组合防渗体系在充砂长管袋围堰中的应用

董 军/DONG Jun

（中铁隧道集团二处有限公司，河北 廊坊 065201）

近年来随着国内一些一江两岸城市建设的蓬勃发展，其中涉及的城市轨道交通、货运港口码头、沉管隧道和盾构隧道城市道路交通等工程的建设，这些工程在涉及两岸接口工程实施中常常采用围堰进行防护外围水，其中如何确保围堰内各种结构工程的安全实施和既有堤防稳定性的技术难题，目前国内学者对围堰内外设置防渗墙施工技术，防渗墙组合选型和工艺实施分别进行了研究和总结，其中胡伟[1]在土石围堰黏土心墙防渗施工技术措施总通过黏土心墙代替高压旋喷防渗墙进行了对比研究和分析；庞旭东等[2]通过对塑性混凝土防渗墙施工过程和最终验证的质量控制进行了研究；杨忠兴[3]通过对塑性混凝土防渗墙在围堰工程中的应用进行了研究和分析；吴国兴[4]在水利水电工程采用混凝土防渗墙施工技术进行了应用分析；陆建军[5]等结合工程实例对扶壁式钢筋混凝土挡土墙的施工技术进行了应用研究分析。本文以南昌市红谷隧道工程东岸围堰防渗墙施工为例，分析施工边界条件、对施工机械、防渗墙结合工期选型调整、施工工艺等方面总结了相关经验，以供参考。

1 工程概况

南昌市红谷隧道工程施工项目位于南昌大桥与八一大桥之间，距离上游南昌大桥约1.4km，距离下游八一大桥约2.3km，距轨道交通1 号线约0.3km。红谷隧道东岸设岸上7 条明挖匝道和1 座充砂长管袋围堰。

东岸围堰轴线长约800m，端头沿大堤方向长400m，坡脚深入江中约320m，堰体底宽最大120m，顶宽10m，高度20m，堰顶高程23.70m，顶部设混凝土防浪墙，防浪墙顶高程为24.70m。堰体成型过程需在18.5m 位置、9.7m位置分别设置3.0m宽的分级平台确保边坡安全，堰体内侧边坡采用400mm 厚砂卵石垫层进行防护，最终形成坡比分别为1：2、1：2.5 和1：2.5；堰体外侧边坡采用150mm 砂卵石垫层+300mm厚格宾网垫进行防护，最终形成坡比分别为1：2.5、1：2.5 和1：3.0。围堰在平台16.7m 标高位置以下采用两侧回填充砂长管袋中和长管袋中间部位回填中粗砂断面形式，为避免江水渗流对堰内基坑产生影响，在中粗砂回填中间位置设水泥土搅拌桩防渗墙两侧槽壁加固和塑性混凝土防渗墙；围堰在16.7～23.7m 标高范围采用外侧为黏土防渗斜墙，内侧为充砂长管袋结构断面形式进行防护。围堰实施完成效果如图1 所示。

图1 围堰实施完成效果图

防渗墙施工区域地层为临时吹填砂，地层透水性好，堰体范围的水位与赣江水位一致，砂层自身固结黏聚力差，加之赣江水位落差大、水位涨幅频繁影响，动水极易带走沙而造成防渗墙塌槽。鉴于以上原因，防渗墙两侧设置三轴搅拌桩，搅拌桩直径为∅850mm，间距为600mm，咬合250mm，桩底至岩层。塑性混凝土防渗墙墙体厚度800mm，墙体入岩2 000mm，封闭赣江水，确保岸下基坑施工安全（图2）。

图2 围堰防渗墙横剖面图

2 18.5m高程以上围堰堰体调整

南昌市红谷隧道东岸围堰位于南昌市赣江边，在围堰内施工明挖基坑结构，为江中沉管对接创造条件，同时堰内基坑主体结构实施过程需拆除既有旧堤防，既有旧堤防拆除前需完成围堰填筑并与东岸岸上工程影响范围外的现有赣东大堤连城整体。围堰型式为充砂管袋围堰，堰顶高程为23.7m。围堰为三级建筑物，须经过两个主汛期的考验，设计洪水标准为百年一遇，相应设计洪水位23.6m。南昌地区主汛期为每年的4～6月，枯水期为每年的11 月～次年1 月，近三年内日最高水位为21.85m，最低水位为10.02m，水位落差大。东岸围堰16.7m 标高以上黏土斜墙按组织计划实施距离汛期不足1 个月，不具备在赣江水位上涨至18.2m 标高之前把围堰堰体回填至设计要求的24.7m 标高位置，东岸老城区的防洪安全受到影响（图3）。经研究调查和专家咨询，建议将围堰18.2m 标高以上的黏土防渗斜墙调整为钢筋混凝土挡墙，挡墙背后回填砂土同步施作坡面防护（图4）。

图3 原设计堰体及防渗墙横断面

图4 调整后堰体及防渗墙横断面

3 施工方法

3.1 三轴搅拌桩施工方法

1）开挖导沟 三轴搅拌桩导沟施工，根据控制边线，采用挖机开挖，清除地下障碍物。导沟根据施工经验，深度1.5m，留待施工时水泥土搅拌置换出来的泥浆将沟填满。

2）定位架放置 根据提供的坐标基准点，按照设计图进行放样定位及高程引测工作，并做好永久及临时标志。放样定位后，请监理进行复核验收签证。确认无误后方可进行搅拌施工。

3）桩机就位及校正 用卷扬机和人力移动搅拌桩机到达作业位置，并调整桩架垂直度达到 0.5%以上。在桩机上焊接一半径为5cm 的铁圈，10m 高处悬挂一铅锤，使铅锤正好通过铁圈中心。每次施工前必须适当调节钻杆，使铅锤位于铁圈内，即把钻杆垂直度误差控制在0.5%内。桩机移位由当班机长统一指挥，移动前必须仔细观察现场情况，移位要做到平稳、安全。桩机定位后，由当班机长配合技术员对桩机桩位进行复核，偏差不得大于20mm。为便于成桩深度的控制，施工前应在钻杆上做好相应的标记，控制搅拌桩桩长不得小于设计桩长，当桩长变化时擦去旧标记，做好新标记。

4）水泥浆液拌制 水泥浆制办采用全自动拌浆系统，在开机前按要求进行水泥浆的拌制，水泥浆液的水灰比严格控制在1.0～1.5。

5）搅拌成桩 钻掘搅拌机下沉到设计深度后，在底部停顿持续喷浆600s，然后边喷浆、边旋转搅拌钻头，泵送必须连续，并提升至超设计标高50cm。建议按1～1.5m／min 的速度控制提升搅拌头，流量控制在90L／min 左右。提升速度避免过快，避免出现真空负压、孔壁塌方等引起周边地基沉降。钻进时如钻机遇到障碍物，应退出钻机，使用挖掘机开挖取出障碍物，回填后重新钻进。

3.2 塑性混凝土防渗墙施工方法

1）作业平台、导墙施工 防渗墙采用多台成槽机分区平行作业，综合考虑成槽机、履带吊作业区域大小和通行便道宽度等因素，在防渗墙内侧施工钢筋混凝土作业平台导墙采用现浇倒L 形钢筋混凝土，高度为1.5m，厚度为0.2m。导墙在防渗墙转角处根据需要外放200～500mm，成T形或十字形交叉，使成槽机抓斗能够起抓，确保防渗墙在转角部位的断面完整。

2）防渗墙成槽 槽段划分应结合接头最优、最少分配原则，防渗墙一期、二期槽段长度均为7.0m，嵌入泥质粉砂岩2.0m，该岩层饱和单轴抗压强度7.8MPa，成槽机直接成槽，区段一期槽段完成后，再施工二期槽。

3）泥浆使用 防渗墙施工过程中，所采用的泥浆种类与地基土的性质、地下水的分布、成槽方式及工程条件等因素密切相关，是保证防渗墙顺利施工关键材料，本工程采用钠质膨润土泥浆，根据试验确定适合配合比。成槽过程中，严格控制泥浆液位，确保液位位于地下水位以上0.5m，并不低于导墙顶面以下0.3m。

4）槽段质量验收 槽孔造孔按设计要求深度完成后进行槽孔验收，包括墙深、垂直度、墙厚指标等。墙深采用测绳实测法进行现场探测，采用UDM100 超声波检测仪检查成孔质量，超声波检测仪不仅能对最终成槽效果进行检验，而且可对成槽过程中的槽体进行检验，发现问题可及时纠正，因此对成槽施工具有很好的指导作用[6]。

5）接头处理及清孔验收 槽段成槽质量检测完成后，开始进行槽段接头刷壁施工。刷壁器必须紧贴工字钢腹板从下至上刷壁，每使用一次，用清水将刷壁器冲洗干净，至刷壁器可沿工字钢腹板面无阻碍上下移动且不沾有泥土为止，采用空气升液装置，将槽段底部的泥浆通过泥浆管置换至后台筛分系统，通过筛分设备分离出泥浆内的大颗粒杂质，同时补充循环泥浆或新浆入槽段，保持槽段内液面平衡。通过不断的泥浆循环，最终达到槽段内泥浆比重、含砂率等指标达到规范要求。

6）混凝土施工 采用直升双导管法浇筑水下混凝土，导管为丝扣连接，管径D250mm，导管距槽段两侧不大于1.5m。导管安装前，需进行水密性试验、接头抗拉试验，试验合格后方可投入使用。导管安装采用起重机将导管吊入槽段导管仓位置，由上至下依次安放，接头安装密封橡胶垫，底部宜采用“V”字型豁口，导管顶端安装方形漏斗，漏斗容积不低于0.8m3，导管应插入到离槽底标高30～50cm 处，导管埋管深度2～5m。砼浇注应连续进行，因故中断时，不得超过30～40min。槽孔砼上升速度不得小于3.0～3.5m／h。

3.3 钢筋混凝土挡墙施工方法

18.5 m 高程以上黏土防渗斜墙调整为钢筋混凝土挡墙，钢筋混凝土挡墙平面位置位于防渗墙顶部，首先清除18.5m 高程作业平台顶面以下防渗墙500mm，便于施工挡墙凸榫。钢筋混凝土挡墙每隔12m 设1 道变形缝。挡墙竖向分两次浇筑成型，第一次浇筑基础，第二次浇筑墙身。挡墙背后施工吹填砂，防止挡墙在赣江高水位压力下，挡墙结构变形过大或倾覆。挡墙背后铺设复合土工膜，土工膜下方利用200×200mm 混凝土固脚，防止钢筋混凝土裂缝渗漏水（图5）。

图5 围堰二期堰体结构横断面图

挡墙基础混凝土强度达到设计要求（即2.5MPa）后，实施挡墙墙身结构。分段组织，流线型作业。当挡墙墙身混凝土达到设计强度70%以上时进行挡墙墙背回填，墙背回填材料采用透水性填料，按30cm 一层分层填筑夯实，边坡坡度为1：2.0，坡面防护采用400mm 厚砂卵石。

4 结论及建议

红谷隧道东岸围堰选用塑性混凝土防渗墙与钢筋混凝土挡墙相结合的方法进行防渗处理，成功解决了汛期施工黏土防渗斜墙进度和质量不能满足相关要求的技术难题，在汛期赣江水位上涨前完成了围堰整体防渗体系施工内容并于既有赣东大堤挡墙封闭合拢，保障了大堤和围堰防洪要求。经围堰内降水试验和基坑开挖验证，围堰基坑场地内水位不再上升，基坑围护结构无渗漏水情况。

结合工程实例在确保防渗围堰防渗总体效果，加快施工进度和节约工程投资等多方面考虑，宜根据不同地层和不同边界条件选用不同的施工方案和方法，该文总结了东岸围堰防渗墙采用组合式防渗体系施工工艺和调整挡墙构造形式取得的显著效果，主要得到如下结论建议。

1）防渗墙施工至“L”型转角位置时直接将导墙做成“T 型”转角并预留80cm 的直线导槽，在成槽机后期施工时直接将此段防渗墙做成“T型”转角幅，此槽段混凝土浇筑完成后及时起拔接头箱并及时回填砂土，来达到整体防渗的设计连接密闭性要求。

2）本项目围堰钢筋混凝土挡墙为重力式挡墙，挡墙混凝土结构施工完成后，需要在挡墙背后施工吹填砂，确保高水位情况下挡墙的稳定。建议其他同工况项目挡墙设计为扶壁式挡墙，挡墙结构施工完成后，不需要在挡墙背后回填砂土，降低了施工难度，加快了堰体施工进度，降低了施工成本。