浅谈防渗技术在长江重要堤防隐蔽工程中的应用

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浅谈防渗技术在长江重要堤防隐蔽工程中的应用

山东茂隆新材料科技有限公司 2021-03-01 2752


 九八长江大洪水过后,国家投入巨资加强对以长江干堤为重点的防洪工程建设。目前,长江重要堤防工程中存在的问题,已达到基本治理,各项工程已全部完工,正在发挥着巨大的社会效益和经济效益。  本人作为项目总工先后参加了长江重要堤防隐蔽工程三个项目的全过程施工,分别是马鞍山江堤加固工程第二标段姑溪河堤防渗工程、武汉市长江干堤加固工程第一标段军山堤防渗工程及同马大堤加固工程第六标段复兴、合成圩段防渗工程。经过验收,三个工程均被评定为优良工程,目前已投入使用。在参加工程施工中,闲暇之余本人注意学习、了解了国内堤防防渗技术在长江堤防治理工程中的应用,现将了解到的堤防防渗技术在长江堤防中的应用情况作一介绍。

  一、长江堤防防渗技术的应用

  防渗墙作为一项防渗技术在水库大坝中早已应用,但在江、河、湖、泊的堤防加固中未曾应用过,主要原因首先是墙体太厚(>60cm),其次造价太高。随着社会的进步,科学技术的不断发展,按照堤防

由于防渗土工膜具有拉伸强度好,冲击强度高,防渗透、耐酸碱、耐热、耐候、耐磨等特性,防渗土工膜在沿海地区建筑行业得到大量的应用。同时也在江河堤坝、水库、引水隧道、公路、铁路、机场、地下、水下等工程广泛使用。土工膜已成为现代化国民经济建设的重要物资。并介绍有关防渗土工膜的生产技术。随着沿海地区经济建设的飞速发展,房地产开发渐升温,宾馆饭店、豪华住宅、写字办公楼鳞次栉比,层出不穷,海边新建的公寓、疗养院也为数不少。但由于沿海地区地势凹,地下水向上渗透。严重影响建筑施工。采用压延双向拉伸工艺生产的防渗土工膜,由于具有拉伸强度好、冲击强度高、防渗透、耐酸碱、耐热、耐候、耐脚损等特性,被用来阻隔地下水向上渗透。使其在建筑施工中得到人们的应用。施工单位根据建筑工地面积大小,将防渗土工膜用高频焊接或胶带粘合的方法粘成一体,铺在夯好的基础上,上面铺以沙土垫层,土工膜就被留在建筑基础下。从严格意义上讲。防渗土工膜的质量会影响到建筑物的施工质量。

防渗技术的要求及考虑堤防渗流的特点,薄壁防渗墙(厚≤30cm)施工技术诞生了,并从98年起在长江重要堤防隐蔽工程建设中得到了广泛应用并得以不断提高和完善。按照成墙方式的不同,可分为开槽置换法、深层搅拌法、高压喷射法和振动挤压法4种工法。

  1、开槽置换法  (1)抓斗工法  薄型抓斗技术由中国水利水电基础工程局开发研制成功。抓斗斗体厚0.3~0.5m不等,斗体开度一般为2.5m,高6~7m,重6~7t。按工作原理抓斗斗体可分液压式和机械式两种,液压式在土、砂地层中工效较高,机械式可进行冲抓作业,多应用于卵石和软岩地层中。抓斗主机一般采用进口或国产的专用设备,德国的宝峨和利勃海尔、意大利土力、日本真砂以及中国抚顺挖掘机厂的设备在隐蔽工程施工中都应用过。薄型抓斗成墙最大深度可达40m,其工效一般在100~150m2/台。d,但若遇密实粉细砂工效仅50m2/台。对于较深的墙体,抓斗的效率明显降低,且设备故障率提高,最大故障为斗体掉在基础砂层内不容易打捞。抓斗设备价格较高,因此造墙单价也相对增加了。在堤防隐蔽工程施工中,抓斗工法多用于深度大于20m的防渗墙施工,浅墙则因其造价高而不具竞争力。 (2)射水工法   射水技术是福建省水科所1996年开发成功的,目前已改进至第三代,最大深度可达30m。它的工作原理是利用主机上的水泵和成型器中的高压射水装置形成高速射流破坏土体结构。通过正循环系统使泥沙混合体溢出地面,同时利用卷扬机操作成型器反复上下冲击运动挤压形成槽孔,成孔后采用常规水下混凝土浇筑法浇筑。其成型槽孔厚为22~45cm。射水法通常适用于砂层及含砾较少且粒径不大的砂砾石层。在同马大堤加固工程施工中,射水穿过了9.1m的砂卵石层(粒径大于10mm含量达30%)并成功造墙。射水法工效及造价与抓斗法相比略低。 在工程质量上,这两种造墙质量一般都可得到保证,但从施工工艺来看,因采取Ⅰ序槽、Ⅱ序槽的施工程序,因此不可避免地存在接缝,接缝质量的好坏将直接影响墙体质量,在施工中必须多加重视。 (3)、锯槽工法   锯槽法工艺由新乡市黄河工程公司与河南黄河河务局共同研制开发的成墙技术,最先在黄河堤防防渗工程中使用,1998年首次被引入长江堤防建设。锯槽机由液压缸产生动力,带动装有切削刀排的刀杆作上下往复运动,被切削掉的土体沉渣落入槽底后,由反循环排渣系统排出槽孔,施工中使用一定浓度的泥浆固壁,开槽机连续不断地沿墙体轴线作业前移,直到墙体末端,从而形成一个规则连续的长形槽孔。根据工程设计与要求,使用不同长度、宽度的刀排,即可开出不同长度、宽度的槽孔。在槽内充填不同的墙体材料,即形成不同抗压强度、抗渗系数的薄壁连续防渗墙,以达到防渗、封堵空洞、裂缝等隐患险点消除的目的。锯槽法优点在于可实现真正意义上的连续开槽,成槽质量好,但在浇筑混凝土时仍需进行隔离以分割槽段。隔离方法有刚性隔离及土工布袋隔离两种,但在长江堤防隐蔽工程中多用后者,不仅施工方便、造价便宜,而且质量也有保证。锯槽法造价和射水法基本一致,但工效较低,对粘性较大的土层工效更低;若遇砂卵石层或溃口段等部位,锯槽难以进行。锯槽法在黄河下游堤防荆隆宫截渗墙工程施工中,极限深度可达45m,在长江堤防工程中,墙深一般在25m以内,墙厚0.22~0.4m。 (4)气举(导管)反循环工法   气举反循环工法由天津深基工程有限公司研制开发的。该工法所用设备的主要部分由喷导管及以该管为导向滑道的一对潜水钻(或冲击钻)组成。喷导管外径同槽厚或略小,长度略大于槽深。施工时将喷导管插入导孔内,其下端为土、石入口,上端露出地面为喷出口,利用空压机向管底输送高压空气,所产生的入口与喷口间的巨大压差可将含有土、石的泥浆喷出地面。随着潜水钻不断切削土层并喷出地面,喷导管亦可平行移位,如此反复。气举反循环工法也可实现真正的连续成槽,且适用砂卵石等多种地层。其成槽深度与抓斗相同,但工效更高。该工法所用设备简单,这有利于降低造价。在安徽无为大堤、湖北咸宁长江干堤试验约5000m2防渗墙,取得了良好效果。

2、深层搅拌工法   深层搅拌工法是由淮委与铁道部武汉工程机械厂率先开发成功。多头小直径深层搅拌桩是在搅头刀具快速旋转的条件下,土体在原处被破坏、粉碎并通过钻进和提升靠高压输浆系统经过输浆管、钻杆、钻头喷入土层搅拌均匀后形成防渗墙。在钻进和提升的同时,水泥浆液体和原地土充分拌和后,完成第一组的施工(一组一般为3~6棵桩)。当进行第二组桩施工时,主机向前移动,使第二组桩与第一组桩相割搭接之后(相割长度可按半孔)。重复上述第一组施工过程,照此进行第三组施工。三组桩施工完成后,即9~18棵桩连接成墙,为一个单元工程。本工法可在堤顶或堤脚同时采用,但截渗深度不宜超过15m。深层搅拌法在提高地基承载力方面已有较长历史,在长江重要堤防建设中得到大力推广应用,其成墙面积约占防渗墙总面积的2/3。 深层搅拌法在进入长江堤防工程之初为“三头搅”,造墙深度一般控制在13~15m,墙厚15~20cm。通过在长江堤防工程中的应用,该项技术得到了发展与完善,其最大墙深已达22m,厚20~30cm;搅拌机具也由3头发展到4头、5头、6头。6头搅拌采用6头联动,减少墙体接头达5/6,大大提高了墙体的连续性、完整性;注浆控制系统采用多管分别计量,提高了精度,从而保证了墙体质量。深层搅拌的工效随不同土性变化较大,实际实施中为45~200m2/台.班。 深层搅拌法的最大优点是成墙造价低、设备轻便,对深度小于20m的防渗墙该法具有较强的竞争力。 但深搅法目前存在的主要问题是,设计只提供一种地质水泥土防渗墙参数指标,施工也是用同一机具一套施工工艺,而实际施工可能要穿过不同土层并形成水泥土防渗墙。显然,相对不同土层部位墙体的性状是不一样的。由于只有一种地质设计指标,这就给质量检测与评价带来困难。

3、振动挤压工法 挤压法就是在振动锤的击打下将板桩或模板挤压到土体中,起拔时形成空间并同时注入浆体(水泥浆或其他防渗材料)。 挤压法的墙较薄,一般为15cm,而超薄防渗墙厚仅7.5cm。此类工法在长江堤防中应用极少,为了检验这一工法的可靠性,经水利部批准,长江建管局在洪湖监利长江干堤进行了试验,经过测评认为,在长江堤防防渗工程中应用。最大深度可达25m。

4、高压喷射工法  高压摆喷是使用分别输送水、气、浆液三种介质的三重管通过已成钻孔伸入土体内,水、气沿一定方向同时喷射切割土体,浆液及时填充而形成墙体的过程。  其原理是利用高压泵和直径1.8毫米高耐磨喷嘴,产生大于38Mpa的高压水射流,环绕一股0.7 Mpa的圆筒状气流共同切割土体,形成较大的空隙;泥浆泵连续注入一定比重的浆液,喷射管按一定角度摆动和一定速度提升;注入的浆液经析水凝固后形成一块完整的板墙,多块板墙折线连接共同构成一道防渗帷幕,达到止水防渗的目的。  由于高压喷射法造价较高,在堤防工程中应用比较少,在处理堤身与穿堤建筑物的连接部位、老溃口段及施工场地狭小地段时应用较多。


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