韓秀娟，陳 旺，王秋林

(1.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，上海 200092;2.中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司，河北三河 065201)

0 引言

近年來(lái)，隨著沉管技術(shù)的不斷成熟和推廣，沿江的許多城市開始興建沉管隧道。干塢是用于沉管隧道預(yù)制的基坑，須經(jīng)歷開挖、管段預(yù)制、灌水、舾裝、塢口2次破除、1次恢復(fù)、回填等復(fù)雜工況，使用周期長(zhǎng)，因此，選擇合適的干塢防滲體系至關(guān)重要。

天津海河隧道、寧波常洪隧道等干塢采用深層水泥攪拌樁帷幕止水［1－2］，南昌地區(qū)深基坑多數(shù)采用三軸攪拌樁、高壓旋噴樁、地下連續(xù)墻等帷幕止水。就成熟度和應(yīng)用廣泛度來(lái)說(shuō)，塑性混凝土遠(yuǎn)不及普通混凝土、三軸攪拌樁等，目前國(guó)內(nèi)已建、在建的幾條沉管隧道中，干塢均未采用塑性混凝土防滲墻作為防滲體系，國(guó)內(nèi)外塑性混凝土防滲墻主要用于壩基、土石圍堰防滲和病險(xiǎn)壩的防滲處理等水利施工中。塑性混凝土防滲墻具有強(qiáng)度低、彈模低、極限應(yīng)變大、能適應(yīng)較大變形、水泥用量少、施工方便、工效高、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)［3］，且防滲墻嵌入下部基巖后，下部基巖為相對(duì)不透水層與防滲墻形成了一個(gè)巨大的封閉箱形結(jié)構(gòu)體，保證了基坑開挖的止水效果［4］。

本文以南昌紅谷隧道干塢基坑為工程背景，場(chǎng)地內(nèi)水位降深大，砂層滲透性好，在防滲要求高，針對(duì)槽段之間接頭防滲、塢口破除、恢復(fù)新做防滲墻與既有防滲體系有效銜接等特殊工況，首次成功應(yīng)用了塑性混凝土防滲墻作為干塢防滲體系，優(yōu)勢(shì)明顯，防滲效果好，對(duì)類似工程具有借鑒意義。

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

南昌紅谷隧道江中沉管段長(zhǎng)1 329 m，是國(guó)內(nèi)內(nèi)河規(guī)模最大、最長(zhǎng)的城市道路沉管隧道，設(shè)置2個(gè)分體式獨(dú)立子塢用于沉管管段預(yù)制，干塢位于隧址上游約8.56 km處，贛江河漫灘上，臨贛江最近距離僅15 m左右，東側(cè)緊鄰贛江防洪東大堤。干塢頂部尺寸為559 m×298 m，塢底尺寸為139 m×138 m，基坑深16 m。子塢四周采用塑性混凝土防滲墻，防滲墻長(zhǎng)1 922.8 m，墻厚800 mm，抗?jié)B等級(jí)為P8，墻深有20.0、20.5、21.0、21.5 m 4 種類型，且要求墻底標(biāo)高進(jìn)入地層隔水層不小于2.0 m。干塢場(chǎng)地平面布置如圖1所示。

圖1 干塢場(chǎng)地平面布置圖Fig.1 Plan layout of dry dock

1.2 地質(zhì)情況

隧道自上而下依次穿過(guò)①素填土、③細(xì)砂、③1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑤粗砂、⑥礫砂、⑨1強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、⑨2中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、⑨3微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。地質(zhì)剖面如圖2所示。

圖2 地質(zhì)剖面圖(單位:m)Fig.2 Geological profile(m)

1.3 地下水情況

上層滯水主要分布于①素填土中。松散巖類孔隙水主要為潛水，局部為承壓，主要賦存于第四系全新統(tǒng)沖積層③細(xì)砂、⑤粗砂、⑥礫砂層中，該場(chǎng)地水位年變化幅度在3～13 m，滲透性較好，滲透系數(shù)一般為120 m/d。紅色碎屑巖類裂隙水、溶隙水富水性不均一，裂隙(節(jié)理)多呈閉合狀，一般富水性較差，含水層滲透系數(shù)較小。

1.4 總體方案及施工關(guān)鍵技術(shù)

總體方案為:作業(yè)平臺(tái)－槽壁加固－導(dǎo)墻－Ⅰ期槽孔成槽－驗(yàn)孔－清孔換漿－鎖扣管下放－澆筑混凝土－Ⅱ期槽孔...－防滲墻墻體檢測(cè)。防滲墻施工流程見圖3。

圖3 防滲墻施工流程圖Fig.3 Flowchart of construction of anti-seepage wall

施工關(guān)鍵技術(shù)有:1)塑性混凝土缺乏廣泛和普遍的經(jīng)驗(yàn)配合比，采用正交試驗(yàn)法試配驗(yàn)證。2)地質(zhì)、水文條件使造孔成槽過(guò)程中易塌孔，采用三軸攪拌樁對(duì)槽壁進(jìn)行加固。3)泥漿性能對(duì)成槽質(zhì)量至關(guān)重要，泥漿性能指標(biāo)要保證泥漿生產(chǎn)、供應(yīng)過(guò)程控制。4)受干塢基坑特殊工況影響，槽孔劃分、驗(yàn)孔、清孔換漿、接縫處理等工藝的選擇是決定施工工期、成本、質(zhì)量的主要因素。5)塑性混凝土生產(chǎn)、供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)備的配置，加強(qiáng)混凝土澆筑過(guò)程的控制。6)防滲墻墻體質(zhì)量檢測(cè)與普通混凝土地連墻不同，采用高密度電阻率法進(jìn)行墻體檢測(cè)。

2 混凝土配合比試配和驗(yàn)證

依據(jù)塑性混凝土抗壓強(qiáng)度、滲透系數(shù)及彈性模量3個(gè)主要控制性設(shè)計(jì)指標(biāo)，根據(jù)現(xiàn)有砂石料規(guī)格、粒徑級(jí)配和水泥品種，在水泥用量區(qū)間取值，采用正交設(shè)計(jì)法，利用"均衡分散性"與"整齊可比性"的正交性原理，分3個(gè)階段逐步確定配合比。

1)初選試驗(yàn)。做無(wú)側(cè)限壓縮試驗(yàn)，測(cè)定抗壓強(qiáng)度和初始模量。

2)復(fù)選試驗(yàn)。根據(jù)初選試驗(yàn)挑選出抗壓強(qiáng)度較高和水灰質(zhì)量比較高的配合比。摻入與水泥等量的礦渣粉，對(duì)配合比進(jìn)行復(fù)選試驗(yàn)，并做單軸壓縮和滲透試驗(yàn)。

3)終選試驗(yàn)。選擇強(qiáng)度、模強(qiáng)比和滲透系數(shù)均滿足設(shè)計(jì)要求的配合比。

現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)終選試驗(yàn)確定的配合比進(jìn)行試配生產(chǎn)，然后取樣復(fù)核試驗(yàn)，復(fù)核試驗(yàn)結(jié)果符合要求后進(jìn)行正式量產(chǎn)［5］。塑性混凝土配合比及試驗(yàn)結(jié)果見表1和表2。

表1 塑性混凝土優(yōu)選配合比Table 1 Optimized mixing proportion of plastic concrete kg/m3

表2 塑性混凝土性能指標(biāo)Table 2 Performance indexes of plastic concrete

3 三軸攪拌樁槽壁加固

按以往施工經(jīng)驗(yàn)，春夏季的南昌地區(qū)處于豐水季節(jié)，地下水位高，砂層滲透性好，在防滲墻造孔過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生槽壁塌孔現(xiàn)象，故采用三軸攪拌樁對(duì)槽壁進(jìn)行加固。樁徑φ850 mm@600 mm布置，普通樁加固深度取地面以下10 m，防滲墻接縫處兩側(cè)各3根攪拌樁進(jìn)入中風(fēng)化巖層不小于50 cm，接縫樁嵌入防滲墻墻體15 cm，成槽時(shí)需切削搭接寬度15 cm，以達(dá)到接縫處帷幕止水效果。布置型式如圖4所示。

圖4 防滲墻槽壁加固平面布置圖(單位:cm)Fig.4 Plan layout of reinforcement of slot of anti-seepage wall(cm)

采用P·O42.5普通硅酸鹽水泥，水灰質(zhì)量比為1.5～2，水泥摻量為15%，樁身28 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥0.5 MPa。

4 泥漿制備及使用

4.1 泥漿的制備和檢驗(yàn)

泥漿起到護(hù)壁、攜渣、冷卻機(jī)具、切土潤(rùn)滑的作用。采用膨潤(rùn)土泥漿，選用鈉質(zhì)膨潤(rùn)土，分散劑為工業(yè)碳酸鈉，降失水劑采用鈉羧甲基纖維素，攪拌用水從贛江中抽取。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，泥漿采用的配合比為膨潤(rùn)土∶水∶CMC∶碳酸鈉 =111∶1 000∶1.11∶4.4(質(zhì)量比)。膨潤(rùn)土泥漿性能指標(biāo)如表3所示。

4.2 施工要點(diǎn)

泥漿系統(tǒng)包括泥漿池、制漿設(shè)備、輸漿設(shè)備、泥漿回收凈化處理裝置。泥漿池容量需滿足施工需要，中間設(shè)置隔擋，分別作為沉淀池、儲(chǔ)漿池、膨化池等。攪拌設(shè)備選用立式高速攪拌機(jī)，每盤泥漿制作時(shí)間不少于3 min，存放24 h膨化后才能使用，采用壓縮空氣經(jīng)常攪動(dòng)，保持均勻。加強(qiáng)對(duì)新制泥漿、儲(chǔ)漿池泥漿、成槽時(shí)槽孔內(nèi)泥漿、清孔前槽孔內(nèi)泥漿性能指標(biāo)的檢測(cè)頻次。造孔泥漿和清孔泥漿宜回收，經(jīng)泥漿凈化裝置處理后，泥漿性能指標(biāo)檢驗(yàn)合格時(shí)方可重復(fù)使用。

表3 膨潤(rùn)土泥漿性能指標(biāo)Table 3 Performance indexes of bentonite slurry

5 造孔成槽

5.1 槽孔劃分

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，北塢防滲墻作為工期節(jié)點(diǎn)，制約著基坑開挖及沉管預(yù)制工期。槽孔分2序施工，先施工1期槽孔，后施工2期槽孔，槽孔以7.2 m長(zhǎng)為主，北塢158幅，南塢114幅，共272幅槽孔。槽孔劃分如圖5所示。

圖5 槽孔劃分示意圖(單位:m)Fig.5 Division of slot boreholes(m)

5.2 成槽工藝的選擇

1)抓取法。采用液壓抓斗成槽施工，耗時(shí)60 h/單槽孔，需15臺(tái)液壓抓斗才能滿足6幅/d的工期要求。

2)鉆抓法。采用旋挖鉆機(jī)配合液壓抓斗成槽施工，旋挖鉆機(jī)鉆取主孔導(dǎo)向，液壓抓斗抓取副孔。

槽孔6幅/d機(jī)械配置情況如表4所示。

表4 所需機(jī)械配置Table 4 Machinery required

現(xiàn)場(chǎng)采集的巖樣與設(shè)計(jì)存在差異，現(xiàn)有液壓抓斗超負(fù)荷成槽施工，尤其入巖部分施工難度大、耗時(shí)長(zhǎng)，造成設(shè)備故障率極高，工效低下。因此，無(wú)論采用何種工藝，均需增加大功率液壓抓斗及旋挖鉆機(jī)設(shè)備用于解決硬巖成槽。綜合考慮地質(zhì)情況、槽孔施工順序、設(shè)備移動(dòng)順序、勞力配置及其他配套設(shè)備，擬需投入3臺(tái)金泰SG60液壓成槽機(jī)及2臺(tái)旋挖鉆機(jī)。

采用"兩鉆一抓"衍生的"兩鉆兩抓"施工工藝。先利用旋挖鉆機(jī)鉆取主孔，再利用現(xiàn)有液壓抓斗抓取副孔中泥砂部分，最后利用新增的金泰SG60液壓抓斗抓取副孔中硬巖部分，不僅實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備最優(yōu)配置，而且能滿足持續(xù)、平行、流水作業(yè)能力，工效明顯增加，完成成槽6幅/d，滿足工期計(jì)劃要求。兩鉆兩抓施工示意如圖6所示。

圖6 兩鉆兩抓施工示意圖(單位:m)Fig.6 "Two rotary drilling machines+two hydraulic grabbing machines"construction mode(m)

5.3 終孔檢查

成槽結(jié)束后進(jìn)行終孔檢查，采用UDM100超聲波檢測(cè)儀檢查成孔質(zhì)量。超聲波檢測(cè)儀不僅能對(duì)最終成槽效果進(jìn)行檢驗(yàn)，而且可對(duì)成槽過(guò)程中的槽體進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問題可及時(shí)糾正，因此，對(duì)成槽施工具有很好的指導(dǎo)作用［6］。儀器檢測(cè)后自動(dòng)繪制的典型剖面如圖7所示。

5.4 接頭處理及清孔換漿

清孔換漿采用氣舉反循環(huán)法，如圖8所示。清孔換漿設(shè)備的能力及數(shù)量應(yīng)滿足清孔質(zhì)量和清孔速度的要求，清孔換漿過(guò)程中應(yīng)置換出孔內(nèi)1/2～1/3的泥漿。清孔質(zhì)量檢驗(yàn)在清孔換漿完成1 h后進(jìn)行，取距槽底50～100 cm高度內(nèi)的泥漿比重不大于1.1 kg/m3，馬氏漏斗黏度不應(yīng)大于42 Pa·s，含砂率小于4%，沉渣厚度不大于10 cm。清孔合格后，應(yīng)在4 h內(nèi)及時(shí)澆筑混凝土［7］。

對(duì)于1期槽孔，清底后立即下放鎖口管，鎖口管中線與分幅線對(duì)齊，鎖口管在槽口采用鋼銷連接，頂升架鎖定，在鎖口管外側(cè)回填砂石包或土袋，以防混凝土繞流及泥漿串槽［8］。當(dāng)混凝土初凝后，應(yīng)經(jīng)常微動(dòng)鎖口管，終凝后及時(shí)拔出。1期槽孔鎖口管布置形式見圖9。

圖7 槽孔超聲波成槽檢測(cè)示意圖Fig.7 Inspection of slot boreholes by means of ultrasonic wave

圖8 氣舉反循環(huán)法示意圖Fig.8 Sketch of inverse slurry circulation under compressed air

圖9 1期槽孔鎖口管布置形式(單位:m)Fig.9 Layout of interlocking pipes of Phase I slot boreholes(m)

對(duì)于2期槽孔，需切屑1期槽孔防滲墻5～10 cm，用特制帶鋼絲刷的方錘洗刷槽孔端頭的泥皮和地層殘留物，以刷子上不帶泥屑、孔底淤積不再增加為合格標(biāo)準(zhǔn)。

6 混凝土施工

混凝土澆筑是防滲墻成敗的關(guān)鍵工序。混凝土澆筑前，要擬定澆筑方案，計(jì)劃澆筑方量、混凝土供應(yīng)能力、運(yùn)輸路線、澆筑高程，導(dǎo)管等澆筑機(jī)具及埋設(shè)間的布置與組合，澆筑方法、開澆順序等。

塑性混凝土作為一種特殊材料，拌合系統(tǒng)需專機(jī)專用，且對(duì)原材要求高。根據(jù)本工程經(jīng)驗(yàn)，需對(duì)拌合站水、砂、膨潤(rùn)土計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備改造，采用山東濰坊地區(qū)膨潤(rùn)土，質(zhì)量?jī)?yōu)良。因膨潤(rùn)土損耗系數(shù)較大，拌合站生產(chǎn)線需提前備料，以確保滿足生產(chǎn)需要。

采用雙導(dǎo)管直升澆筑法連續(xù)、均勻澆筑，導(dǎo)管安裝前作水密封試驗(yàn)，導(dǎo)管應(yīng)連接牢固，加設(shè)密封圈，首灌時(shí)放置隔離球。在澆筑過(guò)程中，勤校核實(shí)澆方量與所測(cè)量混凝土高程反映的方量是否相符，一旦發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管漏漿、堵塞、提升困難及塑性混凝土面上升速度與實(shí)澆混凝土量嚴(yán)重不符時(shí)，應(yīng)立即停止?jié)仓?，并查明原因，及時(shí)處理。終澆高程應(yīng)比設(shè)計(jì)高程至少高出50 cm，以便將混有泥渣的不合格混凝土鑿出。相鄰的1期槽孔混凝土澆筑間隔時(shí)間以混凝土終凝時(shí)間為準(zhǔn)，1期和2期槽孔混凝土澆筑間隔時(shí)間約為10 d。

7 防滲墻墻體質(zhì)量檢測(cè)

7.1 檢測(cè)方式

相比較鉆芯法、超聲波法、彈性波透射層析成像法等墻體檢測(cè)方法，高密度電阻率法采集的信息量大，數(shù)據(jù)觀測(cè)精度高，對(duì)不均勻體的探測(cè)精度高，可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的快速采集。數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)時(shí)利用數(shù)據(jù)處理軟件成像，解釋直觀清晰，操作簡(jiǎn)單，且不對(duì)墻體造成損壞。

采用DUK－2B高密度電法測(cè)量系統(tǒng)，其基本原理與常規(guī)的電阻率法完全相同，不同的是高密度電法在觀測(cè)中設(shè)置了較高密度的測(cè)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)和技術(shù)實(shí)施上，高密度電測(cè)系統(tǒng)采用先進(jìn)的自動(dòng)控制理論和大規(guī)模集成電路，使用的電極數(shù)量多，而且電極之間可自由組合，可以提取更多的地電信息，使電法勘探能像地震勘探一樣使用覆蓋式的測(cè)量方式。圖10為高密度電法工作系統(tǒng)示意圖。

圖10 高密度電法工作系統(tǒng)示意圖Fig.10 Working system of high-density electric method

7.2 檢測(cè)線路布置

沿墻的中軸線布置測(cè)線，測(cè)點(diǎn)間距為4 m，單側(cè)剖面測(cè)線長(zhǎng)度約為240 m，有效探測(cè)深度約為25 m。高密度電法測(cè)線布置如圖11所示。

圖11 高密度電法測(cè)線布置示意圖Fig.11 Layout of measurement line of high-density electric method

7.3 探測(cè)分析

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集到的高密度電法測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，對(duì)非值排除修正，利用瑞典版高密度數(shù)據(jù)處理軟件RES2DINV進(jìn)行數(shù)據(jù)反演處理，得出的電阻率斷面(或等值線圖)如圖12所示。通過(guò)對(duì)比分析，掌握防滲墻的視電阻率變化特征及不同電阻率介質(zhì)層(體)的分布形態(tài)，判斷是否存在電阻率異常區(qū)，進(jìn)而判斷防滲墻體質(zhì)量。

圖12 S5～S37剖面視電阻率及反演斷面圖Fig.12 Apparent electric resistance ratio and inversion profile of S5～S37 profiles

由圖12可以看出:所探測(cè)防滲墻頂部(淺部1～5 m段)回填砂土的飽水、表面積水及210～236 m段降排水區(qū)域的電阻率低阻異常，與墻體質(zhì)量無(wú)關(guān);在斷面深度為5～20 m段電阻率值穩(wěn)定處于高值，未發(fā)現(xiàn)電阻率高阻或低阻異常區(qū)，據(jù)此推斷:防滲墻墻體均勻連續(xù)，墻體塑性混凝土膠結(jié)密實(shí)，無(wú)異常隱患。次。因塑性混凝土強(qiáng)度低，塢口水上部分采用挖掘機(jī)破除，水下部分采用重型抓斗船破除，工效高，成本低。

塢口新做防滲墻與既有防滲體系采用鑲嵌接縫，新做防滲墻嵌入相對(duì)不透水層不低于1.5 m，接縫處采用高壓旋噴樁補(bǔ)強(qiáng)帷幕止水，高壓旋噴樁嵌入巖層1.5 m。新舊防滲墻搭接方式見圖13。

8 塢口破除及恢復(fù)時(shí)防滲墻處理方式

9 施工效果

每個(gè)子塢需預(yù)制2個(gè)批次，塢口需破除2次、恢復(fù)1

干塢基坑防滲墻于2014年4月14日開工，2014年6月29日完成，經(jīng)歷了南昌地區(qū)第1個(gè)汛期的考驗(yàn)，順利完成了干塢基坑開挖施工，從防滲墻墻體質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果及基坑開挖過(guò)程的滲水情況來(lái)看，塑性混凝土防滲墻止水防滲效果非常好，為基底處理及沉管預(yù)制施工創(chuàng)造了良好的條件。

圖13 新舊防滲墻搭接方式示意圖Fig.13 Connection between new anti-seepage wall and existing anti-seepage wall

10 結(jié)論

1)通過(guò)采用正交配比設(shè)計(jì)法，分3個(gè)階段淘汰優(yōu)選塑性混凝土配合比，試配驗(yàn)證、量產(chǎn)，拌合站計(jì)量系統(tǒng)改造及專機(jī)專用，保證膨潤(rùn)土質(zhì)量和儲(chǔ)料，并加強(qiáng)對(duì)混凝土澆筑過(guò)程的控制，使防滲墻質(zhì)量得到了有效保障。

2)三軸攪拌樁對(duì)豐水季節(jié)富水砂層防滲墻槽壁加固效果明顯，防滲墻接縫處三軸攪拌樁需切削15 cm，且嵌巖不少于50 cm，起到防滲墻接縫處帷幕止水作用。

3)根據(jù)既有工況，配套旋挖鉆機(jī) +SG40(35A、46)成槽機(jī)+SG60成槽機(jī)，采用"兩鉆兩抓"成槽工藝，優(yōu)化施工組織，設(shè)備的合理選型及配套是快速施工的重要保障，北塢防滲墻進(jìn)度為6幅/d。

4)防滲墻成槽質(zhì)量的控制應(yīng)從細(xì)節(jié)入手，如泥漿性能指標(biāo)確定、生產(chǎn)、供應(yīng)系統(tǒng)，超聲波檢測(cè)儀驗(yàn)孔，氣舉法清孔換漿，接縫處理等，這是保證成槽質(zhì)量的關(guān)鍵。

5)采用高密度電阻率法采集數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、對(duì)非值排除修正，對(duì)比分析得出電阻率斷面圖，通過(guò)防滲墻的視電阻率變化特征及不同電阻率介質(zhì)層(體)的分布形態(tài)，判斷墻體質(zhì)量。

6)防滲墻強(qiáng)度低，塢口破除可采用挖掘機(jī)、重型抓斗船等設(shè)備，工效高，成本低。塢口恢復(fù)時(shí)新舊防滲墻搭接處采用高壓旋噴樁補(bǔ)強(qiáng)，并確保嵌巖深度，以達(dá)到帷幕止水的目的。

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［8］ 孫立寶.地下連續(xù)墻施工中幾種接頭形式的對(duì)比分析及應(yīng)用［J］.探礦工程，2011(5):53 －56.(SUN Libao.Comparison analysis on joint shapes of underground diaphragm wall construction and the application［J］.Exploration Engineering，2011(5):53 －56.(in Chinese))