生态修复工程混凝土防渗墙施工技术研究

何晓阳HE Xiao-yang

（中铁十二局集团第三工程有限公司，太原 030024）

0 引言

滹沱河作为石家庄市的一条主要河道，受上游水库工程控制，下泄水量日益减小，河道长期干涸，荒沙遍野，同时，河道长期采砂形成的砂坑十分不规则，河滩坑深坡陡，生态环境日益恶化。按照“绿水青山就是金山银山”“以水带绿，以绿养水”的绿色发展理念，对滹沱河进行生态修复，改善滹沱河生态环境，实现人与自然和谐共生是建设美丽河北的需要。此外，通过对滹沱河进行生态修复，可以提高河道行洪能力、确保防洪安全，与城市建设与发展的需求相协调，同时结合上游补水，改善下游河道生态条件。主河槽治理工程施工导流是本工程建设的一项重要施工内容。

本文依托滹沱河生态修复三期工程（鹿泉区）主河槽治理工程施工，对混凝土防渗墙施工技术进行研究，积累了丰富的施工经验，可应用于类似工程施工中。

1 工程概况

1.1 工程背景

滹沱河生态修复三期工程（鹿泉区），项目起始黄壁庄水库以下，终点至中山水面潜堰上游93m 处，总长6.707km，主要包括疏浚工程、岸坡整治工程、水生态修复工程及生态绿化工程。绿化范围为主槽上开口外100～150m，主要结构物为绕行路1 条、漫水路1 条、蓄水建筑物溢流堰1 座、白虹飞鹭生态区及溪流湖区工程。

由于滹沱河黄壁庄水库有下泄生态基流，以及本段工程地下水位较高，为了保证主槽疏浚平整、蓄水建筑物等工程的干场作业，结合工程布置情况分析，主河槽治理工程施工导流安排在非汛期，分期进行。

1.2 水文情况

一般年份岗南、黄壁庄水库在非主汛期不会向河道泄洪，即使有少量弃水也可通过石津干渠向下游输水。

按包容汛前期和汛后期的原则，施工期初步划分为9月1 日～6 月30 日、9 月1 日～6 月15 日、9 月15 日～6 月30 日、9 月15 日～6 月15 日、10 月1 日～5 月31 日共5 个时段。

《黄壁庄水库供水调度方案》（2019 年11 月）按黄壁庄水库多年平均天然径流量的10%确定河道生态水量，为1.35 亿m3，生态基流流量为4.3m3/s。

施工期洪水应采用调度手段使黄壁庄水库不泄流入河道，应综合考虑黄壁庄水库下泄生态基流和计算的施工期洪水流量的较大值。

2 地质勘察情况

通过勘察钻孔揭露地下水水位情况及河道、两岸民井水位观测分析，工程区京赞公路桥上游两岸地下水赋存于第四系中更新统冰积堆积的泥砾中，两岸地下水水位略高于河床水位，为两岸补给河道，但泥砾层作为弱透水层，补给水量较小。京赞公路下游的右岸地下水根据初设阶段右岸钻孔揭露情况，地下水赋存于第四系全新统冲洪积的砂层和卵砾石层中，地下水水位和河床逐渐保持在一个水平。

本次勘察对初选的2 条截渗轴线及京赞公路桥上游右岸进行了勘察，其中京赞公路桥上游截渗断面钻孔间距为513～844m，钻孔编号为ZK8～10，钻孔深度按照进入相对不透水层以下不少于2m 控制，深度为8～13m；京赞公路桥下游截渗断面钻孔间距为150～344m，钻孔编号为ZK1～7，钻孔深度同样按照进入相对不透水层以下不少于2m 控制，深度为10～18m；京赞公路桥上游右岸布置2 个钻孔，钻孔间距100m，钻孔编号为ZK10～11，深度均为13m。

河床上部为细砂、中粗砂、卵石层，细砂、中粗砂渗透系数分别为4.0×10-3cm/s、8.0×10-3cm/s，具中等透水性，卵石渗透系数建议值为0.15cm/s，砂层和卵石均为主要渗透通道。经判别卵石属过渡型渗透破坏形式，砂层属流土型渗透破坏形式，砂层允许渗透比降为0.20～0.25，卵石允许渗透比降为0.18～0.20。

地下水类型主要为第四系孔隙潜水，多埋藏于砂、卵石、砾石层中。由于岗南、黄壁庄水库的修建，控制了河流上游地表水的补给来源，水库下游河床长期干涸，地下水主要靠大气降水及河水渗透补给[1-2]。本期勘察期间发现：河道存在地表水，河床地下水位埋深1.1～4.9m；左右岸地下水位埋深12.4～14.6m。

根据勘察情况，工程区河道地层主要以中粗砂、卵石及泥砾为主，河道左岸以黄土状壤土、泥砾为主，右岸以壤土、中砂、卵石、泥砾为主。钻孔ZK6 取芯渣样见图1。

图1 钻孔ZK6 取芯渣样

该处河道左岸上部为黄土状壤土、下部为泥砾，河床上部为砂性土和卵石，下部为泥砾，右岸上部为壤土层，下部为泥砾层。

砂性土具中等透水性，卵石具强透水性，黄土状壤土、壤土具微～弱透水性，泥砾具弱透水性。其中黄土状壤土、壤土、泥砾层可作为相对不透水层。

3 混凝土防渗墙施工关键技术

混凝土防渗墙施工工艺流程图见图2。

图2 施工工艺流程图

3.1 构筑施工平台

平行混凝土防渗墙轴线左右各修筑一条10m 宽车道，便于液压成槽机、施工机械同步作业。

3.2 导向墙施工

测量人员测放出防渗墙轴线，采用小型挖掘机开挖导向槽，开挖完成后，再辅以人工进行修整，然后安装模板，浇筑C25W4F150 混凝土。导向墙厚20cm，单侧顶面宽100cm，高80cm，配筋为Ф12 钢筋，纵线间距28cm，水平间距40cm。导向墙断面示意图见图3。

图3 导向墙断面示意图（单位：mm）

3.3 混凝土防渗墙施工

3.3.1 槽段划分

为确保孔壁安全，应尽量减少槽段接头，根据施工方案，并结合现场试验结果，对槽段进行划分，通过增加槽段长度来减少接缝。根据地质勘查结果，结合现场机具及施工工艺要求，确定一期槽孔及二期槽孔合理设置长度均为6m。槽段划分示意图见图4。

图4 槽段划分示意图

3.3.2 抓斗成槽施工

施工机械为液压成槽机，采用“三抓成槽”工艺，先施工一期槽，再施工二期槽。

成槽深度的嵌入层应控制在1m 以上，并不少于设计孔深。三抓成槽施工示意图见图5。

图5 三抓成槽施工示意图

3.3.3 泥浆制备

在施工场地外侧布置一个制浆站，提前24h 制浆，制浆站包括膨润土仓库、1 个容积200m3的储浆池、2 个容积100m3的回浆池及搅拌台，设备有2 台泥浆泵、1 台高速制浆桶及1 台供水水泵，供浆管路采用5 寸软塑料管沿防渗墙施工轴线铺设至各施工槽段，输送泥浆。

采用膨润土泥浆进行固壁，因膨润土不仅造浆率高，而且其比重小、粘度大，固壁效果较好，能够满足现场施工需要。

①原料。选用高品质聚和膨润土作为主要制浆材料。

②外加剂。外加剂从市场购买，分散剂为工业氢氧化钠。

膨润土性能指标见表1，新制膨润土泥浆性能指标要求见表2，泥浆配比表见表3。

表1 膨润土性能指标

表2 新制膨润土泥浆性能指标要求

表3 泥浆配比表

新制的泥浆应先膨化24 小时，并应经常搅动200m3储浆池内的泥浆，以保持泥浆良好的工作性能。

3.3.4 清孔验收

槽孔清孔验收工作是混凝土浇筑前的一项重要施工内容，根据施工程序，自检、监理检查验收后，方可进行混凝土浇筑作业。清孔作业主要是将孔底的沉淀物捞出，确保其捞取1 小时后厚度不大于10cm。二期槽孔清孔结束前，用专用钢丝刷子洗刷槽孔两端接头孔的泥皮和地层残留物，确保专用钢丝刷子钻头上基本不带泥屑，孔底淤积不再增加[3]。

3.3.5 混凝土运输、浇筑

①混凝土运输。按不小于1.5 倍混凝土生产能力进行物料储备，并保证拌和设备完好，配置2 台自卸汽车运输混凝土，以保证现场浇筑混凝土的工作性能，混凝土运输至现场后，应及时进行混凝土浇筑。

②混凝土浇筑。清孔后，安装内径250mm 导管，导管节段间密封良好，不得漏浆，并紧固牢靠，导管间距按不大于3m 设置，一、二期槽端的导管距分槽线150cm。

现场应根据槽孔深度及施工安排配置相应根数的短导管，长度为30～100cm，用于现场导管施工配节使用。现场同时应配置一定数量标准长度的导管应急使用。导管底部出料口到槽底距离为15～25cm。

选取与导管直径相匹配的隔离球，在混凝土开始浇筑前，将其从导管顶口放入，隔离球可以将导管内的泥浆从导管底口挤出，避免了混凝土与泥浆的接触污染。

为保证首次灌入的混凝土从导管底口摊开后能覆盖孔底并埋住导管底口，现场2 台自卸车应同时装满混凝土抵达浇筑现场，并保证混凝土的连续供应。

混凝土浇筑过程中，分阶段提升导管，并保证导管埋入混凝土的深度为1.0～6.0m，槽孔混凝土面高差≤0.5m，混凝土最终浇筑标高为设计标高+50cm。混凝土浇筑过程中，每5min 测量一次槽内混凝土面深度，填写混凝土浇筑记录，并绘制浇筑指示图，以验证浇筑方量，指导提升、拆卸导管[3]。

在机口或槽孔入口处随机取样，以检查混凝土的工作性能，保证混凝土浇筑质量。试块取样：抗压强度每个槽段取一组试块，渗透系数每3 个槽段取一组试块。

4 施工特殊情况处理

①当地层存在严重漏浆情况发生时，应通过及时灌入堵漏材料进行封闭，必要时，可对槽孔进行回填处理。

②导向墙底部坍塌或严重变形时的处理方法：1）针对底部破坏的部位，重新修筑导向墙。2）通过有效措施改善槽内泥浆工作性能及地基条件。

③混凝土浇筑过程中，导管节段接头处漏浆等情况发生时，必须采用下列办法：1）如果漏浆处导管拔出后，底部脱离不满足至少1.0m 的埋置深度时，必须将全部导管拔出处理。2）针对导管堵管情况，必须将全部导管拔出，清除混凝土，或者拔出后重新安装备用导管。3）当导管提升过程中，发生导管节段脱落情况，应将上部导管迅速移出，并设法将脱落的下部导管捞出，检查脱落位置接口是否损坏，必要时立即启用备用导管。

5 结束语

本文结合滹沱河生态修复三期工程（鹿泉区）主河槽治理工程施工，从导向墙关键工序入手，并对槽段划分、抓斗成槽、泥浆制备及混凝土浇筑等工序作了详细说明，能够指导混凝土防渗墙施工，对施工过程中的特殊地段、地层的处理给出了解决措施，具有较好的施工借鉴意义。