塑性混凝土防渗墙在深基坑开挖中的应用

彭剑，杨清平

（广州南华工程管理有限公司，广东 广州 510230）

塑性混凝土是一种低强度、低弹模、大应变的高流动性混凝土，是一种水泥用量较低但膨润土掺量大的柔性结合材料，具有很好的防渗性能；而且塑性混凝土具有在低强度和低弹性模量下适应地基应力的变化的特点，能确保墙体不被破坏，而又不需提高混凝土强度等级或增加钢筋配置，大大降低工程造价成本[1]。因此非常适用于既要求控制工程投资成本而防渗要求又较高的软土地基。

1 工程概况

海南逸盛PTA项目取水头沉箱、取水箱涵及取水泵站工程位于海南省洋浦经济技术开发区神头港（PTA项目用地西南部），滨海大道西侧。工程基坑开挖地面标高为6.83 m，底标高为-7.79 m，基坑底尺寸为34 m×33 m，基坑顶尺寸为78 m×80 m，开挖平均深度为15 m。基坑所处土层地质为表层人工填土、下伏底层岩性为第四系全新统海相沉层、第四系下更新统海相沉积层和第三系上新统海相沉积层，地质土层自上而下分别为杂填土、素填土、珊瑚碎屑、粉土质砂夹碎石、粉质黏土、中砂、贝壳碎屑岩、贝壳碎屑夹粉质黏土。

基坑采用明挖法，分两级放坡、分层均衡进行开挖，第一级边坡开挖至-0.79 m，第二级开挖至-7.79 m；标高-0.79 m处设置3.0 m宽平台（海侧设置2.0 m宽平台）。第一级边坡开挖时按照1∶1.5坡度放坡至-0.79 m，第二级按1∶1.7坡度开挖至设计标高。

基坑开挖坡面采用挂网+抹水泥砂浆护面，挂网规格为φ2@25，在防护网外面按间距@1 000×1 000布置φ12钢筋，将钢筋与网焊牢或绑牢，在钢筋交叉处设置长0.5～1.2 m的φ12插筋，然后抹平均厚度为5 cm的M15水泥砂浆，砂浆应盖住网和固定钢筋，不使其外露，水泥砂浆施工后进行养护。为保证排除坑壁土体中集水或渗透水，布置φ25塑料排水短管，伸入土体0.5 m左右，纵横间距3～5 m。

塑性混凝土防渗墙布置在 +4.70 m（海侧+4.30 m）高程施工平台上，位于取水泵站基坑坡顶外7 m（海侧基坑坡顶外3.1 m）处，轴线长度365.540 m，墙体厚度0.6 m，深度按墙底标高为-17 m（部分段为-14 m），墙底伸入粉质黏土层不小于2.5 m，设计槽孔孔斜率≤1/200，墙体渗透系数 K≤3.0×10-7cm/s。

基坑开挖在防渗墙完成28 d后，并在防渗墙质量检测合格后进行。

塑性混凝土防渗墙28 d龄期主要控制性指标： 1） 抗压强度≥1.0 MPa，且不宜高于2.5 MPa；2） 渗透系数≤3×10-7cm/s；3） 弹性模量 E≤800 MPa。

参考性指标：1） 重度≥20 kN/m3；2） 泊松比 μ=0.4；3） 抗拉强度≥0.3 MPa；4） 在平均围压0.3 MPa情况下，极限压应变≥3%；5） 内摩擦角φ≥32°，凝聚力c≥0.27 MPa。

2 防渗墙施工工艺

根据海南逸盛PTA项目取水头沉箱、取水箱涵及取水泵站工程基坑现场实际情况，塑性混凝土防渗墙采用间隔分序法施工工艺冲孔成槽，主、副孔间残留及槽段接头部位采用钻劈法进行修整，确保成槽整体质量符合要求。

防渗墙工程施工机械共有JK6钢绳冲击式钻机16台，泥浆泵16套，泥浆搅拌泵2套。导管提升机2台。

防渗墙主要施工顺序为：测量定位→导墙（导向槽）施工→钻孔成槽→孔底清渣→灌注塑性混凝土。

3 塑性混凝土配合比试配和验证

塑性混凝土就成熟度和应用广度而言远远低于常规混凝土，塑性混凝土缺乏广泛和普遍的经验配合比，塑性混凝土水泥用量一般为80～170 kg/m3[2]。因此，依据塑性混凝土抗压强度、渗透系数及弹性模量3个主要控制性设计指标，根据现有砂石料规格、粒径级配和水泥品种，在水泥用量区间取值进行室内配合比试验，确定塑性混凝土防渗墙配合比。在塑性混凝土生产现场根据试验确定的配合比进行试配生产，现场进行取样复核试验，复核试验结果符合要求后进行正式量产。

4 防渗墙成孔、成槽

结合工程实际情况，本工程塑性混凝土防渗墙采用冲孔桩机分Ⅰ、Ⅱ序槽段冲孔成槽，即间隔分序法施工方法，槽段划分为Ⅰ、Ⅱ序槽段，Ⅰ、Ⅱ序槽段开挖长度均为6 m，每个槽段分为2个主孔及1个副孔，先施工Ⅰ序槽段，后施工Ⅱ序槽段，间隔跳槽成孔。

施工工艺如图1所示。

图1 间隔分序成孔（槽）示意图Fig.1 Sketch of interval sequence to punching into the tank

分段跳槽成孔质量关键是要控制好槽段之间接头处理，采用接头管方法施工较易造成卡管、接头管拔出困难、接头密封性差等问题，难以保证塑性混凝土防渗墙整体性、抗渗透性，加之本工程防渗墙体深度较深，经监理、业主、施工承包人共同讨论后确定采用冲凿圆弧接头法，如图2所示。

图2 冲凿圆弧接头工艺示意图Fig.2 Sketch of punching the arc joints process

采用冲凿圆弧接头法具有整体性好、抗渗性好、施工简易、造价低廉等优点[3]。具体施工方法是在Ⅰ序槽浇混凝土后端孔位置采用冲击钻钻凿混凝土至Ⅱ序槽槽底高程，在Ⅰ序槽混凝土初凝后，方可进行Ⅱ序槽段接头孔施工。为确保Ⅰ、Ⅱ序槽的套接厚度能满足设计及规范要求，监理督促要求施工承包人在成孔施工过程中严格控制端孔及接头孔垂直度，钻进过程每进尺2 m检测孔斜率1次，且接头孔对位必须与端孔重合，确保接头任一深度套接墙厚不少于40 cm，Ⅱ序槽浇混凝土前用钢丝刷接头锤将接头洗刷干净，确保接头处混凝土连接密实，无夹泥。

5 膨润土泥浆制备与使用

泥浆具有维护槽壁稳定、悬浮携带钻渣和冷却、润滑钻具的作用，泥浆应具有良好的物理性能、流变性能、稳定性以及抗水泥污染的能力。根据本工程地质情况及钻机性能，采用膨润土成品料制造泥浆。膨润土成品料的性能指标应符合SY/T 5060—1993《钻井液用膨润土》的规定，每盘泥浆制作时间不少于30 min，所制的泥浆需停放24 h后才能使用，泥浆池内泥浆应经常搅动[4]。根据现场试验确定，泥浆采用配合比为：膨润土∶水∶NaCO3=50∶1 000∶1。膨润土泥浆性能指标如表1。

表1 膨润土泥浆性能指标Table 1 Performanceindicators of bentonite mud

监理对槽段成孔至浇筑塑性混凝土前的泥浆质量进行监控，对每成槽段的泥浆密度、漏斗黏度、含砂量进行现场检测。清孔换浆指标通过现场试验确定。

6 塑性混凝土水下灌注

在槽段深度、宽度、垂直度及清槽验收满足设计、规范要求后及时灌注防渗墙水下塑性混凝土，采用双套导管同时水下灌注法，即每槽段设两组导管，导管间距3 m，导管距槽段两端均为1.5 m，塑性混凝土塌落度18～22 cm，扩散度34～40 cm，28 d混凝土抗压强度为 R28=1～2.5 MPa，初始弹性模量E28≤800 MPa，渗透系数K≤3×10-7cm/s。塑性混凝土浇筑时上升速度控制在2 m/h，导管埋深在2～6 m之内，每槽段现场留置1组塑性混凝土试块。

塑性混凝土采用泵送工艺，在孔口导管设漏斗，泵送混凝土要求连续供给，浇筑速度控制在6～10 m/h，在塑性混凝土灌注过程中定时测定混凝土面的上升情况，与已灌注的混凝土用量相核

对，并根据混凝土面上升情况及时调整各导管混凝土灌入量，保证混凝土面均匀上升。

7 塑性混凝土防渗墙质量检测

塑性混凝土防渗墙完成28 d后专业检测单位对防渗墙进行了物理力学性能指标检测，共完成了4个钻孔抽芯试验、4个钻孔渗透试验及钻取混凝土芯样20个，钻孔取芯及渗透试验完成后采用纯水泥浆进行了灌注封孔。

试验检测结果表明，防渗墙墙身塑性混凝土胶结良好，拼接性良好，骨料颗粒均匀；注水渗透试验表明防渗墙塑性混凝土为微-极微透水，渗透系数≤3×10-7cm/s；混凝土芯样饱和单轴抗压强度最大为3.53 MPa，最小为1.61 MPa，平均为2.44 MPa；弹性模量为800 MPa。

8 结语

基坑塑性混凝土防渗墙从导墙（导向槽）开始施工至塑性混凝土防渗墙浇筑完成共历时74日历天，防渗墙经检测合格后开始进行深基坑开挖，从基坑开挖过程的渗水情况反映，塑性混凝土防渗墙止水防渗效果非常好，整个深基坑开挖过程中几乎无渗水现象发生，为基坑内水泵房干地施工创造了良好条件。

[1]程东.监理人员在塑性混凝土防渗墙工程中的作用[J].山西建筑，2010（10）：227-229.CHENGDong.On supervisors’role in plastic concreteanti-seepagewall project[J].Shanxi Architecture，2010（10）：227-229.

[2]蒋小健.塑性混凝土防渗墙在水库除险加固工程中的应用[J].新疆水利，2007（5）：19-21.JIANG Xiao-jian.Application of plastic concrete cutoff wall in reservoir reinforcement project[J].Xinjiang Water Resources，2007（5）：19-21.

[3]王海潮.塑性砼防渗墙技术在安农水库防渗工程中的应用[J].广西水利水电，2009（3）：50-53.WANG Hai-chao.Application of plastic concrete anti-seepage wall in reservoir project[J].Guangxi Water Resources＆Hydropower Engineering，2009（3）：50-53.

[4]宋翼.液压抓斗成槽混凝土防渗墙施工技术在水库大坝除险加固工程中的分析应用[J].重庆建筑，2010（2）：23-26.SONGYi.Analytical application of construction technology of concretecutoff wallswith hydraulic grab trenchingmethod in reservoir dam reinforcement project[J].Chongqing Architecture，2010（2）：23-26.