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1、垂直防渗技术综述焦家训摘 要 通过 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。19982000 年，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
2、 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
3、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 5
4、3585m2。本工程合同工期为 1998 年 11 月 30 日 2000 年 11 月 30 日，因实际施工困难，进展缓慢，根据 2000 年 2 月 13 日水利部召开的“黄壁庄工程专题会议”精神，业主于 2000 年 2 月决定将原工期推后一年至 2001 年 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，
5、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
6、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。通过摸索，改善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
7、位于湖北省荆门市， 2000 年 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。通过生产性试验，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，其他地
8、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
9、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
10、，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，该仪器能够通过显示器显示施工过程中钻头所处的深度，单位
11、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
12、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 m 3。2. 主要施工参数1） 防渗墙：墙宽 60cm，抗压强度 R28=45Mp
13、a，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
14、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。2000 年 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 5
15、00mm 掺水泥 50kg，桩径 450mm 掺水泥 40kg，三头桩径 500mm，掺水泥 150kg。6施工效果检查通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 712.1m 2，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
16、 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（
