地下连续墙在南水北调泗阳泵站基坑防渗工程中的应用

徐 进 张前进 蒋 雯 杜 亮 王 亮

（江苏省泗阳闸站管理所，江苏 宿迁 223700）

1 工程概况

新建泗阳泵站为南水北调东线第四梯级站，工程等别为I等，泵站规模为大（1）型，是集调水、防洪、排涝、发电功能为一体的控制性工程，其主泵房位于原泗阳一站下游引河约340 m处的河道上，泵站选用3100ZLQ33-6.3立式全调节轴流泵6台套，总装机流量198 m3/s；根据地质勘探和工程初步设计，泵站采用堤身式块基型结构，肘形进水流道，虹吸式出水流道，真空破坏阀断流。泵站基坑设计开挖深度19.7 m，上开口尺寸长180.3 m，宽182.5 m。

考虑到泵站建设期间原泗阳一站仍将继续运行，故在新建站址的上游处开挖一条进水流量100 m3/s的导流河，以供调水之需。为保证基坑开挖期间的边坡稳定，保护原泗阳一站建筑物的安全，并有效截断导流河河水对深基坑的侧向渗流影响，在主泵房基坑和导流河之间设计布置了一道混凝土地连墙进行截水防渗。

2 工程地质条件

根据南水北调东线第一期工程泗阳泵站枢纽工程岩土工程勘察报告，站址处地基为土基，在钻探深度内，共计13层，站身坐落在⑦层土上，而在基坑范围内③、⑤层为软弱粘性土，可能存在边坡整体稳定问题；②、④、⑥层为少粘性土，可能存在渗透稳定问题，主要土性参数见表1。因此，应对泵站基坑采取妥善的挡土支护和截水防渗措施。

表1 主要土性参数

3 防渗地连墙设计方案

本工程混凝土地连墙布置于泵站机组中心线上游桩号0+21.74处，设计墙厚22 cm，墙顶高程6.70～1.87 m（立面为槽型），墙底高程为-6.0 m，地连墙轴线长度为86.46 m，截渗面积约801 m2，混凝土强度等级为C20，水泥用量不少于350 kg/m3，平均渗透系数3.0×10-3cm/s，影响半径150 m。

4 射水法造墙工作原理及施工流程

4.1 射水法造墙工作原理

本工程选用CSF-40型射水造墙机成墙，其工作原理是：利用水泵及成型器中的射水喷嘴形成高速水流来切割破坏土层结构，水土混合回流，泥砂溢出地面（正循环），同时利用卷扬机带动成型器上下往返运动进一步破坏土层，并由成型器下沿刀具切割修整孔壁形成具有一定规格尺寸的槽孔，槽孔内的土、砂、卵石等通过砂砾泵轴吸出（反循环），并经沉淀池沉淀后，利用一定浓度的泥浆固壁（泥浆可循环使用）。槽孔成型后提起成型器，造孔机电动行走到隔一槽孔位置继续造孔。

4.2 地连墙施工流程

地连墙施工工艺流程为：基坑排水→开挖（EL7.20 m）地连墙施工平台→在施工平台修建导向槽→铺设轨道→射水造墙机组就位→地连墙施工槽段划分→Ⅰ序槽孔成槽及混凝土浇筑→移机下一序槽孔施工→返回Ⅱ序槽孔施工→依序循环连续建造地连墙。

5 地连墙槽段划分及技术参数

泗阳站地连墙从南向北共分33槽（0-43.13～0+43.33），Ⅰ序槽孔共17槽，单槽长度为2.6 m，Ⅱ序槽孔共16槽，槽孔除30#、32#槽孔长度为2.65 m外，其余槽孔长度均为2.64 m，防渗墙采用跳槽施工，泥浆密度1.1～1.3 g/cm2，粘度 20～26 s，含砂量不大于5%。

6 射水法造墙施工主要技术要点

射水法造墙施工主要技术有5大要点：破土、造浆、出渣、槽孔连接和泥浆下混凝土浇筑。

（1）破土。利用通过正循环泵抽吸泥浆池内的泥浆经正循环管至成型器底部喷咀射出而产生的泥浆射流作用以及主卷扬机提落成型器产生的重力冲击作用，联合冲切，破碎地层。本工程根据地质条件及土体强度，喷咀出口压力调整在0.4 MPa以上。

（2）造浆。射水法造墙采用的是泥浆固壁法，槽孔孔壁的稳定是关键，因此，制备优质的泥浆和控制射水的流速十分重要。本工程利用成型器自身的往复运动自行造浆，即：在槽口直接往槽内加入泥浆密度不大于 1.3 g/cm2、粘度 26 s、含砂量不大于6%的粘土进行固壁，同时，将射水流速控制在0.2 m/s以内。

（3）出渣。CSF-40型射水造墙机出渣是利用成型器底口呈倒三角形聚渣原理，将携带粗颗粒的渣浆或浓度较大的渣浆经反循环管、砂石泵抽排至排渣池；携带细颗粒的渣浆或浓度较小的渣浆可从槽口随泥浆溢出，砂粒沉积在泥浆沟内，由人工清至排渣池；溢出或抽出的泥浆经沉淀后流回泥浆池重复利用。

（4）槽孔连接。连续防渗墙重在“连续”，本工程针对地层地质特点，根据试验段的试验成果确定适宜的施工预留缝宽值（粘性土地层一般为2.0～2.5 cm，对于砂性土地层一般为4.0～8.0 cm），并采用跳槽法施工，即在整体放样后先施工单序孔，在单序孔的混凝土槽板初凝后（大于24 h）返回双序孔施工，亦即在建造Ⅰ序槽孔时，利用成型器侧向喷咀射流将已浇筑好的Ⅰ序槽板端壁泥皮冲刷清理干净，然后浇筑Ⅱ序槽孔混凝土，使之与Ⅰ序槽板形成连续的混凝土墙体，与此同时，成型器侧向喷咀的射流冲刷可以使Ⅱ序槽孔混凝土对Ⅰ序槽板端部形成裹头，从而建成一道密闭完整的混凝土地下连续墙。

在对墙体接缝处理过程中，除在成型器肩部（高1.2 m）对称安装一副钢丝刷进行接缝刷洗外，还针对本地层中粘粒含量较高的特点，把关接缝刷洗，保证接头处冲刷质量。

（5）泥浆下混凝土浇筑。本工程混凝土浇筑前先在地面拼装4～5节导管，然后采用吊机直接吊入槽中混凝土导管口再将导管连接起来的方法进行混凝土浇筑。在浇筑过程中，要严控拔管速率，保持混凝土面均匀上升（严防拔空造成淤泥夹层事故），上升速度一般以3～5 m/h为宜（高差控制在0.5 m以内），并连续上升至设计高程。

7 施工中质量控制及质量检查

7.1 质量控制

（1）要保证射水法成墙的垂直度和接缝质量，对造孔机械设备的就位精度与水平调整必须严格复核控制。

（2）根据不同的地质条件，调整合适的水泵压力，以保证喷咀出口压力符合设计要求。

（3）固壁过程中，必须依据地层地质条件调整泥浆，并严格保证槽孔内泥浆水位，同时，随着浆液浓度的变大应逐渐弃浆。

（4）采用跳槽法施工时，应先施工Ⅰ序槽孔，24～72 h之内必须安排设备返回施工Ⅱ序槽孔，以保证墙体有序连接及接缝质量。

（5）在混凝土浇筑过程中，应及时做好现场坍落度试验，要求混凝土入孔时坍落度在18～22 cm范围内，并做好混凝土试块抗压、抗渗及弹性模量的试验工作。

（6）按照设计要求，控制混凝土配合比（水泥∶砂∶碎石=1∶2.04∶2.92）、水灰比（w/c=0.48）和AF-2型复合减水剂（0.7%），确保混凝土强度达到C20指标。

（7）针对不同的地层条件，对造槽起主要控制作用的成型器等部件进行探索改造，以便提高成槽进度，提高工效。

7.2 质量检查

（1）机口、槽口取样。浇筑前按图纸要求完成混凝土室内配比试验，试验内容包括坍落度试验和试块检测试验。浇筑过程中，试验员在出机口或槽口随机进行取样，并检测其温度、强度以及设计中的检测项目。

（2）检查方法。射水法成墙厚度较簿，一般采用防渗墙成墙28 d后在事先预埋的超声波检测管中进行超声波检测，或采用直观开挖法进行观察（本工程采用直观开挖法）。

8 地连墙施工中遇到的串浆问题及对策

8.1 串浆问题

本工程在地连墙31#槽段施工至-3.23 m高程时，发现位于泵站北侧底板范围以外的31#槽板与邻近的1#降水井出现浑水且距离约15 m处的集水井内出现泥浆现象，现场人员立即停止施工，并采取停抽1#降水井和在集水井周边填筑土埂抬高集水井水位等措施进行临时处理。

8.2 串浆分析

经过参建技术人员和特邀专家现场勘验分析，认为地连墙施工平台（槽孔水位）与降水井内水位相对应的水头差较大（10 m左右），位置距离降水井最近（23 m左右），地连墙槽孔底部高程已击穿⑨层粉细砂层，导致槽孔内泥浆中的土体细颗粒通过⑨层土流失。

8.3 解决对策

8.3.1 串浆过程中应急处理

（1）停止1#降水井抽水，抬高地下水位，降低水头差。

（2）在北岸2.3 m高程集水井周边修筑土埂，防止泥浆串流，并抬高水位降低水头差，防止渗漏通道扩大。

（3）在31#槽段内泥浆中加锯沫，对渗漏通道进行堵漏处理。

8.3.2 解决串浆问题的处理措施

（1）对已施工至-3.23 m高程的31#槽段进行封堵。为避免⑨层土31#槽段处渗漏通道在水头差作用下继续扩大和保证已施工31#槽段孔壁稳定，拟对31#槽段采用⑥、⑦层土进行全面回填。

（2）对北岸2.3 m高程集水井进行下疏上堵。为保证 28#、30#、31#～33#槽段施工时避免⑨层土在水头差的作用下再次发生串浆，拟对北岸2.3 m高程集水井进行下疏上堵。施工时按抽水—清淤—回填土的顺序进行，清淤时最深清除至⑨层土顶板位置处即可。回填土时顺集水井两侧，由西侧向东侧进行，每回填一层后用挖机夯实。

（3）对北岸2.3 m高程集水井周边进行堆载。为避免集水井周边由于回填不实，在 28#、30#、31#～33# 槽段地连墙施工时因高水头作用出现突涌、串浆，拟对北岸2.3 m高程集水井周边进行堆载，堆载高度为1.3 m。

（4）提高北岸2.3 m高程集水井周边地下水位，降低水头差。为了降低北岸2.3 m高程集水井周边扬压力，防止地下水溢出地面，拟将1#降水井周边用粘土封闭，将水泵提至此高程进行抽水。

8.3.3 剩余槽段施工措施

（1）调整地连墙 28#、30#、31#～33#槽段施工顺序。按照《主泵房基础混凝土地连墙施工组织设计》，原计划地连墙槽段施工顺序为31#-28#-30#-33#-32#。为保证施工安全，拟先进行距离北岸2.3 m高程集水井较远的33#、28#槽段施工，而后再进行其余槽段的施工，具体顺序：33#-31#-28#-30#-32#，槽段尺寸维持原计划不变，进行31#槽段施工时要保证在48 h后。

（2）调整泥浆配比。28#、30#、31#～33#槽段施工时泥浆采用先制浆工艺，因现场天然粘土造浆不满足泥浆指标要求，拟对现场所使用的泥浆配比通过外掺膨润土进行调整，以保证泥浆密度在1.1～1.3 g/cm2，粘度在20～26 s，含砂量不大于 5%。

（3）控制上游水头。当28#、30#、31#～33#槽段施工时，在保证不塌孔的情况下，控制槽内泥浆顶面高程低于导墙顶面高程1 m。

（4）适当抬高31#槽板地连墙底部高程。在设计单位许可的情况下，抬高31#槽板地连墙底部高程（原嵌入⑩层粘性土内2.0 m），以尽可能缩短成槽时间。

9 结论

应用射水法造墙原理，有效地截断导流河河水对泵站区域的侧向渗流，起到深基坑挡土支护和高边坡止水稳定的效果，保证了施工期原泗阳一站的延续运行，并为泵站基础处理和主体工程施工提供了安全保障。