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1、第五章 堤防垂直防渗与地基加固技术地基垂直防渗与地基加固技术较多，但在堤防加固工程中，比较适用的有灌浆技术、防渗墙技术、高压喷射注浆技术、深层搅拌法加固技术、振冲法加固技术等。第一节 垂直防渗与地基加固方法选择要点一、垂直防渗与地基加固方法选择的基本原则 在除险加固工程中，防渗与地基加固处理方案的选择，具体取决于以下诸方面。(1)功能性：必须满足工程目的和要求；(2)可实施性：方案的工程规模、有关参数和技术指标，在目前的技术水平条件下是可行的；(3)经济性：方案通过技术经济比较，投入产出分析，在满足功能性要求的前提下，工程费用较低，工程概预算能够承受；在确定采用后尚应采用先进技术，优化方案，合
2、理使用材料。(4)环境和安全性：避免工程污染环境或污染最小；能保障堤防结构和相邻建筑物安全，保证施工人员的安全。二、垂直防渗和地基加固方法与选择（一）垂直防渗方法的选择 1.垂直防渗方案的选择主要考虑适应工程性质、条件，可满足工程防渗目的和要求，有一定的防渗标准，工程费用较低等因素。防渗标准直接关系到堤防的安全性以及工程量、工程进度、造价等。 2.堤防垂直防渗是渗流控制处理的一部分，尽可能符合前堵后排的原则、堤身和堤基渗流控制措施统一考虑的原则。和渗流控制方案一起应在技术经济比较后确定。 3.堤身的垂直防渗处理 可采用截渗墙（薄防渗墙、定摆喷、板桩墙），劈裂灌浆等防渗体。在防渗体不能和地基防渗
3、措施统筹实施时，可考虑截渗墙方案。 4.堤基的垂直防渗处理 透水堤基垂直防渗处理可采用截水槽、截渗墙等作为防渗体。采用截水槽、截渗墙等防渗体时，材料可采用粘性土、土工膜、固化灰浆、水泥、水泥砂浆、混凝土、塑性混凝土、沥青混凝土、化学材料；施工可采用人工开挖、机械开挖、铺设、冲击钻、回转钻、抓斗、轮铣、射水、锯槽、斗式、多头钻、定摆喷、灌浆、板桩、搅拌桩等技术；其厚度和设置方式应满足材料允许渗透坡降要求；其防渗性能、效果应符合防渗要求和适应防渗体的布置。 对于截渗墙，关键是要采用薄墙和廉价的材料才能有效地减低工程造价。如采用射水、锯槽、链斗、多头搅拌桩、插板等薄墙成槽方式，并使用土工膜、塑性混凝
4、土、自凝灰浆、固化灰浆等作为墙体材料，其单价可在130250元/m2间。定摆喷、板桩墙、搅拌桩造价也较低，其单价在70350元/m2间。 对于砂卵砾石含量较高、粒径较大的地层，则应考虑冲击钻、回转钻、抓斗、轮铣等成槽方式的截渗墙，其单价可在200800元/m2间。根据堤防工程的特点，对该类地层险工段的防渗处理也可考虑单排灌浆帷幕防渗或劈裂灌浆，配合其它渗流控制措施可以达到一定的渗流控制标准，其单价可在50150元/m2间。 5.堤基防渗体应布置在临水堤脚或堤顶偏临水侧，并与堤身防渗体有效连接，且符合变形协调的要求。（二）地基加固方法的选择 1.首先应分析采用天然地基的可行性，如有可能应尽量采用
5、天然地基。 2.根据建筑物对地基的要求和地基条件，确定需要进行处理的范围和处理要求。 3.地基处理方法必须满足堤防对地基的设计要求，主要指天然地基经处理后应能达到的物理力学指标。 4.对天然地基的条件、处理要求、工程费用及材料来源等各方面进行综合考虑，以确定合适的地基处理方法。 5.地基处理方法原则上一定要技术上可靠、经济上合理，又能满足施工进度要求。通过分析比较可以采用一种处理方法，也可以采用由两种或两种以上的处理方法组成综合的处理方案。 6.注意节约能源，注意环境保护，避免因地基处理而对地面水和地下水产生污染，振动噪音等对周围环境产生不良影响。 （三）几种垂直防渗与地基加固方法的比较 垂直
6、防渗与地基加固的方法较多，但在堤防除险加固工程中，比较适用的有灌浆法、防渗墙法、高压喷射灌浆法、深层搅拌法和振冲法等几种，其中灌浆法、防渗墙法高压喷射灌浆法和深层搅拌法既可以做成防渗墙，处理地基渗漏问题，也可以用于地基加固。而振冲法、强夯法、排水固结法等可应用于新建或改建堤防工程中。几种垂直防渗与地基加固方法的特点及适用范围见表51。表51 几种主要垂直防渗与地基加固方法的比较加固方法特点和功能适用范围备注灌浆法适应性广，不受地基加固深度的限制。既可用于地基加固，又可用于砂砾石基础的防渗帷幕灌浆。砂砾石和湿陷性黄土地基。防渗墙法用于堤防的垂直防渗各类砂性土，粘土及湿陷性黄土等高压喷射注浆法用于
7、加固地基，采用定喷和摆喷法可组成防渗帷幕。各种粘性土、冲填土、粉细砂、砂砾石等基础处理。地下水流速过大，无填充物的岩溶地段以及永冻土层不宜采用。深层搅境拌法（水泥土加固法）用于加固地基，成桩深度30m，也可用于组成水泥土挡墙，形成隔水帷幕，成墙深度可达18m，造价低。各种粘性土，冲填土，砂性土性地基振冲法提高基础的抗滑稳定及抗震防液化能力。砂性土及粘性土地基加固。对饱和超软粘土（抗剪强度 17；粘粒（粒径小于0.005mm）含量不小于4050；粉粒（粒径0.0050.05mm）含量一般不多于4550；含砂量（0.050.25mm）不大于5。 粘土浆的结石强度和粘结力都比较低，抗渗压和冲蚀的能力
8、很弱，故仅在低水头的防渗工程上才考虑采用纯粘土浆灌浆。 在粘土浆液中，加入水玻璃溶液，可配制成粘土水玻璃浆液，水玻璃加量为粘土浆的10 15，浆液的凝结时间可缩短为几十秒至几十分，固结体渗透系数为10- 510- 6cm/s。 3.水泥粘土浆 水泥粘土浆是由水泥和粘土两种基本材料相混合所构成的浆液。水泥和粘土混合可以互相弥补缺点，构成性能较好的灌浆浆液。 水泥粘土浆液较单液水泥类浆液成本低，流动性、抗渗性好，结石率高，目前大坝的砂砾石基础的防渗灌浆帷幕，几乎都是采用水泥粘土浆灌注的。 4.水泥 水玻璃浆液 水泥 水玻璃浆液是以水泥和水玻璃溶液组成的一种灌浆材料。它克服了水泥浆液凝结时间过长的缺
9、点，水泥 水玻璃浆液的胶凝时间可以缩短到几十分钟，甚至数秒钟。可灌性比纯水泥浆也有所提高，尤其适合在动水状态下粗砂层地基的防渗加固处理。 5.水泥砂浆 在对较大缺陷的部位灌浆时，可采用水泥砂浆灌浆，一般要求砂的粒径不大于1.0mm,砂的细度模数不大于2。 在水泥砂浆中加入粘土，组成水泥粘土砂浆，水泥起固结强度作用，粘土起促进浆液的稳定作用，砂起填充空洞的作用。水泥粘土砂浆适用于静水头压力较大情况下的较大缺陷，大洞穴的充填灌浆。 6.水玻璃类浆液 水玻璃类浆液是由水玻璃溶液和相应的胶凝剂组成。灌入地层后，经过化学反应生成硅酸凝胶，在土（砂）的孔隙中充填，达到固结和防渗堵漏的目的。 水玻璃浆液的粘
10、度小，流动性好，在用水泥浆或粘土水泥浆难于处理的细砂层和粉砂层地基，可使用水玻璃浆液。 在堤防基础的加固及防渗处理施工中，浆液的可灌性是决定灌浆效果的最重要参数 堤基灌浆可以用下式评价其可灌性：M=D15/d85 (5-1)式中：M为灌入比；D15为受灌地层中15的颗粒小于该粒径(mm)；d85为灌注材料中85的颗粒小于该粒径(mm)。 M 15可灌注水泥浆；M 10可灌注水泥粘土浆。如可灌性不好，可采用水玻璃类浆液灌浆。几种灌浆材料的主要特点见表5 2表5 2 几种灌浆材料的主要特点名称主要特点适用范围备注水泥浆施工简单、方便；浆液凝结时间较长粗砂地基的防渗加固可灌性差粘土浆材料来源广，价廉
11、；强度低堤身的防渗加固水泥粘土浆价格低，使用方便。粗砂地基的防渗加固可灌性比水泥浆好水泥 水玻璃浆液施工要求高，浆液凝结时间短，且容易调节动水状态下粗砂地基的防渗加固在特殊情况下使用水泥砂浆强度高，价格便宜，但施工要求较高。较大缺陷的充填加固和防渗处理易沉淀，可灌性差，在特殊情况下使用。水玻璃浆液浆液粘度与水接近，可灌性好，但价格较高。细砂层和粉砂层地基的防渗加固在水泥等颗粒状浆液满足不了可灌性要求时采用 上述几种材料中，除水玻璃浆液外，价格都比较低，水玻璃浆液的价格比其它浆液的价格要高一些，工程多采用水泥浆和水泥粘土浆。对一些非均质的粉砂土地基还可以采用水泥和水玻璃浆液分别灌注的方法，达到复
12、合加固的目的。 水泥浆液只能灌入粗砂层，而对颗粒细、孔隙小、工程特征欠佳的粉砂土地基，水泥灌浆只能进入地基土体结构受到破坏而形成的空洞或裂缝中，起不到防渗灌浆的作用，难以提高地基的抗渗性能。而水玻璃浆液可以进入细砂层和细砂层的孔隙。 采用复合灌浆方法，可取长补短，先用水泥灌浆处理，使水泥浆液先行填充地基土体中大小不一的孔洞和裂隙，经48小时的沉淀和固化，然后对同一孔进行清孔，再灌注水玻璃浆液(如酸性水玻璃浆液)。这样既可以充分发挥水泥浆液强度高的特点，又可以充分利用水玻璃浆液的优点，提高注浆的效果。这种复合灌浆的方法，已在江苏丰县废黄河畔的范楼闸应用，粉砂土的渗透系数由2.7-4.710-4cm/s降至1.310-7cm/s以下。 三、灌浆工艺
