射水法成墙工艺在防渗墙施工中的应用

李小刚

(中国水电基础局有限公司，天津301700)

1 工程概况

曹娥江大闸是中国第一河口大闸，位于浙江省绍兴市钱塘江下游右岸主要支流曹娥江河口，闸址距绍兴市区约30 km，是浙东引水工程的枢纽，是杭州湾绍兴工业新城区开发启动性重大基础设施工程。

枢纽工程由挡潮泄洪闸、堵坝、导流堤和闸上江道防洪堤脚加固工程组成。枢纽工程为Ⅰ等工程，主要建筑物挡潮泄洪闸、堵坝等为Ⅰ级建筑物;次要建筑物上游导流堤等为Ⅲ级建筑物;挡潮闸总宽560 m，28个闸孔，每孔净宽20 m，工程总投资约12.8亿元［1］。

大闸基础工程项目包括闸基础PHC管桩、砂土地基防液化处理和闸底板上下游两侧垂直薄壁防渗墙。

基础项目施工在地面标高低于曹娥江和钱塘江水位3～6 m深度的土石围堰形成的基坑内进行，防渗墙工程在PHC管桩和基础振冲挤密后施工，对闸底板下部砂质粉土进行防渗围封。

防渗墙设计墙厚30 cm，墙底深入Ⅲ1层土2m，设计墙顶高程－3.0 m，墙底高程－19 m，平均深度16 m，总工程量为23 200 m2。

墙体混凝土力学指标:抗压强度≤7.5 MPa，抗拉强度≤0.9 MPa，抗渗等级 W6，弹性模量≤15 GPa。

2 工程地质情况

枢纽区土(岩)层，自上而下可分为如下工程地质层:

Ⅱ0砂质粉土(al—mQ4):局部夹直径1～5 mm淤泥团块。灰黄色，微层理发育，呈千层饼状。很湿，稍密，中等压缩性，局部高压缩性。为钱塘江、曹娥江近期沉积物。主要分布于曹娥江、钱塘江河道上部，表层冲淤变化较频繁。厚度2.2～14.7 m。qc=0.5～3.0 MPa，fs=5～40 kPa。

Ⅱ4砂质粉土(al—mQ4):局部夹粉砂。灰黄色，微层理发育，呈千层饼状。湿～很湿，中密～密实，局部稍密，中等压缩性～低压缩性。顶板高程－17.2～ －1.31 m，厚度 0～14.5 m。qc=4.0～12.0 MPa，fs=60～130 kPa。

Ⅲ1淤泥质黏土、粉土互层(al—mQ4):含有机质，局部含沼气。灰色～灰黑色，土质不匀，微层理发育，呈千层饼状，局部粉粒含量较高。淤泥质黏土，层厚一般3～5 mm，流塑;粉土以砂质粉土为主，局部可为中细砂，层厚一般1～2 mm，稍密。高压缩性。顶板高程—19.1～ －12.3 m，厚度 4.3～11.7 m。qc=0.4～1.0 MPa，fs=10～20 kPa。

Ⅲsi砂质粉土(al—mQ4):局部为黏质粉土。灰色，很湿，稍密～中密，中等压缩性，该层呈透镜体状分布于Ⅲ1层中。厚度 0～1.0m。qc=2.0～6.0 MPa，fs=30～80 kPa。

Ⅲ2淤泥质粉质黏土夹粉土(al—mQ4):含有机质，局部含沼气。灰色～灰黑色，土质不匀，微层理发育，呈千层饼状，局部粉粒含量较高。淤泥质粉质黏土，层厚一般20～40 mm，软塑～流塑;粉土以砂质粉土为主，层厚一般1～2 mm，稍密。高压缩性。顶板高程－24.4～－21.4 m，厚度10.6～21.9 m。qc=0.8～1.1 MPa，fs=10～18 kPa。

3 射水法成墙技术原理和工艺流程

3.1 技术原理

射水法造墙机现已发展到第四代产品，主要由正反循环泵组、成槽器和拌合浇筑机组成，其工作原理是通过高压泥浆射流冲切地层，并加上成槽器的上下冲击的辅助作用建造槽孔，由一定浓度的泥浆固壁，所形成的含钻渣的废浆可用正(反)循环排出槽外。槽孔成型后，采用直升导管法水下浇筑混凝土建成单元板墙，采用平接技术建成地下连续墙。［2］

3.2 施工程序和施工工艺流程

槽孔分两序间隔施工，先施工一序槽孔，当相邻两个一序槽施工结束，再施工中间二序槽孔。一、二序槽孔施工间隔时间控制在24～36 h。

4 射水法成墙施工

4.1 施工平台与导墙［3］

施工平台铺设枕木和钢轨，平台枕木间距1.0 m，钢轨间距2.0 m。横向高差＜10 cm，纵坡度＜2%。轨道下枕木垫置横向卧木，抑制平台在造孔时下陷，保证平整坚实。上游侧防渗墙钻机施工平台布在防渗墙轴线上游侧，下游侧防渗墙钻机施工平台布在防渗墙轴线下游侧。施工平台横断面结构见图1。

图1 施工平台横断面示意图

导墙采用现浇混凝土，强度等级C10，断面尺寸300mm×1000mm，净距350 mm，导墙底部布置2根Ф12@150纵向钢筋，横向布置Ф6@500分布筋。

4.2 场地轻型井点降水［4］

鉴于本工程实际条件，保证防渗墙安全成槽、不塌孔，水位至少要降至施工平台以下1.5 m。PHC管桩和振冲挤密施工后，地面高程由 －2.5 m降为－3.2 m，综合考虑工艺设备所需场地条件、井点降水有效影响范围以及降水深度要求，在上、下游两道防渗墙轴线上游侧和下游侧各布设一排降水井点，井点距离防渗墙轴线5 m，并保证施工期间井点降水有效运行。

4.3 射水成槽施工

4.3.1 射水成槽［5］

施工选用CSF30型射水成槽机，调整好成槽器垂直度(用水准尺调整导杆和机架垂直度)后，开启射流泵供浆，成槽器及整套钻杆系统做上下往复冲击造孔，正循环排渣。以防在造孔时对孔壁冲刷，尽量调小泵量，保证正常造孔施工。

护壁泥浆使用淡水制备并完全膨化的优质膨润土浆液，密度1.05～1.06 g/cm3，黏度32～40 s;造孔过程中及时补充膨化24 h后的新鲜泥浆。

泵压0.2～0.4 MPa，成槽器上下冲击频率20～25次/min，一序槽冲击行程控制在10 cm左右，二序槽冲击行程放宽至30 cm。

二序槽造孔时，开启成槽器两侧的扇形喷嘴和安装在两侧的钢丝刷洗刷一序槽段混凝土面。施工时随时检查喷嘴的畅通情况，侧向喷嘴距混凝土面2～3 cm，喷射流体压力0.5 MPa左右，反复上下运动，20～30次/min，冲击行程10～30 cm。

4.3.2 槽孔长度划分

根据成槽器尺寸划分槽孔长度。施工选用成槽器宽度2.97 m，一、二序槽孔长度均划分为3.0 m，成槽器与一序槽端间隙值预留1～2 cm。

4.4 清孔换浆

清孔采用反循环法，通过反循环泵将槽孔内浆液自孔底抽排净化分离，槽孔口补充净化泥浆或新浆。清孔结束标准:泥浆比重≤1.15 g/cm3，含砂量≤10%时，漏斗黏度 18～25 s，孔底淤积厚度≤10 cm。

4.5 墙段连接与接头清理

射水法建造薄壁混凝土墙，其主要技术特点就是合理预留成槽器与一序槽端施工间隙，采用平接法连接墙段。二序槽造孔过程中，由成槽器侧向喷嘴和钢丝刷(顶部和底部安装两道钢丝刷)不断冲刷一序槽混凝土墙板端面，清理接头形成清洁混凝土面，浇筑混凝土后，一、二序槽段间实现有效连接。

4.6 混凝土浇筑

采用泥浆下直升导管法，导管内径Ф 150 mm，每个槽孔下设2套导管，导管间距1.8～1.9 m，距孔端0.5～0.6 m。导管底口距槽孔底距离控制在20～25 cm。浇筑用混凝土采用自动拌合系统集中搅拌，混凝土泵输送至槽孔口储料槽内，经溜槽分至每根导管上小料斗内浇入槽孔内，集中并均衡下料。

5 质量控制要点与技术改进

5.1 质量控制要点

5.1.1 槽孔垂直度控制

对于薄壁防渗墙，槽孔垂直精度直接关系到防渗墙的整体防渗效果，因而墙体垂直度控制显得尤为重要。射水法成槽垂直度主要通过控制成槽机机构组件(导杆、成槽器、门架等)位置精度、垂直精度来保证。

首先控制施工平台水平度，施工平台必须平整夯实后铺轨找平。

其次检查成槽器导向门架铅垂精度，检查天轮、门架及孔口导向中心是否在同一铅垂线上;检查正反循环钻管(导杆)是否垂直，连接是否紧密同轴，精校后锁紧定位，尤其注意成槽器中心平面与防渗墙轴线重合度，不能出现夹角。

第三是力求准确操作，合理使用施工参数。

5.1.2 墙段搭接质量控制

射水法建造薄壁混凝土墙，墙段连接质量主要取决于槽孔长度划分、成槽器与一序槽端间隙值大小和接头的清理，而最为关键就是成槽器与一序槽端间隙值的准确预留。

针对粉细砂地层特点，根据试验成果确定出适宜的施工间隙值1～2 cm，将槽段划分标记明显标识在定位了的铁轨侧面上，并严格控制槽孔分界线的现场标识;同时注重二序槽施工对两端一序槽段混凝土壁清理，确保二序槽施工与一序槽之间的搭接质量。

5.2 技术改进

5.2.1 混凝土浇筑工艺

早期射水法成槽器宽度仅为2 m，槽孔短，每个单元槽孔只需下设一根导管，混凝土浇筑由系统拌合浇筑机自行完成，多为人工上料，比较经济，但机械化程度不高。

随着射水成槽机更新换代，设备性能大幅度提高，目前单元槽孔长度增大到3 m，为保证墙体混凝土浇筑质量，本工程每个槽孔改为下设两套混凝土浇筑导管，以保证入槽混凝土流动、摊展、自密实效果和浇筑质量。同时设立混凝土拌合站集中搅拌、泵送混凝土，提高机械化施工程度和保持混凝土性能稳定。

5.2.2 接头清理工艺

射水法造墙采用平接技术连接墙段。二序槽孔施工时，一般依靠成槽器两侧切削板切除一序槽墙板端壁可能凸起的混凝土，同时利用成槽器侧向喷嘴喷出一定压力的泥浆射流冲洗一序槽墙板端壁，以达到清理接头目的。

针对本工程粉细砂地层松软状况，泥浆射流压力过大，易引发接头部位塌孔、泥浆护壁失稳，易影响混凝土浇筑质量。故泥浆射流压力控制≤0.5 MPa，并在成槽器两侧上下部位各安装两道钢丝刷(有效接触混凝土壁面)，在二序槽造孔过程中不断冲刷一序槽混凝土墙板端壁，或在成槽后安装钢丝刷，下放成槽器再次刷洗接头，改善接头清理效果。

6 施工成果和工程实体质量

优选射水法工艺方案后，先后投入4台套射水成槽机，3个月内完成23 200 m2薄壁防渗墙施工，高峰期工效达到150 m2/台日。

经过开挖检查，墙体外观质量良好，无蜂窝孔洞，均质密实;墙体垂直度、墙体厚度、墙段搭接质量和接缝处有效墙体厚度等指标均满足设计要求。

成墙28 d后对部分墙段接缝进行了钻孔取芯检查，接缝处混凝土胶结良好，连续、完整。混凝土抗压、抗拉、抗渗和弹模等性能指标(机口取样和部分墙体取样)检测结果均达到设计要求。

7 结语

射水法成墙工艺在曹娥江大闸基础防渗薄壁混凝土墙施工中应用取得了成功，射水法成槽工艺具有工程造价适中，工艺合理，工序衔接紧凑，施工速度快等显著特点，具有广泛的应用和发展前景。

为解决孔壁稳定问题，对本工程较为松软的粉细砂地层，射水成槽施工采用了正循环出渣，合理控制泵压和流量，减缓泥浆流对孔壁冲刷，增强泥浆护壁机能，并合理控制冲击行程等施工参数;槽孔成型、孔壁稳定后，选用反循环清孔则基本不会对孔壁稳定造成影响。故针对不同地质条件，对射水成槽工艺而言，合理使用正反循环工艺和施工参数是极为必要的。

射水法成墙工艺，钻渣主要通过自行沉淀实现水土分离(净化泥浆)。对于具有自造浆功能的黏土地层，制浆材料消耗较少，采用自行沉淀方法净化泥浆尚可，也比较经济;而对于粉细砂地层，自行沉淀分离水土过程较慢，施工时需设置足够规模的泥浆净化池，泥浆消耗量大，不经济也不利于文明施工，应加快对射水法泥浆净化系统的技术改进，实现混合泥浆中水土机械分离，提高泥浆净化工艺水平。

射水法成墙机混凝土浇筑系统机械化程度较低，体积法配料误差较大，混凝土质量波动也大。本工程对混凝土浇筑工艺进行改进十分必要。对于重点工程，使用射水法成墙工艺，应提倡混凝土系统的技术改进，提高机械化施工程度和保持混凝土性能稳定。据悉，目前一些专业单位对射水法施工机具混凝土系统部分完成了技术改造，已投入使用，效果良好。

［1］陈舟.曹娥江大闸枢纽工程设计［J］.浙江水利科技，2004(6):20－21.

［2］颜国甫，韩继静.射水(浆)成槽工艺在曹娥江大闸混凝土防渗薄墙施工中的应用［J］.浙江水利科技，2005(05):58－60.

［3］张光辉.射水法在坝肩混凝土防渗墙工程中的应用［J］.陕西水利，2010(03):43－44.

［4］杨树森，张静岩，杨国兴，张记周.轻型井点降水法的应用［J］.黑龙江水利科技，1996(2): 84－86.

［5］刘民学，豆志强，程磊，方坤.射水法超薄混凝土防渗墙施工浅议［J］.河南水利与南水北调，2008(6):51.