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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个项目。在工程施工过
2、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
3、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 2000年11月
4、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，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
5、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
6、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
7、.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
8、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
9、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
10、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
11、，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
12、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
13、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。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
14、。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 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
15、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
