地下連續牆在幫浦站基坑防滲工程中的應用與實踐
關鍵詞：射水法地連牆基坑防滲應用與實踐
1 工程概況、設計指標、地質條件
1.1 工程概況
太浦河幫浦站位於江蘇省吳江市廟港鎮境內，西距東太湖邊約2.0km，是太湖流域綜合治理、改善水環境的大型工程之一。幫浦站站址北側為太浦河節制閘。
幫浦站該幫浦站規模為大（1）型，等別ⅰ級，主體結構為i級建築物。幫浦站建成後，將改善上海市在黃浦江取水口的水質，設計供水流量300m3/s，擬安裝6臺直徑為4.10m、斜150軸伸幫浦，單幫浦設計流量為50m3/s。
幫浦站軸線距太浦閘軸線下游71.45m。
幫浦站主幫浦房上游依次設計為進水池、攔汙柵閘、交通橋，幫浦站下游為出水池。為了實現幫浦站及進出水建築物的施工，設計了上開口尺寸(長×寬)171.4m×165m，最大開挖深度17.
5m(一般約14.5m)的大型基坑，基坑毗鄰太浦河和太浦閘，基坑距太浦河河岸較近，開挖邊線最近處只有22m。
為保證基坑開挖及結構物施工期間的邊坡穩定，保護太浦河節制閘等已有建築物的安全，並有效截斷太浦河河水對深基坑的側向滲流影響，在幫浦房主基坑和太浦河之間設計布置了一道砼地下連續牆進行防滲。
1.2 設計指標
太浦河幫浦站砼地下連續牆設計長度為240m，牆體厚度為0.24m；設計牆體深度為19.70m（el6.
00m～el-13.70m），砼設計標號ｃ20，水泥用量≮350kg/m3，整體滲透係數≯1×10－7cm/s。該工程採用射水法成牆技術。
1.3 工程地質條件
工程地質條件：根據江蘇省工程勘測設計院提供的《太浦河幫浦站工程地質水文地質勘察報告》中i---i/工程地質剖面圖所示，地連牆施工區內主要地層見表1：
表1 地下連續牆土層分類表
依據設計要求，砼地連牆需穿過①1、②2、②3、③1、③2、③3、④1、⑤等多層土層，並深入⑥層土深度⑥層土0.3～0.5m。
⑥層土為硬塑狀粉質粘土，中低壓縮性，土質均勻，土層穩定，是相對隔水層和地連牆的牆底持力層。
地下連續牆與基坑、太浦河河岸相對位置及地質剖面情況見圖1。
圖1 地下連續牆施工剖面圖
2 射水法造牆技術原理及施工工藝
2.1 射水法造牆技術原理
射水法建造地下連續牆技術由福建省水電廳水利科學研究所於2023年開始研究，經過多年的研製和生產性試驗，在80年代中期生產出一代機、二代機、目前研製生產出三代機。研製生產的專利裝置——射水法造牆機組（二代機組、三代機組）進行砼地下連續牆的施工在我國江河湖泊的堤防工程中得到了廣泛的應用。
該機組由在同一軌道上電動行走的造孔機、砼澆築機、砼拌和機（三代機配備反迴圈砂礫幫浦抽碴）組成，裝置總功率約150～180kw。其工作原理是利用水幫浦及成型器中的射水噴嘴形成高速水流來切割破壞土層結構，水土混合回流，泥砂溢位地面（正迴圈）或者用砂礫幫浦抽吸出槽孔（反迴圈），；槽孔由一定濃度的泥漿固壁。溢位或抽吸出的與泥漿混合一起的土、砂、卵石等流入沉澱池，土、砂、卵石沉澱，泥漿水迴圈使用。
槽孔成型後提起成型器，造孔機電動行走到隔一槽孔位置繼續造孔，砼澆築機就位，採用導管法水下砼澆築建成砼單槽板或鋼筋砼單槽板，並在施工中採用平接技術建成地下砼連續牆。牆體厚度按設計要求在220～450mm之間調節。
2.2 射水法造牆施工工藝流程
射水法施工工藝流程圖
3 射水法造牆施工主要技術要點
射水法造牆技術上由造孔技術和水下砼澆築技術兩部分組成，而導管法水下砼澆築是成熟的一種施工工藝，因此，射水法造牆技術主要研究物件就是造孔。造孔的關鍵技術要素有四個——破土、固壁（保持孔壁穩定）、出碴和槽孔的連線；四個要素相互關聯，相互制約。
3.1 破土
射水法，其名稱就是源自泥漿水射流破土（以三代機為例），三代機是由單排並列8個垂直向下的噴嘴作為射流破土結構。它的破土能力、破土範圍取決於射流水壓力、噴嘴幾何形狀以及對槽孔底部距離，可根據土體強度確定水壓力。裝置所配水幫浦的壓力不小於0.
4mpa。
3.2 固壁
施工過程中的孔壁穩定是成孔的關鍵。首先是孔壁保護，破土後的絮流靠成型器箱形外殼導流，減小水流對孔壁的破壞，保護孔壁。水流流速對孔壁穩定有影響，流速應控制在小於0.2m/s。
泥漿固壁利用槽孔內泥漿水位高於地下水位及泥漿水比重大於地下水比重形成槽孔內對孔壁的壓力達到固壁作用，同時泥漿水向外滲流過程中在孔壁上形成泥漿網膜，增大鬆散地層的粘聚性，起到護壁作用。因此針對各種地層條件，在造孔過程中確定泥漿的性質和質量是至關重要的（根據地層條件用自成泥漿法固壁或提前製備優質泥漿固壁）。
3.3 出碴
第三代射水法造牆機組出碴是利用水幫浦及成型器中的射水噴嘴形成高速泥漿水流來切割破壞土層結構，水土混合回流，泥砂溢位地面（正迴圈）或用砂礫幫浦抽吸出孔槽(反迴圈)，溢位或抽吸出的與泥漿混合一起的土、砂、卵石等流入沉澱池沉澱，泥漿水迴圈利用。
3.4 單、雙號槽孔的連線
連續防滲牆重在「連續」二字，造孔過程中是由單個槽孔經水下砼澆築形成2m寬的砼單槽板，由多塊砼單槽板連線形成砼連續防滲牆，因此接縫的連線質量是該技術的主要關鍵點，也就是連續牆整體防滲效果的關鍵，單槽板本身結構不管是砼，塑性砼或其他材料均能達到某一抗滲指標，接縫的質量才是關鍵，這也是其它任何一種連續牆施工工藝所共同存在的技術問題。射水法造牆技術採用的是平接技術——也就是在同一軸線端側面實現平面對接，射水法是在整體放樣後先施工1、3、5號單序孔，在單序孔的砼槽板初凝後(一般》24h)預先設定的尺寸，準確的位置建造雙序號槽孔。即在建造ⅱ序槽孔時，利用成型器側向噴嘴射流，將已澆築好的ⅰ序槽板端壁泥皮沖刷清除乾淨，然後澆築ⅱ序槽孔砼使之與ⅰ序槽板形成連續的砼牆體，如此同時成型器的側向噴嘴的射流沖刷可以使得ⅱ序槽孔砼對已澆ⅰ序槽板端部形成裹頭，從而建成一道密閉完整的砼地下連續牆。
ⅰ序、ⅱ序槽孔接頭端裹頭示意圖
其中，建造ii序孔時成型器兩側水平布置的各3個扇形噴嘴開啟後，噴嘴與相鄰被沖刷的砼面距離只有8cm，靠得很近，射水壓力能達到0.3mpa，造孔的工作方式是20～30次/min反覆上、下衝切運動中逐漸進深，運動幅度在50cm左右，可以在造孔過程中反覆沖洗端麵，從而有效保證了接頭處的沖刷質量。
4 施工工藝改進及質量檢驗
4.1 施工工藝改進
根據射水法施工裝置的技術特性，將地連牆（長240公尺）劃分為119個槽段，單槽長度在2.01m～2.04m之間調整。
工程從2023年12月24日開始成槽施工試驗，到2023年3月12日施工結束。
先前機械裝置採用第二代射水造牆機，由於③1土層的粘粒含量高，就是更換三代機機後依然需6～8h才穿過該層，出現了擴孔、塌孔等較多質量問題。在施工過程中，針對該地質條件，在成孔器的底部兩側加焊鐵抓，勾切土體；側向開孔口，使進入成孔器的土體及時從開孔中排出，利用反迴圈幫浦抽出；還採取了超前預鑽孔破壞地層、採用高壓柱塞幫浦裝置（加工配套管路）射水先行破壞硬塑狀地層等多種方法進行了摸索試驗，得出了有益的施工經驗——改進施工機具，特別是對成型器進行的多次大膽改造，以及根據進尺快慢及時調整施工引數，最終取得了提高工效、降低成本並保證施工質量。同時，對在軟塑到流塑狀地層中如何保證擴孔率也摸索出了有效經驗。
表2 設計及施工引數對照表
施工槽孔孔壁穩定，槽段垂直度控制較好，孔斜率均小於0.4%；i、ii期槽孔的接頭套接位置正確，有效牆厚一般大於24cm，且接頭端最小厚度達到了「大於22cm」的技術指標要求，牆段連線質量良好，形成了防滲整體，最終達到了設計要求的工程目的。
4.2 質量檢驗
對射水成牆的牆段，按工程師批覆的檢測方案布置了超聲波檢測管（共布置6個槽段），平均每40m長度內布設一對聲測管，通過超聲波檢測曲線來分析牆體混凝土密實度等質量指標。對於成牆質量，還採用了開挖直觀檢查法來確定施工質量。
在射水法施工形成一部分牆體後，於2023年2月22日對093#～095# 3個槽段2道接縫、107#～110# 4個槽段3道接縫進行了開挖檢查，證明牆段接縫的施工質量良好，經測量監理對已開挖牆段的軸線位置、牆頂高程進行的校測，證明各項指標都滿足了設計要求.
對射水牆體，按檢測方案在6個槽段的砼中埋設有了超聲波檢測管，經上海勘測設計院科研所進行了超聲波檢測，射水牆體之間搭接緊密，評價牆體混凝土密實度等質檢指標滿足設計要求。按工程師指定位置鑽取了水泥加固土芯樣，送指定試驗機構做強度指標檢驗，上述質量檢查結果均達到了設計要求。
在幫浦站基坑開挖的過程中，在地連牆的兩側設定兩組水位觀測管，以觀測地下防滲連續牆的防滲效果，在基坑開挖、軟基地基處理及建築物施工階段，兩組的水位觀測管的水位差值5.0m附近變化，說明地下連續牆的防滲效果是相當好的，達到了截斷太浦河水與基坑地下水的目的。
5 施工中的注意事項
1)要保證射水法成牆的垂直度和接縫質量，對造孔機械裝置的就位精度與水平調整必須嚴格複核控制。
2)應根據不同的地質條件，調集成適的水幫浦壓力以保證噴嘴出口壓力符合設計要求。
3)射水法造牆採用泥漿固壁法，槽孔孔壁的穩定是關鍵，因此，必須根據地層地質條件調整泥漿並嚴格保證槽孔內泥漿水位。
4)造槽過程中必須經常性檢查機架垂直度。
5)應針對不同的地層條件，對造槽起主要控制作用的成型器等部件進行探索改進，不能拘泥於裝置原配裝的結構型式，從主、客觀方面作出努力，以便提高成槽進度、提高工效。
6)射水造牆一般劃分成雙序槽孔，採用跳槽法施工——先施工i序槽孔，24～72小時之內必須安排裝置返回施工ii序槽孔，保證牆體有序連線及接縫質量。
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