垂直铺塑及小口径搅拌桩截渗墙技术的应用

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁西部探矿工程

WEST-CHINAEXPLORATIONENGINEERING

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁May2002

文章编号:1004󰀁5716(2002)增刊(001)󰀁42󰀁03

中图分类号:TV543󰀁83󰀁文献标识码:B

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垂直铺塑及小口径搅拌桩截渗墙技术的应用

胡宪州,王󰀁剑,徐永江,赵玉权

(辽宁华燕基础处理公司,辽宁沈阳110006)

摘󰀁要:针对辽河干流防洪应急工程索龙岗至范河口段堤坝基础及盘锦市南堤北移工程软弱地基的地质情况,经过对施工技术、成本、进度、环境的综合比较分析评价,工程采用垂直铺塑与小口径搅拌桩截渗墙技术相结合的处理方法,解决堤坝基础渗漏问题。工程竣工后,经质量检查、检测防渗墙质量优良,达到设计要求。关键词:坝基防渗处理;垂直防渗;垂直铺塑;小口径搅拌桩截渗墙󰀁󰀁我国江河堤防很多,每当洪水来临,常因堤基、堤身渗漏和管涌而酿成灾害,选择合适的防渗技术来切断或减少渗流,对堤防的安全渡汛是至关重要的。

堤防垂直防渗是渗流控制处理的一部分,应尽量符合前堵

后排的原则,堤基防渗体,应布置在临水堤脚或堤顶偏临水侧,与堤身防渗体有效连接,并应符合变形协调的原则。地基防渗处理方法,原则上要技术可靠,经济合理,并能满足施工进度的要求。通过比较分析,可采用一种或两种以上的综合处理方法。对透水地基可采用截水槽、截渗墙等作为防渗体,其材料可采用粘性土、土工膜、水泥、水泥砂浆、混凝土等;施工方法可采用薄膜防渗、定摆喷防渗、板桩防渗、小口径搅拌桩防渗等技术。其中垂直铺塑以其施工技术可靠,施工成本低,施工效率较高(一般为250~450m󰀁d)等优点,在很多工程中常被设计采用。但应用中存在的一些问题亦很明显,如施工中开槽,特别对细砂、砾石层,泥浆护

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了一套比较完整的基础防渗技术,并广泛应用到工程实践中,到目前为止已完成了6个工程项目,总面积>12󰀁104m2,取得了满意的效果。

现就该项技术在辽河干流防洪应急工程索龙岗至范河口段

堤坝基础防渗工程中的应用阐述如下:1󰀁工程概况

辽河干流防洪应急工程索龙岗至范河口段堤坝位于辽宁省铁岭县新台子镇境内,辽河干流左岸,珠尔山北侧为起点,终至范河口,长6.85km。由于辽河干流防洪应急工程主要是在原辽河大堤的基础上加高培厚形成均质土坝提高防洪标准,而原辽河大堤本工程堤段在1995年、1998年汛期曾发生过管涌,因此要求本项工程必须对堤坝基础进行防渗处理。

工程施工地段为辽河左岸冲洪积的高漫滩及一级阶地上,坝基自上而下地层岩性为:

第(1)层粉质粘土:该层为堤基,呈黄褐色,湿,可塑状态,中压缩性。层厚0~1.5m。

第(2)层粉砂:呈灰、黄褐色,饱和,松散状态。层厚0.6~2.1m。

壁无法进行,易引起基槽塌孔及地形急转弯段无法开槽等,而采用小口径搅拌桩截渗墙技术作为补充则会达到理想的效果。辽宁华燕基础处理公司近年来把垂直铺塑与小口径搅拌桩截渗墙技术有机结合,根据不同工程特点,灵活运用薄墙工艺方法,形成

󰀁󰀁这是因为土钉自身强度和刚度以及它在土体内的空间分布作用形成的,对制约土体变形,增强复合土体整体性与稳定性发挥了作用。

4.2.2󰀁土钉分担荷载作用

当土体进入塑性状态后,应力逐渐向土钉转移,此时土钉分担了土体很大一部分压力,从而延缓复合土体塑性区的发展及渐进开裂面的出现。

4.2.3󰀁土钉的应力传递与扩散作用

通过试验资料表明,依靠土钉与土体的相互作用,土钉将所承受荷载通过土钉向土体深层传递及周围扩散,从而降低复合土体的应力水平,改善变形性能,提高了土钉墙支护技术的抗破坏能力。

4.2.4󰀁土钉对面层的约束作用

土钉使面层与土体紧密接触,从而使面层能够约束与限制土体的侧向鼓胀变形量与开裂面的发展程度,即有效地限制了边坡侧向变形。5󰀁结束语

(1)本工程支护施工只用了10d时间,从基坑支护完毕到基础结构两层出地面及防水和回填土方施工结束,历时4个多月,其间受到多次雨雪侵袭,经监测未发生异常情况,基坑稳定安全,效果良好,受到了业主、监理等各方面的肯定和好评。

(2)实践证明,土钉墙支护技术是一项值得推广应用的深基坑支护新技术。但是,由于建筑工程基坑支护结构大多为临时性结构,其有效使用期一般在3~6个月左右,容易忽视它的重要性,往往把它看做施工临时措施,而不能严格按设计和施工规范进行施工,可一旦出现问题,处理起来十分困难,必须严肃对待。

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2002年增刊(001)

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁胡宪州,王󰀁剑,徐永江,赵玉权:垂直铺塑及小口径搅拌桩截渗墙技术的应用

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󰀁󰀁第(3)层粉土:呈灰色,饱和,松散状态。最大厚度为5.6m。

第(4)层细砂:呈黄褐色,饱和,松散状态。最大厚度为5.3m。

第(5)层中砂:呈黄褐色,饱和,松散~稍密状态。最大厚度为6.2m。

第(6)层粗砂:黄褐色,饱和,稍密状态。厚度为5.3m。第(7)层砾砂:黄褐色,饱和,稍密状态。厚度为1.3m。第(8)层粘土;黄色,湿,硬塑状。2󰀁主要设计指标

针对不同地形、地质条件,本项工程设计采用垂直铺塑和小口径搅拌桩截渗墙两种截渗技术进行垂直防渗,防渗线布置在堤坝迎水坡坡脚外󰀁2.8m处,防渗体插入基础弱透水层。2.1󰀁垂直铺塑的主要设计要求

(1)垂直铺塑施工所用土工膜为LDPE膜;膜厚度为0.5mm;极限抗拉强度󰀁140MPa;极限伸长率󰀁500%;渗透系数󰀁1󰀁10-13cm󰀁s。

(2)开槽中心线与防渗线水平偏差󰀁󰀂10cm,槽壁基本垂直。

(3)成槽深度大于设计防渗深度10cm。

(4)膜与膜之间宽度搭接󰀁1.5m,土工膜与搅拌桩之间搭接宽度󰀁2.0m。

2.2󰀁搅拌桩截渗墙的主要设计要求

(1)采用425#普通硅酸水泥为固化剂。

(2)水泥掺入比不低于自然土体重量的18%,水灰比根据防渗和强度要求通过试验确定(设计参考值为1.3󰀁1)。

(3)搅拌桩施工相邻桩施工间歇󰀁24h,墙体的有效厚度󰀁240mm。

(4)墙体的垂直度误差󰀁H󰀁300,中心线允许误差为󰀁10cm。(5)墙体的渗透系数󰀁1󰀁10-7cm󰀁s,抗压强度󰀁1.0MPa。3󰀁垂直铺塑防渗施工

垂直铺塑可采用链斗式开槽机(以下简称链槽机)和往复式锯槽机(以下简称锯槽机)进行施工,该两种设备的工作原理、设备性能及适用地层、施工方法如下:3.1󰀁工作原理

链槽机是一种开沟造槽的专用设备,广泛应用于垂直铺塑工程、地下混凝土连续墙工程。其工作原理是:利用设置在前轨道车上的减速机总承,带动链条沿专用臂杆转动。利用链条上配备的链斗切割土体,并将其带出地面,形成一定宽度和深度的沟槽。同时向槽内注入泥浆保持槽壁稳定和链条润滑。沟槽形成后,在槽内设置塑膜,形成了以塑膜为主体的防渗帷幕。

锯槽机主要由减速机带动曲轴式刀杆往复运动。另由泥浆泵通过水力冲切和反循环泵把切下的泥沙排出槽外,逐渐把刀杆下到设计深度,然后由牵引减速机牵引前进以形成沟槽,再由下膜机把防渗膜放置槽底,随铺塑机前移形成防渗帷幕。3.2󰀁设备性能及适用地层

链槽机开槽最大深度15m,开槽宽度22~28cm,日铺塑面积250~400m2󰀁d;适用于地质为粉质粘土、粗细砂土及砂砾石层。设备总功率为65kW,其中主机22kW,砂石泵11kW,提升机7.5kW,其它13.5kW,配套设备有75kW的发电机组。锯槽机开槽宽度30cm,最大开槽深度18m,最大转弯半径150󰀁。日铺塑面积350m2󰀁d;适用于地层为粉质粘土、粗细砂土及直径󰀁5cm的砂砾石层。设备总功率为77kW,其中主机35kW,砂石泵11kW,提升机7.5kW,其它23.5kW,配套设备有90kW的发电机组。3.3󰀁铺塑防渗施工方法3.3.1󰀁工艺流程(见图1、图2)

图2󰀁锯槽机铺塑施工工艺流程图

3.3.2󰀁施工步骤

3.3.2.1󰀁轨道铺设机械安装

施工场地平整压实后,沿防渗开槽中心线,铺设轨道在中心线两侧,间距2.23m。组装机械,作好施工前的一切准备。3.3.2.2󰀁开槽

链槽机开槽,槽深7.5~10.5m,宽250~300mm。开槽时保证垂直,水平方向连续行走,槽纵向平面轴线偏差󰀁󰀂10cm,开槽深度大于设计深度10~20cm。

3.3.2.3󰀁泥浆护壁

开槽的同时必须用泥浆护壁。泥浆机制浆,泥浆配比根据具体地层来确定,一般为膨润土󰀁水󰀁工业碱=1󰀁1󰀁(0.01~0.005),比重在1.1~1.2范围内。工业碱的投入量根据地层变化情况适当调整。漏浆严重的地层可加入黄土来调整泥浆的浓度。槽内浆面不低于槽口10cm,浆液也不能溢出槽口。3.3.2.4󰀁锤击超径卵石

在开槽深度范围内,若遇到超径卵石时,应用重锤将其击碎挖出,或旁挤,浅部超径卵石亦可采用挖除的办法解决,确保开槽深度达到设计要求。3.3.2.5󰀁铺设土工膜

铺设土工膜之前,监理人先验槽,达到设计要求后铺膜。铺膜采用铺膜装置,紧贴槽的背水侧缓缓的置放至槽底。根据置膜机的形式,可采用垂直置膜,亦可采用水平方向连续置膜,两幅膜之间搭接按顺水流方向进行,后一幅膜在前一幅膜的内侧,搭接宽度按设计要求为1.50m。

两幅膜之间也可采用缝合的办法进行搭接,其折叠宽度󰀁10cm。

3.3.2.6󰀁槽内回填

链条机开槽后土工膜按要求铺入槽内后及时由后向前(设

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西󰀁部󰀁探󰀁矿󰀁工󰀁程󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

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备前进方向)进行回填,填土在槽的迎水面进行。锯槽机用反循环泵在施工中边铺膜边回填,土工膜入槽后及时由后向前(设备前进方向)进行,无回填间隔时间。经7~15d后,及时往槽内补充回填土并夯实。多余部分的土工膜(1.0m)不得外露,将其卷成圆筒状,埋在槽内10cm以下保存,便于日后与堤坝连接。4󰀁搅拌桩截渗墙施工方法4.1󰀁加固机理

搅拌桩截渗墙以水泥浆作为固化剂,采用泥浆泵将水泥浆由高压输浆管输进钻杆,经钻头喷入土体中,将土体和固化剂强制拌合,水泥浆和土和固化过程有以下物理化学反应:󰀁水泥的水解水化反应;󰀁离子交换与团粒化反应;󰀁硬凝反应;󰀁碳酸化反应。通过所产生的一系列物理、化学反应,使土体硬结成有良好整体性、稳定性、不透水性并具有一定强度的水泥土截渗墙。4.2󰀁设备选择

施工中使用单头和三头小直径搅拌桩机。搅拌桩机钻头直径:300、400、500mm;成墙厚度:240~500mm。施工的机具和设备由主机、灰浆拌制机、集料斗、泥浆泵及输浆管路组成。4.3󰀁工艺特点

(1)施工不用开槽,直接成桩;(2)施工成本低,速度快;

(3)无噪音,无污染;

(4)墙体厚度均匀,连续渗透系数K<1󰀁10-7cm󰀁s,强度一般>1.0MPa。4.4󰀁施工步骤

施工场地平整压实后,确定水泥土截渗墙防渗中心线,组装机械,作好施工前的一切准备。

(1)制浆站按照经现场试验后确定的水灰比(一般在1.1󰀁1~1.5󰀁1之间)配制并拌制水泥浆,水泥浆应随配随用;

(2)用泵把配制好的水泥浆输送到储浆罐,同时水泵把清水输送到储水罐;

(3)桩机就位并调平;

(4)从设计桩顶标高处边搅拌边注浆下沉至设计桩底标高,然后搅拌提升至设计桩顶标高处,以地面微微泛浆为准;

(5)关闭搅拌机械,完成一施工过程;

(6)油压调距向前移动100mm(单头)或150mm(三头),然后微调平重复(1)~(5)过程;

(7)再次实施(6)过程,完成一个单元墙的施工;

(8)向前水平移动,移支底盘对桩位,使第一个桩和上单元最后一个桩搭接100mm(单头)或150mm(三头),调平重复上述步骤。

5󰀁施工质量检查检测

5.1󰀁垂直铺塑施工质量检查检测

工程共对土工膜进行了三个批次的质量检测,每次均在使用前进行,由监理工程师在施工现场随机抽取一块1󰀁2m试样,送到辽宁省水利水电工程质量检测中心土工建材实验室检测,在检测结果均满足了设计要求的土工膜物理力学指标和水力学特性后,方可在施工中使用。工程三次检测结果均合格。

垂直铺塑施工实行现场签证单制度,在机械开槽达到设计

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深度后,经监理工程师检测槽深和搭接宽度,检查合格并由监理工程师现场签证后,方可进行下道工序施工。施工质量达到了设计要求。

5.2󰀁水泥土截渗墙施工质量检查检测5.2.1󰀁截渗墙施工质量检查检测的设计要求

(1)钻孔取芯检查:在施工28d后,采用钻机取样检验水泥土的单轴抗压强度、渗透系数及芯样完整性。钻孔回填用水泥砂浆封孔。

(2)开挖检查:沿堤线每隔0.5km开挖一处,每处长10m,深2~4m。可见墙体外观质量好、墙体连续、薄厚均匀,无蜂窝、孔洞;防渗墙厚度、搭接质量、垂直度满足设计要求。

5.2.2󰀁搅拌桩截渗墙施工质量检查检测结论

搅拌桩截渗墙体经过开挖检查及检查孔室内外检测,得出以下结论:

(1)截渗墙体外观质量好,无蜂窝孔洞及夹层;

(2)截渗墙体垂直、连续、搭接满足设计要求,墙厚>240mm;

(3)检查孔岩芯取获率>85%,证明桩体完整性较好;

(4)检查孔野外注水试验,渗透系数均满足󰀁1󰀁10-7cm󰀁s的设计要求;

(5)对检查孔岩芯进行室内抗压强度和渗透系数试验,最小抗压强度为1.3MPa,最大渗透系数为1.1󰀁10-7cm󰀁s,满足设计要求。

综上所述搅拌桩截渗墙满足本项工程防渗设计要求。6󰀁结束语

辽河干流防洪应急工程索龙岗至范河口段堤坝基础防渗处理是非常成功的,垂直铺塑与小口径水泥土截渗墙防渗技术的联合应用,不但克服了堤防基础防渗施工线路长,地形、地层条件变化大的困难,并且以其施工技术先进、工艺简单、效率高、造价低、质量可靠、无污染等优点,显示了广阔的发展前景和推广价值。笔者认为,以下意见在施工中是值得借鉴和注意的。

(1)对垂直防渗施工,施工单位可在开工前进行必要的工程地质及水文地质条件勘察,勘察可在具有代表性的地段上取芯来认定,以便在施工中把不同类型的设备布置在其性能适应的地段上,以保证施工进度及施工质量。

(2)垂直铺塑施工,置膜方式以水平连续置膜为宜,以便减少膜间搭接次数和提高铺塑质量。

(3)锯槽机的转弯性能优于链条机,对弯段较多堤段的垂直铺塑施工可优先考虑。

(4)垂直铺塑施工应使用反循环制浆系统,以便保证和提高槽内泥浆浓度。

(5)多头小直径搅拌桩机,由于不需要开槽,且转弯能力强,因此,可避免混凝土截渗墙和垂直铺塑因开槽出现的塌孔、无法成槽等问题。

(6)截渗墙成墙造价是高喷的1󰀁3,且水泥土造墙需要的材料是水泥和水,取材方便,并充分利用原状土,节省材料,对水泥无特殊要求。