筑擋水建筑物保證干場施工。設計填筑圍堰圍護基坑，圍堰頂高程51.0m，最大堰高13.0m，圍堰頂寬15.0m，迎水面邊坡采用1:2.5，背水面邊坡1:2。圍堰采用塑性混凝土防滲墻垂直防滲，防滲墻和底部深入基巖，防滲墻兩端與水庫灘地上新建的基坑圍護結構—鋼筋混凝土地下連續墻連接，形成閉合的止水結構。防滲墻塑性混凝土的主要指標為：彈性模量小于1500MPa，抗壓強度大于2MPa，滲透系數不大于1.0×10-6cm/s。防滲墻厚為0.8m，墻頂高程51.0m，墻底高程32.0m，共分為53個槽段。

二、施工難點分析

中堤泵站工期為30個月，其中圍堰及塑性混凝土防滲墻施工工期僅6個月。泵站主泵房為地下式結構，其基礎及部分主體結構施工高程都在低于大寧水庫蓄水位，施工期間需要保證基坑內無水，因此基坑圍護結構（由鋼筋混凝土地連墻及塑性混凝土防滲墻組成的閉合擋水結構）施工質量的好壞直接關系著工程安全。

1.圍堰施工難點

圍堰需在水庫中填筑，填筑位置最深處水深超過10m，且庫底坡度變化較大。圍堰填筑區域主要地層為卵石地層，經水下勘察，庫底存在約40cm的淤泥及雜物。圍堰主要填筑材料為砂礫料，需要在填筑中保證圍堰穩定，不發生垮塌，同時要保證圍堰寬度、軸線及內外坡比滿足設計要求。圍堰坐落在含淤泥軟弱基礎上，施工需要在深水位中采用砂礫料填筑，需要保證圍堰堰體邊坡的穩定性，同時能夠相對密實，對下階段防滲墻施工提供條件。

2.塑性混凝土防滲墻施工難點

塑性混凝土防滲墻在堰頂上施工，圍堰在水下填筑無法夯實。由于工期的限制，防滲墻施工時砂礫料圍堰還未完成固結。塑性混凝土防滲墻成槽過程中容易塌孔，嚴重時易發生安全事故。

三、圍堰填筑施工

1.圍堰填筑施工程序

根據工程施工特點，圍堰填筑分為水中填筑（49.8m高程以下部分，預留0.8m水下填筑沉降量）、水上填筑（49.8m高程以上部分）。圍堰水中填筑（49.8m高程以下部分）采取進占、重力擠淤法填筑，從圍堰兩端同時向中間填筑，在合攏前20m，由北向南填筑直至合攏，橫向填筑均從堰體的東側添向西側。圍堰水上填筑（49.8m高程以上部分）采用進占法填筑，從堰體的一側全斷面填向另一側，分層填筑，分層碾壓。

2.圍堰填筑施工方法

（1）堰體水下填筑

圍堰在水下填筑采用進占、重力擠淤法，圍堰填筑從一端一次性填筑到水面高程以上0.8m，堤頭斷面2m范圍內填筑達到設計高程51.0m，從而實現重力擠淤的工藝。土料在填筑過程中，庫底淤泥受到擠壓會形成一定的弧度（堤頭正前方和堰體兩側），當淤泥受到的壓力越來越大，無法平衡時，淤泥會被徹底擠走，此時堤頭及堰體兩側會產生滑坡。

（2）堰體水上填筑

圍堰水面以上填筑施工采用自卸汽車，全斷面進占法卸料施工。分層填筑，分層碾壓，采用推土機平整后采用壓路機振動碾碾壓至密實狀態，碾壓范圍為1.5m。圍堰水面以上填筑施工壓實后相對密度不低于0.75，分層鋪填，每層虛鋪厚度不大于30cm。

（3）圍堰施工質量控制要點

①填筑施工前，進行與實際施工條件相仿的生產性試驗，并根據實驗結果確定填筑施工參數；②嚴格控制填筑厚度，采用分層、分段碾壓，嚴格控制施工參數，經檢查合格后，方可繼續填筑；③填筑期間氣候干燥、土層表面水分蒸發較快時，鋪料前，壓實表面應適當灑水濕潤，嚴禁在表土干燥狀態下，在其上鋪填新土；④碾壓完畢后，應按照規定的檢驗頻率，按照規定的檢驗方式進行檢測試驗，達到設計要求，方可進行上層填料。

（4）圍堰成型后安全監測

圍堰成型后，組織了連續不斷的圍堰位移觀測,位移點最大位移為28mm，根據設計及規范要求進行的觀測，數據呈曲線變化，數據逐漸增加，開挖完成后數據趨近穩定，數據平穩無波動,滿足設計及規范要求。

四、塑性混凝土防滲墻施工

1.防滲墻施工程序

防滲墻采用“2鉆1抓法”施工，先采用沖擊鉆機成主孔，再由液壓成槽機抓取2抓或3抓成副孔；通過上述步驟形成槽孔。槽孔分Ⅰ、Ⅱ序間隔施工，下設接頭管、導管后實施澆筑；Ⅱ序槽段成槽后，加上Ⅰ序槽段接頭管寬度，形成Ⅱ序槽段。槽段間接頭使用接頭管法施工，混凝土采用多組直升導管法進行水下澆筑。

2.防滲墻基礎預加固

塑性混凝土防滲墻位于圍堰填筑部位，圍堰在水下填筑無法夯實，成槽過程中容易塌孔，嚴重時易發生安全事故。工程在實施過程中，用沖擊鉆在圍堰上進行導孔施工，因圍堰水下填筑，堰體松散，發生了塌孔現象。針對此問題，考慮對防滲墻位置兩側的堰體進行加固。經查詢資料并咨詢專業人士，部分圍堰防滲墻施工過程中均進行了基礎加固，如廣州地鐵某車站工程，進行地連墻施工前進行了旋噴樁加固，順利完成施工；鄭州某穿黃工程始發數據基坑采用地連墻維護方式，采用水泥攪拌樁加固槽壁，保證來施工順利進行；蘇州某火車站改造工程，采用旋噴樁加固地連墻施工槽壁措施，保證了地連墻順利成槽。部分未采取預加固的防滲墻工程，施工過程中遇到了困難。

3.防滲墻施工方法

（1）防滲墻成槽

防滲墻成槽采用鉆抓法，膨潤土泥漿護壁。采用兩序間隔法施工，一、二期槽孔間隔布置；一期槽段標準長度為5.1m，二期槽段標準長度為6.9m。主孔采用旋挖鉆鉆進，每個主孔臨近設計基巖面高程后開始取樣，進行基巖面鑒定，確保防滲墻入巖深度符合設計要求；副孔采用液壓抓斗抓取成槽。

（2）混凝土澆筑

混凝土澆筑前，對混凝土拌合物質量進行現場檢測，確保入槽混凝土質量滿足設計要求。混凝土澆筑采用澆筑架配合導管澆筑的方法入倉，導管布置、導管端頭距離孔底距離、澆筑過程中導管下端距離混凝土上表面距離符合規范要求，混凝土澆筑高程滿足設計及規范要求。

（3）防滲墻檢測與試驗

①鉆心取樣。防滲墻施工完成后，進行鉆孔取樣檢測9處，芯樣連續完整，其中2處按《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》進行了壓水試驗。均滿足設計要求，最大滲透系數3.4×10-7cm/s，小于設計標準1×10-6cm/s。②雷達檢測。探地雷達（ground penetrating radar，建成后GPR）是利用天線發射和接受高頻電磁波來探測介質內部物質特性和分部規律的一種地球物理方法。為確保防滲墻施工效果，采用常在地質勘探中使用的探地雷達探測手段探測塑性混凝土防滲墻施工效果。結果顯示墻體密實，無明顯空洞現象。

五、施工效果評價

通過采取各種措施各施工過程中的精心組織，圍堰在2個月內即施工完成，堰體比較密實，基本滿足設計坡比，可以進行后續施工。堰體預加固措施效果良好，防滲墻施工順利，防滲墻鉆孔及后續成槽、澆筑施工均較為順利，未發生塌孔等情況。由于堰體進行的加固預處理，成槽、澆筑過程中未對水體造成污染。圍堰及圍護結構完成后，圍堰內進行抽水，清淤，開始進行泵站主體施工，堰體滲水未超過設計計算值。對塑性混凝土防滲墻及鋼筋混凝土地連墻采用地質雷達進行探測，結果顯示墻體密實，無明顯空洞現場。對防滲墻進行鉆孔取芯及灌水試驗，均滿足設計要求。在圍堰上埋設的安全監測設備顯示，圍堰填筑完成后，變形滿足設計要求，且已趨于穩定。

六、結語

河西支線工程中堤泵站圍堰施工中采取了各項措施，解決了水中填筑砂礫料圍堰成型困難的問題，同時解決了水下塑性混凝土防滲墻施工的技術難題，減少了施工中的麻煩，取得了良好的效果。保證了工程質量，避免污染引用水環境，確保了工程在合同工期內完成，社會效益及經濟效益均較為明顯。該項技術對類似工程實體具有較大的指導意義，同時圍堰上塑性混凝土施工前采用的預加固技術對高地下水人工填土基礎地連墻施工也具備一定的參考價值。