1.1 工程概況

　　太浦河泵站位于江蘇省吳江市廟港鎮(zhèn)境內(nèi)，西距東太湖邊約2.0Km，是太湖流域綜合治理、改善水環(huán)境的大型工程之一。泵站站址北側(cè)為太浦河節(jié)制閘。泵站該泵站規(guī)模為大（1）型，等別Ⅰ級(jí)，主體結(jié)構(gòu)為I級(jí)建筑物。泵站建成后，將改善上海市在黃浦江取水口的水質(zhì)，設(shè)計(jì)供水流量300m3/S，擬安裝6臺(tái)直徑為4.10m、斜150軸伸泵，單泵設(shè)計(jì)流量為50m3/S.泵站軸線距太浦閘軸線下游71.45m.

　　泵站主泵房上游依次設(shè)計(jì)為進(jìn)水池、攔污柵閘、交通橋，泵站下游為出水池。為了實(shí)現(xiàn)泵站及進(jìn)出水建筑物的施工，設(shè)計(jì)了上開(kāi)口尺寸（長(zhǎng)×寬）171.4m×165m，最大開(kāi)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(kāi)挖邊線最近處只有22m.

　　為保證基坑開(kāi)挖及結(jié)構(gòu)物施工期間的邊坡穩(wěn)定，保護(hù)太浦河節(jié)制閘等已有建筑物的安全，并有效截?cái)嗵趾雍铀畬?duì)深基坑的側(cè)向滲流影響，在泵房主基坑和太浦河之間設(shè)計(jì)布置了一道砼地下連續(xù)墻進(jìn)行防滲。

　　1.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)

　　太浦河泵站砼地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為240m，墻體厚度為0.24m；設(shè)計(jì)墻體深度為19.70m（EL6.00m～EL-13.70m），砼設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)C20，水泥用量≮350kg/m3，整體滲透系數(shù)≯1×10-7cm/s.該工程采用射水法成墻技術(shù)。

　　1.3 工程地質(zhì)條件

　　工程地質(zhì)條件：根據(jù)江蘇省工程勘測(cè)設(shè)計(jì)院提供的《太浦河泵站工程地質(zhì)水文地質(zhì)勘察報(bào)告》中I-I/工程地質(zhì)剖面圖所示，地連墻施工區(qū)內(nèi)主要地層見(jiàn)表1：

　　表1 地下連續(xù)墻土層分類表

層號(hào)　土層分類　土層描述　標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)　地基允許承載力（Kpa）?、?　重粉質(zhì)壤土　灰黃、灰褐色粉質(zhì)粘土，中粉質(zhì)壤土、雜碎磚石等，為人工堆土或耕作土　4　　?、?　中粉質(zhì)壤土　灰黃、灰色淤泥質(zhì)中粉質(zhì)壤土，含泥炭層，軟塑到流塑狀　4　85?、?　粉質(zhì)粘土　灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾少量粉土薄層，含有機(jī)質(zhì)，軟塑到流塑狀　1　60　③1　粉質(zhì)粘土　褐黃、灰黃、深灰色粉質(zhì)粘土，含鐵錳質(zhì)結(jié)核，硬塑狀　12　255?、?　粉質(zhì)粘土　黃色重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土，夾砂壤土薄層，局部互層　8　150?、?　重砂壤土　黃色、黃灰色重砂壤土，夾少量重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土薄層，局部互層　13　120　④1　重砂壤土　青灰色輕砂壤土，含云母片　26　120　⑤　粉質(zhì)粘土　灰色粉質(zhì)粘土，夾砂壤土薄層，含碎貝殼，局部互層　4　105?、?　重粉質(zhì)壤土　灰色重粉質(zhì)砂壤土與粉質(zhì)粘土互層　9　110　⑥　粉質(zhì)粘土　棕黃、灰綠色粉質(zhì)粘土，含鐵錳質(zhì)結(jié)核，硬塑狀　21　300　

　　依據(jù)設(shè)計(jì)要求，砼地連墻需穿過(guò)①1、②2、②3、③1、③2、③3、④1、⑤等多層土層，并深入⑥層土深度⑥層土0.3～0.5m.⑥層土為硬塑狀粉質(zhì)粘土，中低壓縮性，土質(zhì)均勻，土層穩(wěn)定，是相對(duì)隔水層和地連墻的墻底持力層。

　　2.1 射水法造墻技術(shù)原理

　　射水法建造地下連續(xù)墻技術(shù)由福建省水電廳水利科學(xué)研究所于1982年開(kāi)始研究，經(jīng)過(guò)多年的研制和生產(chǎn)性試驗(yàn)，在80年代中期生產(chǎn)出一代機(jī)、二代機(jī)、目前研制生產(chǎn)出三代機(jī)。研制生產(chǎn)的專利設(shè)備——射水法造墻機(jī)組（二代機(jī)組、三代機(jī)組）進(jìn)行砼地下連續(xù)墻的施工在我國(guó)江河湖泊的堤防工程中得到了廣泛的應(yīng)用。

　　該機(jī)組由在同一軌道上電動(dòng)行走的造孔機(jī)、砼澆筑機(jī)、砼拌和機(jī)（三代機(jī)配備反循環(huán)砂礫泵抽碴）組成，設(shè)備總功率約150～180KW.其工作原理是利用水泵及成型器中的射水噴嘴形成高速水流來(lái)切割破壞土層結(jié)構(gòu)，水土混合回流，泥砂溢出地面（正循環(huán)）或者用砂礫泵抽吸出槽孔（反循環(huán)），同時(shí)利用卷?yè)P(yáng)機(jī)帶動(dòng)成型器上下往返運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步破壞土層并由成型器下沿刀具切割修整孔壁形成具有一定規(guī)格尺寸的槽孔；槽孔由一定濃度的泥漿固壁。溢出或抽吸出的與泥漿混合一起的土、砂、卵石等流入沉淀池，土、砂、卵石沉淀，泥漿水循環(huán)使用。槽孔成型后提起成型器，造孔機(jī)電動(dòng)行走到隔一槽孔位置繼續(xù)造孔，砼澆筑機(jī)就位，采用導(dǎo)管法水下砼澆筑建成砼單槽板或鋼筋砼單槽板，并在施工中采用平接技術(shù)建成地下砼連續(xù)墻。墻體厚度按設(shè)計(jì)要求在220～450mm之間調(diào)節(jié)?！?.2 射水法造墻施工工藝流程

 

　　射水法造墻技術(shù)上由造孔技術(shù)和水下砼澆筑技術(shù)兩部分組成，而導(dǎo)管法水下砼澆筑是成熟的一種施工工藝，因此，射水法造墻技術(shù)主要研究對(duì)象就是造孔。造孔的關(guān)鍵技術(shù)要素有四個(gè)——破土、固壁（保持孔壁穩(wěn)定）、出碴和槽孔的連接；四個(gè)要素相互關(guān)聯(lián)，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(jī)為例），三代機(jī)是由單排并列8個(gè)垂直向下的噴嘴作為射流破土結(jié)構(gòu)。它的破土能力、破土范圍取決于射流水壓力、噴嘴幾何形狀以及對(duì)槽孔底部距離，可根據(jù)土體強(qiáng)度確定水壓力。設(shè)備所配水泵的壓力不小于0.4Mpa.

　　3.2 固壁

　　施工過(guò)程中的孔壁穩(wěn)定是成孔的關(guān)鍵。首先是孔壁保護(hù)，破土后的絮流靠成型器箱形外殼導(dǎo)流，減小水流對(duì)孔壁的破壞，保護(hù)孔壁。水流流速對(duì)孔壁穩(wěn)定有影響，流速應(yīng)控制在小于0.2m/s.

　　泥漿固壁利用槽孔內(nèi)泥漿水位高于地下水位及泥漿水比重大于地下水比重形成槽孔內(nèi)對(duì)孔壁的壓力達(dá)到固壁作用，同時(shí)泥漿水向外滲流過(guò)程中在孔壁上形成泥漿網(wǎng)膜，增大松散地層的粘聚性，起到護(hù)壁作用。因此針對(duì)各種地層條件，在造孔過(guò)程中確定泥漿的性質(zhì)和質(zhì)量是至關(guān)重要的（根據(jù)地層條件用自成泥漿法固壁或提前制備優(yōu)質(zhì)泥漿固壁）。

　　3.3 出碴

　　第三代射水法造墻機(jī)組出碴是利用水泵及成型器中的射水噴嘴形成高速泥漿水流來(lái)切割破壞土層結(jié)構(gòu)，水土混合回流，泥砂溢出地面（正循環(huán)）或用砂礫泵抽吸出孔槽（反循環(huán)），溢出或抽吸出的與泥漿混合一起的土、砂、卵石等流入沉淀池沉淀，泥漿水循環(huán)利用。

　　3.4 單、雙號(hào)槽孔的連接

　　連續(xù)防滲墻重在“連續(xù)”二字，造孔過(guò)程中是由單個(gè)槽孔經(jīng)水下砼澆筑形成2m寬的砼單槽板，由多塊砼單槽板連接形成砼連續(xù)防滲墻，因此接縫的連接質(zhì)量是該技術(shù)的主要關(guān)鍵點(diǎn)，也就是連續(xù)墻整體防滲效果的關(guān)鍵，單槽板本身結(jié)構(gòu)不管是砼，塑性砼或其他材料均能達(dá)到某一抗?jié)B指標(biāo)，接縫的質(zhì)量才是關(guān)鍵，這也是其它任何一種連續(xù)墻施工工藝所共同存在的技術(shù)問(wèn)題。射水法造墻技術(shù)采用的是平接技術(shù)——也就是在同一軸線端側(cè)面實(shí)現(xiàn)平面對(duì)接，射水法是在整體放樣后先施工1、3、5號(hào)單序孔，在單序孔的砼槽板初凝后（一般>24h）預(yù)先設(shè)定的尺寸，準(zhǔn)確的位置建造雙序號(hào)槽孔。即在建造Ⅱ序槽孔時(shí)，利用成型器側(cè)向噴嘴射流，將已澆筑好的Ⅰ序槽板端壁泥皮沖刷清除干凈，然后澆筑Ⅱ序槽孔砼使之與Ⅰ序槽板形成連續(xù)的砼墻體，如此同時(shí)成型器的側(cè)向噴嘴的射流沖刷可以使得Ⅱ序槽孔砼對(duì)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(xù)墻。

　　4.1 施工工藝改進(jìn)

　　根據(jù)射水法施工設(shè)備的技術(shù)特性，將地連墻（長(zhǎng)240米）劃分為119個(gè)槽段，單槽長(zhǎng)度在2.01m～2.04m之間調(diào)整。工程從2000年12月24日開(kāi)始成槽施工試驗(yàn)，到2001年3月12日施工結(jié)束。

　　先前機(jī)械設(shè)備采用第二代射水造墻機(jī)，由于土層的粘粒含量高，就是更換三代機(jī)機(jī)后依然需6～8h才穿過(guò)該層，出現(xiàn)了擴(kuò)孔、塌孔等較多質(zhì)量問(wèn)題。在施工過(guò)程中，針對(duì)該地質(zhì)條件，在成孔器的底部?jī)蓚?cè)加焊鐵抓，勾切土體；側(cè)向開(kāi)孔口，使進(jìn)入成孔器的土體及時(shí)從開(kāi)孔中排出，利用反循環(huán)泵抽出；還采取了超前預(yù)鉆孔破壞地層、采用高壓柱塞泵設(shè)備（加工配套管路）射水先行破壞硬塑狀地層等多種方法進(jìn)行了摸索試驗(yàn)，得出了有益的工經(jīng)驗(yàn)——改進(jìn)施工機(jī)具，特別是對(duì)成型器進(jìn)行的多次大膽改造，以及根據(jù)進(jìn)尺快慢及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，最終取得了提高工效、降低成本并保證施工質(zhì)量。同時(shí)，對(duì)在軟塑到流塑狀地層中如何保證擴(kuò)孔率也摸索出了有效經(jīng)驗(yàn)。

　　表2 設(shè)計(jì)及施工參數(shù)對(duì)照表

參數(shù)名稱　設(shè)計(jì)參數(shù)　實(shí)際施工參數(shù)　射水壓力　0.4Mpa　0.4Mpa　循環(huán)泥漿比重（g/cm3）　1.12～1.25　1.13～1.15　砼坍落度（cm）　18～22　18.5～20　砼擴(kuò)散度（cm）　34～40　37～41　砼強(qiáng)度指標(biāo)　C20　29Mpa（28d）　砼配合比　水泥：砂：碎石＝1:2.02:2.90，水灰比W/C=0.48, AF-2型復(fù)合減水劑摻量為0.7%　　　施工槽孔孔壁穩(wěn)定，槽段垂直度控制較好，孔斜率均小于0.4%；I、II期槽孔的接頭套接位置正確，有效墻厚一般大于24cm，且接頭端最小厚度達(dá)到了“大于22cm”的技術(shù)指標(biāo)要求，墻段連接質(zhì)量良好，形成了防滲整體，最終達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的工程目的。

　　4.2 質(zhì)量檢驗(yàn)

　　對(duì)射水成墻的墻段，按工程師批復(fù)的檢測(cè)方案布置了超聲波檢測(cè)管（共布置6個(gè)槽段），平均每40m長(zhǎng)度內(nèi)布設(shè)一對(duì)聲測(cè)管，通過(guò)超聲波檢測(cè)曲線來(lái)分析墻體混凝土密實(shí)度等質(zhì)量指標(biāo)。對(duì)于成墻質(zhì)量，還采用了開(kāi)挖直觀檢查法來(lái)確定施工質(zhì)量。

　　在射水法施工形成一部分墻體后，于2001年2月22日對(duì)093#～095# 3個(gè)槽段2道接縫、107#～110# 4個(gè)槽段3道接縫進(jìn)行了開(kāi)挖檢查，證明墻段接縫的施工質(zhì)量良好，經(jīng)測(cè)量監(jiān)理對(duì)已開(kāi)挖墻段的軸線位置、墻頂高程進(jìn)行的校測(cè)，證明各項(xiàng)指標(biāo)都滿足了設(shè)計(jì)要求。

　　對(duì)射水墻體，按檢測(cè)方案在6個(gè)槽段的砼中埋設(shè)有了超聲波檢測(cè)管，經(jīng)上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)院科研所進(jìn)行了超聲波檢測(cè)，射水墻體之間搭接緊密，評(píng)價(jià)墻體混凝土密實(shí)度等質(zhì)檢指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。按工程師指定位置鉆取了水泥加固土芯樣，送指定試驗(yàn)機(jī)構(gòu)做強(qiáng)度指標(biāo)檢驗(yàn)，上述質(zhì)量檢查結(jié)果均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

　　在泵站基坑開(kāi)挖的過(guò)程中，在地連墻的兩側(cè)設(shè)置兩組水位觀測(cè)管，以觀測(cè)地下防滲連續(xù)墻的防滲效果，在基坑開(kāi)挖、軟基地基處理及建筑物施工階段，兩組的水位觀測(cè)管的水位差值5.0m附近變化，說(shuō)明地下連續(xù)墻的防滲效果是相當(dāng)好的，達(dá)到了截?cái)嗵趾铀c基坑地下水的目的。

 

　　1）要保證射水法成墻的垂直度和接縫質(zhì)量，對(duì)造孔機(jī)械設(shè)備的就位精度與水平調(diào)整必須嚴(yán)格復(fù)核控制。

　　2）應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)條件，調(diào)整合適的水泵壓力以保證噴嘴出口壓力符合設(shè)計(jì)要求。

　　3）射水法造墻采用泥漿固壁法，槽孔孔壁的穩(wěn)定是關(guān)鍵，因此，必須根據(jù)地層地質(zhì)條件調(diào)整泥漿并嚴(yán)格保證槽孔內(nèi)泥漿水位。

　　4）造槽過(guò)程中必須經(jīng)常性檢查機(jī)架垂直度。

　　5）應(yīng)針對(duì)不同的地層條件，對(duì)造槽起主要控制作用的成型器等部件進(jìn)行探索改進(jìn)，不能拘泥于設(shè)備原配裝的結(jié)構(gòu)型式，從主、客觀方面作出努力，以便提高成槽進(jìn)度、提高工效。

　　6）射水造墻一般劃分成雙序槽孔，采用跳槽法施工——先施工I序槽孔，24～72小時(shí)之內(nèi)必須安排設(shè)備返回施工II序槽孔，保證墻體有序連接及接縫質(zhì)量。

　　7）射水法造墻采用的是泥漿固壁法，隨著漿液濃度變大，需逐漸棄漿，因此施工所產(chǎn)生的廢漿量較大（一般約為成槽實(shí)方量的5倍），在正式施工前必須安排好廢漿排放處理——場(chǎng)地條件允許時(shí)可引至施工區(qū)域之外排放；工程環(huán)境不允許污染且場(chǎng)地條件受限時(shí)，必須準(zhǔn)備排污罐車(chē)及時(shí)予以運(yùn)棄。

 

　　太浦河泵站砼地下連續(xù)墻采用射水法造墻，該墻有效截?cái)嗔颂趾铀畬?duì)泵站深基坑區(qū)域的側(cè)向滲流，保證了泵站工程的基礎(chǔ)處理、主體結(jié)構(gòu)施工期未受太浦河側(cè)向滲流的影響，保證了施工期深基坑邊坡的穩(wěn)定；觀測(cè)資料也證明，太浦河節(jié)制閘在施工期內(nèi)未出現(xiàn)異常沉降變形，保證了太浦閘的安全，從而充分驗(yàn)證了地下連續(xù)墻的防滲效果。

 

　　射水法成墻，成型的槽孔孔壁穩(wěn)定，澆筑的砼（鋼筋砼）墻面平整，可按照設(shè)計(jì)要求構(gòu)筑0.22～0.45m厚、深達(dá)30m，垂直偏差小于1/300的地下連續(xù)墻。墻體的接縫處理有獨(dú)到之處，能夠保證接縫的質(zhì)量，整體防滲性能好。造墻的工效高，工程造價(jià)低，經(jīng)濟(jì)效益顯著。