垂直防渗技术综述样本.doc

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。垂直防渗技术综述 焦家训摘 要 经过7个工程施工实例简介各种混凝土防渗墙、 深层搅拌、 截渗墙、 粘土灌浆的施工情况和效果。关键词 防渗墙 灌浆 截渗墙 粘土 技术1998年特大洪水之后, 中央和各地方政府抓紧了对大江大河的防渗及病、 险库坝的整治加固, 基础公司抓住这一机遇, 积极参与工程投标。1998 , 我们先后中标承建了河北省黄壁庄水库除险加固副坝砼防渗墙工程( 第一标段) 、 九江城市防洪工程溃口复堤单项应急工程、 九江城市防洪工程5#13#通道闸堤段加固整治工程、 荆南4标段防渗工程及咸宁长江干堤邱家湾段防渗工程、 江西丰城大联圩除险加固工程丰3标段、 荆门市漳河水库副坝加固工程等7个项目。在工程施工过程中, 我们根据各工程不同的地质条件, 不同的设计技术要求, 分别采用了高压喷射灌浆、 深层搅拌桩截渗墙、 薄型抓斗防渗墙、 锥探灌浆以及射水法建造墙等施工技术, 结合工程施工, 对施工工艺、 施工机具进行了研究、 探讨、 改进与实践, 积累了丰富的经验, 取得了良好的效果。下面对上述2个病库和5个堤防工程垂直防渗技术作简要介绍: 一 黄壁庄水库除险加固工程副坝标段砼防渗墙工程施工简介1. 工程概况黄壁庄水库为大( ) 型水利枢纽工程, 副坝为水中填土均质坝( 部分坝体为碾压均质坝) , 坝顶高程129.2m, 顶宽6 m, 最大坝高19.2 m, 坝顶总长6907.3m,副坝是黄壁庄水库现有建筑物中存在问题最多、 最严重、 危险性最大的一座建筑物, 主要存在坝体质量差、 铺盖裂缝严重且逐年恶化、 坝后屡屡发生渗透破坏、 减压排水沟损坏及淤堵等严重问题。副坝加固采用坝顶垂直防渗, 防渗措施包括从坝顶做垂直混凝土防渗墙及高压喷射灌浆。副坝混凝土防渗墙起始桩号A0+840, 终止桩号A5+700, 其轴线平面位置距副坝轴线A轴2.9m, 位于A 轴上游侧。防渗墙墙体厚80cm, 轴线长度4858.9m, 最大墙高68m, 总防渗面积26.45万m2, 为国内之最。我公司承担的标段砼防渗墙工程起止桩号A0+840 A1+950, 防渗轴线长1107.843m, 设计墙深50 65m, 防渗面积约53585m2。本工程合同工期为1998年11月30日 11月30日, 因实际施工困难, 进展缓慢, 根据 2月13日水利部召开的”黄壁庄工程专题会议”精神, 业主于 2月决定将原工期推后一年至 12月20日完工。2地质条件本标段地质条件十分复杂。地层自上而下依次分布为: 1) 人工填筑坝体土: 棕黄色或褐黄色粉质壤土, 一般厚度17m。2) 壤土: 黄褐色粉质壤土, 一般厚度6 10m。3) 中粗砂: 灰白色或灰黄色, 稍密实, 厚度3 18m。4) 卵石: 灰白色或灰黄色, 稍密实或密实, 一般粒径38cm, 最大达45cm, 磨圆较好, 分选性差, 卵石含量6570%, 卵石成份为灰岩、 石英砂岩、 紫色砂岩、 少量火成岩、 片麻岩, 厚度825m。局部夹有厚度较小的砾砂、 砾石透镜体。5) 含碎石粘土: 紫红色, 碎石含量525%。碎石成份为灰岩。一般粒径13cm, 渗透系数k=10-7cm/s。6) 基岩: 以硅质灰岩为主, 局部夹有薄层泥质灰岩、 泥灰岩。桩号A1+140A1+880段溶洞及溶蚀裂隙发育, 最大勘探厚度约6m, 局部充填有红粘土; 桩号A1+360A1+520发育两条破碎带。3施工方案 本标段砼将防渗墙工程成槽作业原则上采用”两钻一抓”法施工, 槽段连接采用全孔套接。主要投入的设备为冲击钻、 冲击反循环钻和抓斗。4几点体会 从施工情况来看, 我们有以下几点体会: ( 1) 黄壁庄工程实际地质情况比招标文件提供的地质条件复杂得多: 中粗砂层沉积密实, 有板结现象; 卵石层结构密实、 坚硬, 有钙质胶结或半胶结现象, 钻、 抓十分困难, 进尺缓慢; 基岩溶洞、 裂隙、 破碎带发育, 砂层与卵石层、 卵石层与基岩、 基岩漏浆严重, 易引发坍孔事故。据统计, 1999年共发生漏浆事故104次, 坍孔事故13个槽段。经过摸索, 改进了泥浆性能和造孔工艺, 钻孔效率大幅提高。 ( 2) 设备工效比较: 针对黄壁庄工程特殊地质条件, 我们认为冲击反循环钻机有较强的适应性, 钻进工效较高。是普通冲击钻的3 5倍。二、 漳河水库副坝加固工程施工简况1. 工程概况漳河水库位于湖北省荆门市, 3月漳河水库加固处理, 副坝5+4005+700建造塑性砼防渗墙, 墙厚25cm, 墙深25m。防渗面积6670m2。地质条件: 从坝顶高程126.5向下第一层, 平均厚度为8.4m,为坝体人工填土; 第二层平均厚度约7.4 m, 为亚粘土; 第三层为砂岩、 砂砾岩, 平均厚度为6.8m, 以下为相对不透水层粘土岩。2. 施工方案 前期采用射水法成墙, 后改为冲击钻带扁钻头施工。射水法造墙2.0m为一个槽段, 深度可达30m, 采用平接方式。经过生产性试验, 射水建造16个槽段; 冲击钻施工完成4个槽段。3. 体会 1) 射水造墙在亚粘土、 基岩层进尺缓慢, 其它地层射水造墙比较快。 2) ”扁型冲击钻头”在堤防工程防渗处理施工中有广阔前景。三、 九江市城市防洪工程溃口复堤工程深层搅拌桩施工简况1. 工程概况 江西省九江市城区长江干堤4#5#闸之间, 由于1998年长江发生特大洪水, 在这里发生了严重的溃口事件。为确保城区安全, 该堤段进行了加固处理。 九江溃口复堤工程重新建造钢筋砼防洪墙与土堤, 防洪墙采用倒”T”形结构, 基础处理采用水泥搅拌桩, 施工轴线全长479m。搅拌桩平面布置型式为格栅状, 平行于防洪墙轴线布置二排。9#15#墙段排距为4.55m。16#32#墙段排距为3.35m, 垂直于防洪墙轴线布置多排, 平行于防洪墙轴线布置在迎水侧的搅拌桩具有防渗功能, 采用搭接形式, 其搭接厚度为20cm, 要求渗透系数K 10-5cm/s,其余的搅拌桩为平接, 桩径0.7m。采用一喷两搅, 双头搅拌的施工工艺, 搅拌桩实际施工桩深412.6m, 固化剂采用普通425#水泥, 水泥平均掺入比为1015%。搅拌桩1202根, 总进尺12242.5m。2. 施工区地层特点 根据实际施工情况和补充勘探揭露, 该区地层由上至下主要分为5层。 1) 填土层: 厚度0.53.80m,浅棕黄色粘土,可塑; 2) 粘土层:厚度0.82.47m, 浅棕黄色、 浅灰色粘土, 粘性强, 可塑软塑状, 主要分布在9#19#墙段。 3) 淤泥质粉质粘土: 厚度1.48 6.75m, 灰、 灰褐色, 呈软塑流塑状, 分布于9#32#墙段, 其中20#32#墙段分布广泛, 厚度较大, 含水量高, 呈饱和状态。 4) 粉土层: 厚度2.053.95m, 灰色, 以粉粒为主, 粘粒次之, 稍密, 粘性差: 5) 粉砂、 砂层: 钻进厚度3.04.6m, 没有揭穿, 灰、 浅灰色。 6) 9#25#墙段局部粘土层和淤泥质粉质粘土层中夹有较大石块, 砼块等地下障碍物, 最大石块1.10.80.5m, 最大砼块21.650.5m, 障碍物一般在孔深2.05.0m 范围内。3. 主要施工方案水泥搅拌桩施工投入6台套双轴深层搅拌机, 配备了SJC型水泥土搅拌桩浆量监测记录仪, 该仪器能够经过显示器显示施工过程中钻头所处的深度, 单位桩长( 10cm) 注浆量, 以及累计总注浆量, 同时打印出实际采集的数据和注浆量曲线图( 水泥用量深度曲线) 操作者据此进行操作, 及时调整施工参数, 使之达到最优组合和状态, 减少人为因素和盲目性, 从而达到节约水泥, 保证质量的目的。4. 施工效果: 施工结束后, 采用了轻便触探、 钻孔取芯及注水试验和开挖观测等到多种方法进行质量检查, 效果良好。四、 九江市城市防洪工程5#13#通道闸堤段加固整治工程1. 工程概况九江市城市防洪工程5#13#通道闸堤段加固整治工程轴线全长1.179K m, 为级堤防。1998年长江流域发生特大洪水, 堤防多处出现散浸、 泡泉、 脱坡等险情。该堤段原为土石堤, 堤基土层为人工回填土和第四系全新统土层, 上部为黄褐色、 红灰色粘土和壤土; 中部为淤泥质粘土, 局部夹少量细砂; 泥层受人类活动影响, 多夹有碎砖、 瓦片及碎块石; 下部为深灰色粉质粘土、 粘土和粉细砂、 中粗砂。施工中, 地表层中含有大量的煤渣, 地基粘结力较差, 造成边坡不稳。 该堤基垂直防渗处理采用塑性砼防渗墙及高喷防渗墙。施工中由于地质原因( 5#9#闸段堤基有大量的淤泥层, 有的厚达3 m多) , 经设计修改高喷墙改为深沉搅拌桩。1999年12月开始施工, 3月15日全部完工, 完成塑性砼防渗墙7088m3,水泥搅拌桩1111根, 9000 m3。2. 主要施工参数 1) 防渗墙: 墙宽60cm, 抗压强度R28=45Mpa, 抗折强度 T281.5 Mpa,渗透系数Ki10-6cm/s, 允许渗透比降J80, 初始切线模量E0=500700Mpa。墙段之间套接。 2) 深层搅拌桩: 格栅式布置。深度11m, 双头搅拌, 固化剂使用425#普通硅酸盐水泥, 水泥掺量15%。五、 荆南长江干堤公安埠河至双石碑堤段深层搅拌桩施工简介1工程概况 荆南长江干堤公安埠河至双石碑堤段位于湖北省公安县境内, 为长江干堤级堤防。该河段具有高水位出现频繁、 持续时间长、 洪峰流量大等特点, 大堤长期处于高水位情况下, 堤身散浸、 堤基渗漏等险情较为严重。 本标段施工堤段全长10km, 防渗措施采取深层搅拌桩垂直截渗墙, 墙厚20cm, 防渗面积103021m2。固化剂使用425#普硅水泥, 水泥掺入比15%。设计要求水泥土单轴抗压强度不小于1.0Mpa, 渗透系数K510-7cm/s, 墙体偏斜不大于1.5%, 桩位偏差不大于50mm。 3月14日开工5月15日完工。2施工方案 该工程施工, 采用了3头、 双头、 单头深层搅拌机28台套设备。主要施工技术参数: 水灰比: 0.6:1(比重1.71g/cm3) 注浆流量: 3065L/min 搅拌转速: 3058r/min 喷浆提升速度: 0.61.0m/min 复搅提升速度: 0.51.0m/min 水泥掺入比: 15%( 土容重按1.68g/cm3计算) 每米水泥掺量: 单桩桩径500mm掺水泥50kg, 桩径450mm掺水泥40kg, 三头桩径500mm, 掺水泥150kg。6施工效果检查 经过钻孔取芯与挖桩检查, 施工效果良好, 防渗试验检查满足设计要求。六、 咸宁长江干堤邱家湾段防渗工程施工情况介绍1. 工程概况 咸宁长江干堤邱家湾段( 桩号321+000318+000) 处于湖北嘉鱼县境内, 位于长江中游南岸, 是长江干堤的历史老险段。本堤段全长6km, 设计采用垂直防渗墙对堤身、 堤基进行防渗处理, 有以下三种成墙方法: 1)深层搅拌成墙: 墙厚0.25m, 墙深712.1m2, 轴线长度4km, 设计工程量3.63万m2。2)薄形抓斗成墙: 墙厚0.3m, 墙深37.5m左右, 轴线长度0.95km, 设计工程量3.6万m2。3)高喷成墙: 墙厚0.150.2m, 墙深37.5m左右, 轴线长度1.05km, 设计工程量3.9万m2。2地质条件本堤段地层属于长江冲积平原I级阶地分布区, 堤身填筑土为自筑堤以来历年分期填筑、 加高培厚而成, 除上部约2.5m厚度范围内密实度较差外, 下部土体自身压实变形已基本完成, 堤身填筑土以粘土、 粉质壤土为主, 局部夹粉细砂、 砂壤土等。堤基土体具有二元结构, 上部由粘性土组成, 为粘土、 粉质粘土、 粉质壤土, 少部分为淤泥质粉质粘土; 下部由砂层组成, 为粉细砂及中细砂, 中粗砂含少量卵石。该堤段汛期洪水位高程30.6530.75m, 离堤顶高程约2m, 1999年曾发生了”天字第一号管涌”的险情。3. 几种主要施工设备的工效1)PH5型深搅桩机( 铁道部武汉工程机械研究所研制) 平均工效: 2100m2/台.月, 最大工效: 3600m2/台.月。2)GS5004或CYP型高喷机( 山东泰安水利机械厂制) 平均工效( 摆喷) : 2250m/台.月, 最大工效: 2800m/台.月。3)薄型抓斗 ( 1) 上海宝峨金泰GB24型液压抓斗 平均工效: 4000m2/台.月, 最大工效: 5400m2/台.月。 ( 2) 宝峨BS640型液压抓斗 平均工效: 5400m2/台.月, 最大工效: 6600m2/台.月。 ( 3) GDW3型钢丝绳抓斗( 张家口探矿机械厂生产) 平均工效: 1550m2/台.月, 最大工效 m2/台.月。4遇到问题的处理方法 1)深搅墙 深搅施工中遇到的主要问题是个别桩遇坚硬异物( 如块石等) 预搅下沉困难, 难于达到设计深度。 处理方法: ( 1) 坚硬异物埋藏较浅( 3m以内) 时, 采用人工或机械挖除后继续施工; ( 2) 坚硬异物埋藏深度大时, 则采用高喷灌浆处理。 2)高喷墙 高喷施工中遇到的主要问题是卡、 埋喷管, 主要原因: 钻孔缩径、 局部掉块、 钻孔太深、 喷管不直等。 采取的措施是: ( 1) 采用高固相泥浆造孔固壁; ( 2) 加大钻孔孔径( 最大孔径达150mm) , 缩小喷杆直径( 一般不超过110mm) ; ( 3) 加长单根喷杆长度( 一般不小于9m) 且必须保证喷杆直度。 3)薄形墙 ( 1) 粉细砂层造孔困难 孔深20m以下, 存在厚1215m的粉细砂层, 抓斗直接抓槽时进尺慢、 易坍孔、 孔斜难保证, 为此采用”两钻一抓”工艺代替”直接抓槽法”, 即抓孔前先打两边导孔至孔底, 再上抓斗沿导孔向下抓挖成槽。 ( 2) 接头处理 III期槽的连接, 原设计采用接头管法, 但由于槽孔太深, 此法成功率不高。实际施工中采用”双反弧法”, 当双反弧法难于保证接头质量时, 则用高喷法补救。5几点建议 1)深搅墙施工采用多头钻桩机, 机型还需进一步改进。 2)薄形抓斗成墙, 当墙深超过20m时, 钢丝绳抓斗成槽困难, 宜采用液压抓斗, 斗体自重宜大于7吨。七、 鄱阳湖区二期防洪工程丰城大联圩除险加固工程 1.工程概况 江西省丰城大联圩位于丰城市境内, 赣江下游右岸, 全长48.93km, 顶宽约6.0m, 高4.397.39 m。与赣东大堤共同保护着丰城的防洪安全。该圩堤建于六、 七十年代, 运行过程中, 在全长35.483km的圩堤共有14处出现渗水, 脱坡现象, 出险堤段长达4.6km, 占该段圩堤的13%, 严重威胁着丰城市的安全。 出险原因分析 1) 堤身填土不密实 圩堤修建过程中, 绝大部分堤身采用人工填筑而成。填筑时未进行分层碾压, 碾压不密实, 堤身填土松散。 2) 堤基清理不彻底 圩堤堤身有的原地面为稻田, 有的原地面有许多树木、 杂草及坟墓。堤身填筑之前, 对坟墓及树根等障碍物未进行彻底清除, 留下隐患。粘土灌浆施工过程中, 曾遇到许多坟墓, 吃浆量很大。 3) 穿堤建筑物与圩堤接合不良, 圩堤修建过程中以及修建完毕后, 兴建了许多穿堤建筑物。该建筑物修建时, 未采取有效的止水措施, 填土也未进行有效的碾压, 致使该建筑物与圩堤接合不良, 接合部位渗水。 4) 圩堤使用时间较长, 存在鼠、 蛇及白蚁洞穴, 形成了渗透通道。 为了彻底清除隐患, 确保圩堤正常运行, 设计要求对该段圩堤采取粘土灌浆的方法处理长度35.083km ,治理深度5.398.39m, 工程于1999年10月正式开工, 5月全线竣工, 完成锥孔数量70172个, 粘土灌浆451024m。2. 粘土灌浆施工方案采用ZK24型锥孔机锥孔, PN-3型搅浆机制浆, BW150型泥浆泵灌浆。粘土灌浆采用孔口循环、 孔内填充式方法施工。3. 施工效果 粘土灌浆施工前, 沿圩堤进行野外试坑渗水试验, 试坑位于圩堤内侧排孔轴线上, 间距1000m, 实测堤渗透系数为1.3310-3 7.9610-5cm/s。灌浆结束后, 在原试坑附近重新进行野外试坑渗水试验, 实测堤身渗透系数为1.510-62.910-7cm/s, 完全满足Kn10-6cm/s的设计防渗要求。 经过上述病库和堤防整治加固工程施工, 我们有以下几点体会和建议: 1. 深层搅拌桩截渗墙施工技术成墙效果好, 墙体均匀、 连续, 渗透系数K=10-610-7cm/s,抗压强度可达1.0Mpa以上, 渗透破坏比降200, 不需开槽或造孔, 不需泥浆固壁, 成墙厚度150300mm, 成墙最大深度可达20m, 适用地层范围广, 粘土、 砂土、 粉质土、 淤泥及直径小于0.05m的砂砾层, 施工工效高, 平均工效可达1320m/台时, 充分利用原土, 节约材料、 成墙成本低、 对周围环境无污染, 无振动、 无噪声、 无干扰。值得堤防工程施工推广, 但在设备性能上尚有欠缺, 比如成墙深度还可进一步研究, 拓宽其性能和适应性。 2高喷墙施工技术经过公安段和咸宁邱家湾工程施工效果检查, 防渗性能也比较理想。 3射水造墙工艺, 薄型冲击钻造孔在漳河水库副坝加固工程上进行了生产性试验, 获得了一定的经验。4抓斗成墙施工技术, 采用”两钻一抓”法施工工艺比较好。液压抓斗优于钢绳机械式抓斗, 斗体自重宜大于7t。5. 薄墙接头方式有待进一步完善。作者简介 焦家训 男 公司总工程师 高级工程师作者单位 葛洲坝基础工程有限公司 邮政编码 443002