地下連續(xù)墻在泵站基坑防滲工程中的應(yīng)用與實(shí)踐
1.1 工程概況
太浦河泵站位于江蘇省吳江市廟港鎮(zhèn)境內(nèi),西距東太湖邊約2.0Km,是太湖流域綜合治理、改善水環(huán)境的大型工程之一。泵站站址北側(cè)為太浦河節(jié)制閘。泵站該泵站規(guī)模為大(1)型,等別Ⅰ級(jí),主體結(jié)構(gòu)為I級(jí)建筑物。泵站建成后,將改善上海市在黃浦江取水口的水質(zhì),設(shè)計(jì)供水流量300m3/S,擬安裝6臺(tái)直徑為4.10m、斜150軸伸泵,單泵設(shè)計(jì)流量為50m3/S.泵站軸線距太浦閘軸線下游71.45m.
泵站主泵房上游依次設(shè)計(jì)為進(jìn)水池、攔污柵閘、交通橋,泵站下游為出水池。為了實(shí)現(xiàn)泵站及進(jìn)出水建筑物的施工,設(shè)計(jì)了上開口尺寸(長(zhǎng)×寬)171.4m×165m,最大開挖深度17.5m(一般約14.5m)的大型基坑,基坑毗鄰太浦河和太浦閘,基坑距太浦河河岸較近,開挖邊線最近處只有22m.
為保證基坑開挖及結(jié)構(gòu)物施工期間的邊坡穩(wěn)定,保護(hù)太浦河節(jié)制閘等已有建筑物的安全,并有效截?cái)嗵趾雍铀畬?duì)深基坑的側(cè)向滲流影響,在泵房主基坑和太浦河之間設(shè)計(jì)布置了一道砼地下連續(xù)墻進(jìn)行防滲。
1.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)
太浦河泵站砼地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為240m,墻體厚度為0.24m;設(shè)計(jì)墻體深度為19.70m(EL6.00m~EL-13.70m),砼設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)C20,水泥用量≮350kg/m3,整體滲透系數(shù)≯1×10-7cm/s.該工程采用射水法成墻技術(shù)。
1.3 工程地質(zhì)條件
工程地質(zhì)條件:根據(jù)江蘇省工程勘測(cè)設(shè)計(jì)院提供的《太浦河泵站工程地質(zhì)水文地質(zhì)勘察報(bào)告》中I-I/工程地質(zhì)剖面圖所示,地連墻施工區(qū)內(nèi)主要地層見表1:
依據(jù)設(shè)計(jì)要求,砼地連墻需穿過(guò)①1、②2、②3、③1、③2、③3、④1、⑤等多層土層,并深入⑥層土深度⑥層土0.3~0.5m.⑥層土為硬塑狀粉質(zhì)粘土,中低壓縮性,土質(zhì)均勻,土層穩(wěn)定,是相對(duì)隔水層和地連墻的墻底持力層。
2、射水法造墻技術(shù)原理及施工工藝
2.1 射水法造墻技術(shù)原理
射水法建造地下連續(xù)墻技術(shù)由福建省水電廳水利科學(xué)研究所于1982年開始研究,經(jīng)過(guò)多年的研制和生產(chǎn)性試驗(yàn),在80年代中期生產(chǎn)出一代機(jī)、二代機(jī)、目前研制生產(chǎn)出三代機(jī)。研制生產(chǎn)的專利設(shè)備——射水法造墻機(jī)組(二代機(jī)組、三代機(jī)組)進(jìn)行砼地下連續(xù)墻的施工在我國(guó)江河湖泊的堤防工程中得到了廣泛的應(yīng)用。
該機(jī)組由在同一軌道上電動(dòng)行走的造孔機(jī)、砼澆筑機(jī)、砼拌和機(jī)(三代機(jī)配備反循環(huán)砂礫泵抽碴)組成,設(shè)備總功率約150~180KW.其工作原理是利用水泵及成型器中的射水噴嘴形成高速水流來(lái)切割破壞土層結(jié)構(gòu),水土混合回流,泥砂溢出地面(正循環(huán))或者用砂礫泵抽吸出槽孔(反循環(huán)),同時(shí)利用卷?yè)P(yáng)機(jī)帶動(dòng)成型器上下往返運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步破壞土層并由成型器下沿刀具切割修整孔壁形成具有一定規(guī)格尺寸的槽孔;槽孔由一定濃度的泥漿固壁。溢出或抽吸出的與泥漿混合一起的土、砂、卵石等流入沉淀池,土、砂、卵石沉淀,泥漿水循環(huán)使用。槽孔成型后提起成型器,造孔機(jī)電動(dòng)行走到隔一槽孔位置繼續(xù)造孔,砼澆筑機(jī)就位,采用導(dǎo)管法水下砼澆筑建成砼單槽板或鋼筋砼單槽板,并在施工中采用平接技術(shù)建成地下砼連續(xù)墻。墻體厚度按設(shè)計(jì)要求在220~450mm之間調(diào)節(jié)。
2.2 射水法造墻施工工藝流程
3、射水法造墻施工主要技術(shù)要點(diǎn)
射水法造墻技術(shù)上由造孔技術(shù)和水下砼澆筑技術(shù)兩部分組成,而導(dǎo)管法水下砼澆筑是成熟的一種施工工藝,因此,射水法造墻技術(shù)主要研究對(duì)象就是造孔。造孔的關(guān)鍵技術(shù)要素有四個(gè)——破土、固壁(保持孔壁穩(wěn)定)、出碴和槽孔的連接;四個(gè)要素相互關(guān)聯(lián),相互制約。
3.1 破土
射水法,其名稱就是源自泥漿水射流破土(以三代機(jī)為例),三代機(jī)是由單排并列8個(gè)垂直向下的噴嘴作為射流破土結(jié)構(gòu)。它的破土能力、破土范圍取決于射流水壓力、噴嘴幾何形狀以及對(duì)槽孔底部距離,可根據(jù)土體強(qiáng)度確定水壓力。設(shè)備所配水泵的壓力不小于0.4Mpa.
3.2 固壁
施工過(guò)程中的孔壁穩(wěn)定是成孔的關(guān)鍵。首先是孔壁保護(hù),破土后的絮流靠成型器箱形外殼導(dǎo)流,減小水流對(duì)孔壁的破壞,保護(hù)孔壁。水流流速對(duì)孔壁穩(wěn)定有影響,流速應(yīng)控制在小于0.2m/s.
泥漿固壁利用槽孔內(nèi)泥漿水位高于地下水位及泥漿水比重大于地下水比重形成槽孔內(nèi)對(duì)孔壁的壓力達(dá)到固壁作用,同時(shí)泥漿水向外滲流過(guò)程中在孔壁上形成泥漿網(wǎng)膜,增大松散地層的粘聚性,起到護(hù)壁作用。因此針對(duì)各種地層條件,在造孔過(guò)程中確定泥漿的性質(zhì)和質(zhì)量是至關(guān)重要的(根據(jù)地層條件用自成泥漿法固壁或提前制備優(yōu)質(zhì)泥漿固壁)。
3.3 出碴
第三代射水法造墻機(jī)組出碴是利用水泵及成型器中的射水噴嘴形成高速泥漿水流來(lái)切割破壞土層結(jié)構(gòu),水土混合回流,泥砂溢出地面(正循環(huán))或用砂礫泵抽吸出孔槽(反循環(huán)),溢出或抽吸出的與泥漿混合一起的土、砂、卵石等流入沉淀池沉淀,泥漿水循環(huán)利用。
3.4 單、雙號(hào)槽孔的連接
連續(xù)防滲墻重在“連續(xù)”二字,造孔過(guò)程中是由單個(gè)槽孔經(jīng)水下砼澆筑形成2m寬的砼單槽板,由多塊砼單槽板連接形成砼連續(xù)防滲墻,因此接縫的連接質(zhì)量是該技術(shù)的主要關(guān)鍵點(diǎn),也就是連續(xù)墻整體防滲效果的關(guān)鍵,單槽板本身結(jié)構(gòu)不管是砼,塑性砼或其他材料均能達(dá)到某一抗?jié)B指標(biāo),接縫的質(zhì)量才是關(guān)鍵,這也是其它任何一種連續(xù)墻施工工藝所共同存在的技術(shù)問(wèn)題。射水法造墻技術(shù)采用的是平接技術(shù)——也就是在同一軸線端側(cè)面實(shí)現(xiàn)平面對(duì)接,射水法是在整體放樣后先施工1、3、5號(hào)單序孔,在單序孔的砼槽板初凝后(一般>24h)預(yù)先設(shè)定的尺寸,準(zhǔn)確的位置建造雙序號(hào)槽孔。即在建造Ⅱ序槽孔時(shí),利用成型器側(cè)向噴嘴射流,將已澆筑好的Ⅰ序槽板端壁泥皮沖刷清除干凈,然后澆筑Ⅱ序槽孔砼使之與Ⅰ序槽板形成連續(xù)的砼墻體,如此同時(shí)成型器的側(cè)向噴嘴的射流沖刷可以使得Ⅱ序槽孔砼對(duì)已澆Ⅰ序槽板端部形成裹頭,從而建成一道密閉完整的砼地下連續(xù)墻。
4、施工工藝改進(jìn)及質(zhì)量檢驗(yàn)
4.1 施工工藝改進(jìn)
根據(jù)射水法施工設(shè)備的技術(shù)特性,將地連墻(長(zhǎng)240米)劃分為119個(gè)槽段,單槽長(zhǎng)度在2.01m~2.04m之間調(diào)整。工程從2000年12月24日開始成槽施工試驗(yàn),到2001年3月12日施工結(jié)束。
先前機(jī)械設(shè)備采用第二代射水造墻機(jī),由于土層的粘粒含量高,就是更換三代機(jī)機(jī)后依然需6~8h才穿過(guò)該層,出現(xiàn)了擴(kuò)孔、塌孔等較多質(zhì)量問(wèn)題。在施工過(guò)程中,針對(duì)該地質(zhì)條件,在成孔器的底部?jī)蓚?cè)加焊鐵抓,勾切土體;側(cè)向開孔口,使進(jìn)入成孔器的土體及時(shí)從開孔中排出,利用反循環(huán)泵抽出;還采取了超前預(yù)鉆孔破壞地層、采用高壓柱塞泵設(shè)備(加工配套管路)射水先行破壞硬塑狀地層等多種方法進(jìn)行了摸索試驗(yàn),得出了有益的施工經(jīng)驗(yàn)——改進(jìn)施工機(jī)具,特別是對(duì)成型器進(jìn)行的多次大膽改造,以及根據(jù)進(jìn)尺快慢及時(shí)調(diào)整施工參數(shù),最終取得了提高工效、降低成本并保證施工質(zhì)量。同時(shí),對(duì)在軟塑到流塑狀地層中如何保證擴(kuò)孔率也摸索出了有效經(jīng)驗(yàn)。
施工槽孔孔壁穩(wěn)定,槽段垂直度控制較好,孔斜率均小于0.4%;I、II期槽孔的接頭套接位置正確,有效墻厚一般大于24cm,且接頭端最小厚度達(dá)到了“大于22cm”的技術(shù)指標(biāo)要求,墻段連接質(zhì)量良好,形成了防滲整體,最終達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的工程目的。
4.2 質(zhì)量檢驗(yàn)
對(duì)射水成墻的墻段,按工程師批復(fù)的檢測(cè)方案布置了超聲波檢測(cè)管(共布置6個(gè)槽段),平均每40m長(zhǎng)度內(nèi)布設(shè)一對(duì)聲測(cè)管,通過(guò)超聲波檢測(cè)曲線來(lái)分析墻體混凝土密實(shí)度等質(zhì)量指標(biāo)。對(duì)于成墻質(zhì)量,還采用了開挖直觀檢查法來(lái)確定施工質(zhì)量。
在射水法施工形成一部分墻體后,于2001年2月22日對(duì)093#~095# 3個(gè)槽段2道接縫、107#~110# 4個(gè)槽段3道接縫進(jìn)行了開挖檢查,證明墻段接縫的施工質(zhì)量良好,經(jīng)測(cè)量監(jiān)理對(duì)已開挖墻段的軸線位置、墻頂高程進(jìn)行的校測(cè),證明各項(xiàng)指標(biāo)都滿足了設(shè)計(jì)要求。
對(duì)射水墻體,按檢測(cè)方案在6個(gè)槽段的砼中埋設(shè)有了超聲波檢測(cè)管,經(jīng)上??睖y(cè)設(shè)計(jì)院科研所進(jìn)行了超聲波檢測(cè),射水墻體之間搭接緊密,評(píng)價(jià)墻體混凝土密實(shí)度等質(zhì)檢指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。按工程師指定位置鉆取了水泥加固土芯樣,送指定試驗(yàn)機(jī)構(gòu)做強(qiáng)度指標(biāo)檢驗(yàn),上述質(zhì)量檢查結(jié)果均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
在泵站基坑開挖的過(guò)程中,在地連墻的兩側(cè)設(shè)置兩組水位觀測(cè)管,以觀測(cè)地下防滲連續(xù)墻的防滲效果,在基坑開挖、軟基地基處理及建筑物施工階段,兩組的水位觀測(cè)管的水位差值5.0m附近變化,說(shuō)明地下連續(xù)墻的防滲效果是相當(dāng)好的,達(dá)到了截?cái)嗵趾铀c基坑地下水的目的。
5、施工中的注意事項(xiàng)
1)要保證射水法成墻的垂直度和接縫質(zhì)量,對(duì)造孔機(jī)械設(shè)備的就位精度與水平調(diào)整必須嚴(yán)格復(fù)核控制。
2)應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)條件,調(diào)整合適的水泵壓力以保證噴嘴出口壓力符合設(shè)計(jì)要求。
3)射水法造墻采用泥漿固壁法,槽孔孔壁的穩(wěn)定是關(guān)鍵,因此,必須根據(jù)地層地質(zhì)條件調(diào)整泥漿并嚴(yán)格保證槽孔內(nèi)泥漿水位。
4)造槽過(guò)程中必須經(jīng)常性檢查機(jī)架垂直度。
5)應(yīng)針對(duì)不同的地層條件,對(duì)造槽起主要控制作用的成型器等部件進(jìn)行探索改進(jìn),不能拘泥于設(shè)備原配裝的結(jié)構(gòu)型式,從主、客觀方面作出努力,以便提高成槽進(jìn)度、提高工效。
6)射水造墻一般劃分成雙序槽孔,采用跳槽法施工——先施工I序槽孔,24~72小時(shí)之內(nèi)必須安排設(shè)備返回施工II序槽孔,保證墻體有序連接及接縫質(zhì)量。
7)射水法造墻采用的是泥漿固壁法,隨著漿液濃度變大,需逐漸棄漿,因此施工所產(chǎn)生的廢漿量較大(一般約為成槽實(shí)方量的5倍),在正式施工前必須安排好廢漿排放處理——場(chǎng)地條件允許時(shí)可引至施工區(qū)域之外排放;工程環(huán)境不允許污染且場(chǎng)地條件受限時(shí),必須準(zhǔn)備排污罐車及時(shí)予以運(yùn)棄。
6、結(jié)語(yǔ)
太浦河泵站砼地下連續(xù)墻采用射水法造墻,該墻有效截?cái)嗔颂趾铀畬?duì)泵站深基坑區(qū)域的側(cè)向滲流,保證了泵站工程的基礎(chǔ)處理、主體結(jié)構(gòu)施工期未受太浦河側(cè)向滲流的影響,保證了施工期深基坑邊坡的穩(wěn)定;觀測(cè)資料也證明,太浦河節(jié)制閘在施工期內(nèi)未出現(xiàn)異常沉降變形,保證了太浦閘的安全,從而充分驗(yàn)證了地下連續(xù)墻的防滲效果。
射水法成墻,成型的槽孔孔壁穩(wěn)定,澆筑的砼(鋼筋砼)墻面平整,可按照設(shè)計(jì)要求構(gòu)筑0.22~0.45m厚、深達(dá)30m,垂直偏差小于1/300的地下連續(xù)墻。墻體的接縫處理有獨(dú)到之處,能夠保證接縫的質(zhì)量,整體防滲性能好。造墻的工效高,工程造價(jià)低,經(jīng)濟(jì)效益顯著。
參考文獻(xiàn):
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[2] 劉立新。射水法造墻施工工藝。江西南方隧道工程有限公司,2001年
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