长江大堤巨厚粉细砂层混凝土防渗墙施工

孙 超

(中国水电基础局有限公司， 天津 301700)



长江大堤巨厚粉细砂层混凝土防渗墙施工

孙 超

(中国水电基础局有限公司， 天津 301700)

湖北省监利县段长江大堤作为塑性混凝土防渗墙施工的试验段，国内首次将纵向封闭式塑性混凝土防渗墙作为堤防防渗工艺，解决大堤内侧农田及村落的管涌险情。该工程地层以巨厚的粉细砂层为主，防渗墙厚度薄、深度深，接近最新修订的防渗墙施工技术规范(SL 174—2014)对应墙厚的极限值，防渗墙在施工过程中，针对主要工序采取的措施，成功解决了施工中出现的困难。

巨厚; 粉细砂; 塑性混凝土防渗墙; 工序; 施工

1 概 述

长江大堤湖北省监利县段作为长江堤防塑性混凝土防渗墙施工的试验段，首次将纵向封闭式塑性混凝土防渗墙作为堤防防渗工艺，解决大堤内侧农田及村落的管涌险情。该工程防渗墙轴线长度1km，地层以巨厚粉细砂层为主，粉细砂厚度50～60m不等，地表以下有10m素土层，基岩为黏土岩；防渗墙厚度60cm，深度约70m，接近最新修订的防渗墙施工技术规范(SL 174—2014)深度对应墙厚的极限值，施工现场地下水位较高，地基松软，承载能力差，施工难度较大。

2 工程简介

2.1 工程基本情况

工程区位于江汉平原的腹地，地形平坦开阔，大堤穿越丘陵、农田、城镇。城区堤段，堤内是街道，部分堤段有较大面积的外滩，但亦被各类房屋建筑所占用，其他地方均为小外滩甚至无外滩；部分堤段河泓逼岸，没有外滩，场地条件差；大部分位于农村堤段，堤内是耕地，场地条件好。

塑性混凝土防渗墙体渗透系数K≤i×10-7cm/s，后期设计调整渗透系数为K=n×10-7cm/s，(n∈0～10)，单轴抗压强度为2～3MPa，允许坡降J允>80。

2.2 项目特点

a.经过先期先导孔揭示地层情况，该项目防渗轴线所处地层存在巨厚砂层(包括粉砂、细砂)，砂层厚度约为50～60m不等，抓斗造孔过程是一个非常大的挑战，可能出现塌孔、漏浆、卡斗体、埋斗体的现象。

b.荆江大堤堤防的防渗墙第一次采用纵向封闭式深层防渗墙，深度接近70.0m，厚度仅有600mm，基本接近规范限值。

c.该项目除去试验段验收及度汛工期，实际生产工期仅有6个月，在6个月中要完成68000m2防渗墙，每月需完成11333m2,要求抓斗在不发生孔故、质量事故的前提下快速成槽，施工任务重。

3 防渗墙施工

3.1 前期勘察

该次勘察主要采取钻探，对防渗墙一定深度范围内的岩土体进行工程分析与研究，共完成钻孔51个(编号为5XD01-01～5XD05-11)，孔间距为20m，孔深65.3～71.8m，均符合设计要求，孔深超过防渗墙底线。

勘探孔的测放是由徕卡TGR802型电子智能全站仪，采用北京54坐标系和85国家高程系测放。该次勘察完成的主要工作量见表1。

表1 工作量统计

经勘察查明，塑性混凝土防渗墙拟建场地在钻探深度范围内，揭露地层自上而下依次为素填土(Q4al)、壤土(Q4al)(含少量砂壤土)、粉砂(Q4al)、细砂(Q4al)、砂砾石(Q3al+pl)、砂质黏土岩(N)，其岩性特征分部如下：

第一层，素填土(Q4al)，灰褐色，湿，可塑，主要由黏土组成，夹有少许植物根系，见有云母片。层厚1.8～4.6m，该层出露地表，各钻孔均有揭露。

第二层，壤土(Q4al)，灰色，湿，软塑，局部夹有少量薄层粉细砂，成层状。揭露厚度7.1～16.7m。

第三层，粉砂(Q4al)，灰色，饱和，稍密—密实，含有长石、石英、云母等矿物，局部夹有少量黏性土。层厚22～44.6m,各钻孔均有揭露。

第四层，细砂(Q4al)，灰色，饱和，密实，夹有少量黏性土。揭露厚度3.3～30.2m，各钻孔均有揭露。

第五层，砂砾石(Q3al+pl)，灰色，饱和，密实，以细砂为主，局部夹有圆砾。揭露厚度0.6～9.5m，各钻孔均有揭露。

第六层，砂质黏土岩(N)，灰绿色，稍湿，碎粒或柱状状，强风化。入岩厚度1.3～3.4m，各钻孔均有揭露。

3.2 膨润土固壁泥浆的制作

a.膨润土的选择

为了适应巨厚砂层造孔成孔的需要，该项目选择的膨润土是优质Na基膨润土，经过现场试验，膨润土的造浆率为13.5m3/t。膨润土的性能指标见表2。

表2 膨润土的性能指标

前期试验过程中，项目部根据膨润土的特点，选取了两种配比，一种是膨润土不加烧碱，一种是加烧碱，配合比见表3和表4。

表3 不加烧碱的泥浆配比

表4 加烧碱的泥浆配比

泥浆搅拌采用高速加长泥浆泵搅拌，每槽浆液2m3，搅拌顺序：加水→加膨润土→(搅拌2min)→加烧碱→综合搅拌3min。加入烧碱与不加烧碱新制泥浆性能对比见5。

表5 新制泥浆性能对比表 (综合平均数据)

加入烧碱的新制泥浆性能优于不加烧碱的泥浆，在该项目施工中，选择了加入少量烧碱的泥浆配比。

泥浆的搅拌顺序要严格控制，搅拌顺序及搅拌时间不到位会影响浆液性能。

3.3 抓斗快速成槽工序

由于整个地层大部分是由粉细砂构成，粉细砂遇水及外部荷载震动后会产生液化，后会分层逐步坍塌，有可能造成孔口范围整体塌陷，所以在施工过程中，要快速成槽，减少临空面产生的时间。

成槽工序从技术角度来讲主要是在满足孔斜要求下充分发挥设备的功效及加强操作手的熟练程度；减少抓斗每抓的停等时间，快速出渣。

经过严格的现场管理，施工设备在该工地单机月最高成墙面积4922m2，孔型的验收全部合格。

在抓斗成槽过程中，有一个重要的环节是冲击钻的端孔施工，该工程配备了冲击钻机6台，单机施工功效在44m/d，冲击钻机在施工主孔过程中，不断地填黏土，进行地层的压实、挤密。为抓斗在后续施工中创造良好条件。

3.4 清孔及清孔设备

a.清孔。针对粉细砂层沉淀较快的特点，该工程的清孔采用“捞取法”与“气举法”相结合的方法。

工程前期，采用“气举法”清孔，清孔时间平均每个槽段要消耗8～11h，清孔换浆效率比较低，个别槽段清孔完毕之后未及时浇筑，经过一段时间的沉淀，孔底淤积严重增加，后期采用了抓斗成槽后，如果在条件允许情况下(有槽段在浇筑)，浆液沉淀5～7h，浆液中的砂会沉到孔低，采用抓斗二次捞取，效果明显。

气举清孔的原理是借助气举排渣器将液气混合，利用密度差来升扬排出孔底的沉渣。压缩空气从风管进入混合器，在排渣管内形成一种密度小于管外泥浆的液气混合物，在内外液体压力差和压缩空气动量的联合作用下沿着排渣管上升，从而抽吸孔内泥浆和沉渣向上扬升，排出孔外。

经过试验得知，一台清孔设备槽孔内进入的浆液含砂量为10%，经过震动筛除之后回浆处浆液含砂量9%，仅仅过滤掉1%的砂，效率较低。项目部将第一台振动筛净化的浆液用泵抽到第二台振动筛重新过滤一遍，相当于等量的浆液经过两次循环过滤，清孔效率增加一倍。

b.清孔设备。 “气举法”清孔设备主要有MPS-37/8型空压机和ZX250泥浆净化器。

空压机的选择要考虑防渗墙孔深，选择一个额定工作压力为0.8MPa及以上的设备，按照0.1MPa=10m水柱粗略计算，70m深的孔最少需要0.7MPa压力。

在施工过程中，混合器的位置经过多次试验，起初混合器放置在距离孔底1.5m处，即孔深65m处，根本不能将浆液压至孔口，后期发现空压机的工作压力最大达0.65MPa，把混合器的位置提升至距孔底15m，即孔深55m处位置，很顺利地将浆液压至孔口。该项目的试验也验证了高钟璞在《大坝基础防渗墙》中额定风压与混合器最大埋深的关系[1]。

泥浆净化器的选择在该项目中也是很关键的设备选型要素，该工程采用两套ZX250泥浆净化器结合使用，使清孔效率增加，但同时也增加了工作的时间及人工。

3.5 槽段的“接头管法”连接

接头管这种方法的优点是占地面积小、起拔能力大、接缝质量好、接触面光滑、接缝紧密、孔斜易控制、搭接有保证等，利于二期槽接头孔的洗刷，避免了混凝土和钻凿工时的浪费，具有工效高、成本低的特点。“接头管法”施工需要有成熟的拔管技术，如果拔管技术掌握不好，很容易出现“铸管”事故。

接头管起拔施工须掌握好起拔时机，其成败的关键是掌握住混凝土的脱管龄期。起拔早了混凝土尚未初凝，会造成孔壁坍塌，不能成孔；起拔时间晚了，混凝土对接头管黏结力、摩擦力增加，容易造成起拔困难发生“铸管”事故，甚至危及孔口的安全；终凝后再起拔的做法要坚决禁止。

接头管的起拔时间与混凝土配比、水泥标号、外加剂、浇筑速度、入仓及外界温度、槽孔的孔深和孔径等因素有关。入仓与外界温度及浇筑速度是重中之重，孔深在50m以内的槽孔接头管下设及起拔相对简单，孔深超过50m的接头管起拔要相对困难。

该项目共有156个接头孔，约合10467.6m，拔管任务艰巨，在参考类似总拔管技术参数的同时，结合该工程特点，又形成了几点经验。

a.下管、拔管前准备工作。

ⓐ 在第一仓混凝土入仓前用试模现场取料(取2个)，将试模内混凝土按自然状态晃动平整，在表面插入6个直径1cm、长度15cm木棍来确定混凝土的初凝时间；

ⓑ 底管下设前检查底部泄压阀是否能够轻松打开，对残存的混凝土进行及时清理；

ⓒ 接头管全部下设到底后，用拔管机把下设好的管向上起拔30cm。

b.微动时间。要及时观察入仓前试模内混凝土的初凝情况，以木棍拔出后混凝土缓慢缩孔为宜，确定混凝土的初凝时间。

在初凝时间测定后，以后每2min微动一次并观察压力值(点动即可)，当压力值突然上升时，微动不停一直上升，并观察接头管是否回落。当压力值大于5MPa之后，停止微动，正常拔管开始。

c.正常拔管时间。当压力大于5MPa时，大泵开始启动，提10cm左右回放，如果起拔的过程中压力不减，一直往上起拔直到压力降低到5MPa以下。

d.注意事项。

ⓐ 接头管下设的过程中一定要注意底管阀门是否可以能轻松打开，防止未打开，在起拔过程中孔内产生真空；

ⓑ 塑性混凝土浇筑速度一期槽孔控制在不大于4m/h，二期槽孔控制在10m/h内；

ⓒ 拔管速度与混凝土面上升速度保持一致；总体原则要保证只要起管开始，就证明底部混凝土将要初凝，后期混凝土边浇筑边拔管，速度要基本一致。

4 结 语

该项目所有技术工作，如导向槽修建、泥浆制备、抓斗成槽方案、清孔及清孔设备、拔管方法等，均是从实际工程地质条件情况出发，找到适合其特点的施工技术方案，获得了较好的施工成果，工程的成功之处在于严格细化各个工序环节，通过小改动、小创造能获得较大的施工效益。

高钟璞.大坝基础防渗墙[M].北京：中国电力出版社，2000.

Construction of Yangtze River levee thick silty sand layer concrete cut-off wall

SUN Chao

(Sinohydro Foundation Engineering Co., Ltd., Tianjin 301700, China)

Hubei Jianli County segment Yangtze River levee is regarded as the test section of plastic concrete cut-off wall construction. Longitudinal closed plastic concrete cut-off wall is regarded as levee seepage control technology for the first time in China, thereby solving the piping risk of farmland and village inside the levee. The project formation is mainly composed of thick silty sand layer. Anti-seepage wall is characterized by thin thickness and deep depth, which are similar to the extreme value of corresponding wall thickness in the latest revision of anti-seepage wall construction technical specification (SL 174-2014). Measures are adopted aiming at main procedures for successfully solving the difficulties during construction.

thick; silty sand; plastic concrete cut-off wall; procedure; construction

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.12.005

TV223.4+2

B

1005-4774(2016)12- 0016- 04