一級建造實務之射水法造孔影響因素的探討

　　射水法造墻機由福建省水科所研制，射水法造墻已在包括黃河、長江在內的國內諸多大中城市堤防上應用，已造墻200多萬m2，受到國內同行的認可與贊譽。現結合其在九龍江下游防洪堤三期工程的實際應用，進行幾個方面的探討。

　　1、工程簡介

　　該工程位于九龍江西溪和北溪的下游，是以保護漳州市區防洪安全的基礎設施。共分為七個堤段，其中屬于西溪流域的有五個堤段，分別為：康山土堤段長5.038km；漳州石堤段長2.175km；下洲土堤段長3.0km；步文土堤段長6.4km；漳州南岸土堤段長1.33km.屬于北溪流域的有二個堤段，分別為：內林土堤段長3.42km；吳浦土堤段長0.22km.

　　漳州市區防洪堤始建于1959年，1962年基本建成，1964年至1965年間進行了續建配套，1973年至1974年及1982年進行了加高培厚，1985年進行了石堤堤基的防滲處理，1996年堤防工程除險加固后，具有一定的抗洪能力，但個別堤段標準偏低，存在堤身堤基滲漏及河障阻水嚴重等問題。為提高防洪能力，發揮整體效益，確保漳州市人民的生命財產安全，促進國民經濟持續穩定發展，興建本工程是必要的。工程按照新的設防標準進行加固擴建，建設內容是對堤身加高培厚（包括新做防浪墻和原有防浪墻加高加厚），堤身堤基防滲處理，防汛道路修建和堤身建筑物的加固改造。現工程建成后，保護市區防洪堤的設防標準由原50年一遇提高到百年一遇，漳州南岸堤段的設防標準由20年一遇提高至50年一遇，形成以保護漳州市區防洪安全為主要目標的完整防洪體系。

　　本次射水法造墻主要集中在步文土堤段和內林土堤段，步文土堤段長6.40km，設計堤頂寬為5.0m，堤頂高程為9.47～10.70m，迎、背水坡比均為1：2.0.除1996年堤防工程除險加固時已采用射水法打防滲墻的堤段（樁號1+415.7～1+404）；尚未打防滲墻的堤段（樁號1+404～6+297），采用射水法建造地下懸掛式砼防滲墻，設計深度8～12.0m，總面積近4.0萬平方米。工程設計墻體厚度0.22米，墻體砼強度10Mpa，墻體防滲系數為K=10-6cm/s，墻體垂直度小于1/300.

　　2、工程地質概況

　　該段地質經勘察揭示地層均為第四紀沖洪積層及人工填土所覆蓋，堤基地層自上而下依次主要為：雜填土、粘土（淤泥層）、中砂層、卵礫石和花崗巖全風化土。

　　第一層：雜填土，分布于表層，厚1～2米，含磚瓦碎塊垃圾等，極不均勻、松散、具有小孔洞。

　　第二層：粘土、淤泥層，分布于雜填土下部，灰黃色灰色，厚4～7米左右，較穩定，表層粘土與下伏淤泥呈過渡關系，天然含水量50%～60%，高于液限，呈流塑和軟塑狀態，比重2.61，干重度1.52～1.55X10KN/m3，孔隙比為1.4～2.0，內聚力14.0Kpa，內摩擦角1°43′。

　　第三層：中、粗砂層，厚度大，5～9米左右，以中、粗砂粒為主，含部分細砂，底部含少量礫石，該砂層夾有層厚0.5～4米不等的粘土和淤泥，以薄夾層（1～10㎝）多見，延伸不遠，砂層比重2.63～2.67，干重度1.7～1.8X10KN/m3，孔隙比為0.81～0.88稍密-松散。不均勻系數一般為5～6，少量大于12，位于高程-10～0.0米。

　　第四層：卵石層，分布廣，厚度4～9米，粒徑2～7㎝，磨圓度好，成分較雜，分選性差，含有礫石、砂。

　　第五層：殘積層，花崗巖（花崗閃長巖）全風化土，粉質土，含少量砂粒和粘粒，濕重度1.83X10KN/m3，內聚力15Kpa，內摩擦角22°。

　　由工程地質資料表明，堤基地質條件復雜，透水層深厚，為解決堤身堤基滲漏問題，非常適合采用射水法造墻機建筑地下懸掛式垂直防滲墻。

　3、影響因素及施工準備

　　工程自1999年8月底開工，采用射水法造墻二代機造墻，2001年3月完工。工程吸收了1996年造墻施工過程中的經驗教訓，把重點放到造孔和孔壁穩定上，充分認識到造孔和孔壁穩定是防滲墻施工中的主要和關鍵，它受地層等自然條件影響最大，是影響工期、工程成本，甚至決定工程成敗的重要因素。影響造孔和孔壁穩定因素主要有：

　　⑴泥漿的質量

　　⑵地下水位的高低

　　⑶孔壁土體的組成和密實度

　　⑷孔長度

　　⑸孔口地面荷載（如吊車、裝載機、輔助施工設施等）

　　以上各因素中，孔壁土體的組成和密實度、孔長度是由各堤段實際和采用的造墻機確定的；因此，工程指揮部制訂了施工堤段禁止通車，同時施工單位也在施工場地劃定了限制范圍，禁止有關施工機械和載重車輛靠近。下面談泥漿的質量和地下水位的高低對造孔和孔壁穩定影響：

　　4、泥漿的質量影響

　　泥漿固壁機理：泥漿固壁即在槽孔施工的過程中，保持孔壁的穩定，其機理是槽孔內的泥漿壓力高于所在地層的地下水壓力，使泥漿滲入槽壁土體中，其中較細的顆粒進入孔隙中，較粗的顆粒附著在孔壁上，形成泥皮。隨著泥皮厚度的增加，對水的流動阻力也會增加，最終達到了平衡，水不再進入地層，泥漿與土層被泥皮隔開。泥漿所產生的側壓力通過泥皮作用在孔壁上，保證了槽壁的穩定。

　　泥漿之所以能保證孔壁穩定，其主要依據：①泥漿靜壓力（固壁側壓力，取決于泥漿水頭和泥漿密度）；②泥漿的強度（孔壁失穩時，泥漿受到擠壓，泥漿強度有陰止孔壁滑塌的作用）；③泥皮強度（泥皮有一定的粘接強度可以阻止孔壁滑塌）；④泥漿流動的拖曳力（向上的拖曳力有利孔壁穩定， 向下的拖曳力對孔壁穩定不利）。

　　1999年9月，在九龍江下游防洪堤三期工程步文堤段進行堤身堤基射水法造墻施工。該堤段地下-15m～3.0m為中粗砂、卵石層。

　　設計從理論上采用泥漿固壁常用的計算泥漿密度公式計算：

　　γs=｛γh+［γoα+ （γe-γ）h］×K｝／H

　　式中：γs為泥漿容重，KN/m3；

　　r為水的容重，kN/m3；

　　γo為地基干容重，kN/m3；

　　γe為地基土的飽和容重，kN/m3；

　　H為計算點距泥漿液面深度，m；

　　α為地下水面距地表面的深度，m；

　　h為計算點距地下水面的深度，m；

　　K為地基土的側壓力系數。

　　公式以孔壁穩定為平衡條件，從理論上計算孔中某一計算點所需的泥漿密度，即該點的泥漿靜壓力，由公式可看出，h（即地下水位）對計算結果影響最大，這里不考慮泥漿固壁其它要素。該施工地段，據土工實驗得中粗砂層干容重為18kN/m3，飽和容重為21kN/m3，內磨擦角為28度，地下水位高程按4.00m，堤頂高程按9.0 m計算。按水利部SL174-96《水利水電混凝土防滲墻施工技術規范》要求：造孔時，所需孔口高程應高出地下水位2.0m。