水泥土防滲墻在堤防加固工程中的應(yīng)用

王 勇

摘要:防滲墻技術(shù)是堤防加固的一項(xiàng)重要措施,取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文分析了水泥土防滲墻技術(shù)原理、施工工藝、施工質(zhì)量控制,證明水泥土防滲墻技術(shù)在堤防加固工程中資的推廣應(yīng)用,應(yīng)優(yōu)先采用。

關(guān)鍵詞:水泥土;防滲墻;堤防加固

1 前言

根據(jù)我國(guó)堤防加固工程實(shí)際情況,經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐和觀測(cè),摸索出了一套行之有效的堤防加固措施。積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。如放淤固堤加固、防滲墻加固等,本文分析了我國(guó)堤防工程中存在的主要問(wèn)題,并對(duì)水泥土防滲墻技術(shù)的應(yīng)用與研究進(jìn)行初步探討。

2 我國(guó)堤防工程中存在的主要問(wèn)題

2.1 堤基復(fù)雜

許多河流歷史上決口改道頻繁,造成大堤基礎(chǔ)復(fù)雜多樣,由于在堵口時(shí)將大量的秸料、木樁、磚石料物等埋于堤身下部,形成了強(qiáng)透水層,一旦遇洪水期高水位時(shí),極易形成滲水通道,威脅堤防安全。

2.2 堤身質(zhì)量差

許多堤防是在原民埝的基礎(chǔ)上逐步加高培厚修筑的,受當(dāng)時(shí)的技術(shù)、施備、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)環(huán)境條件等多因素的限制。普遍存在用料不當(dāng)、壓實(shí)度不足等問(wèn)題。根據(jù)堤身取樣分析,干密度小于1.5t/m3的土樣占總數(shù)的52%-81%。此外,還存在裂隙多、獾狐洞穴及空洞多的問(wèn)題。

2.3 堤身斷面單薄

許多河流隨著河床的淤積抬高,兩岸堤防隨之加高后堤防斷面更顯得薄弱偏小。很多堤段不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)浸潤(rùn)線平均比降平工段1:8,有些堤段出逸點(diǎn)高于地面達(dá)4m以上。

2.4 滲流穩(wěn)定不滿(mǎn)足要求

在近年來(lái)的堤防加固工程設(shè)計(jì)中,進(jìn)行了大量的滲流分析。結(jié)果表明:許多現(xiàn)狀堤防最大滲透坡降一般為0.3-0.4,出逸高度一般為1.5-3m,根據(jù)堤基、堤身土質(zhì)分析,其允許滲透坡降一般在0.25左右,難以滿(mǎn)足堤身、堤基滲流穩(wěn)定要求。因此,為了確保河流下游防洪安全,必須對(duì)堤防進(jìn)行加固。

3 水泥土防滲墻技術(shù)原理

多頭小直徑深層攪拌防滲技術(shù)運(yùn)用特制的多頭小直徑深層攪拌樁機(jī)把水泥漿噴人土體并攪拌形成水泥土墻,用水泥土墻作為防滲墻達(dá)到截滲目的。

3.1 水泥土的固化機(jī)理

土體中噴入水泥漿經(jīng)攪拌使水泥和土發(fā)生一系列的物理-化學(xué)反應(yīng):①水泥的水解和水化反應(yīng);②離子交換與團(tuán)?；磻?yīng);③硬凝反應(yīng);④碳酸化反應(yīng)。水化反應(yīng)減少了軟土中的含水量,增加顆粒之間的粘結(jié)力;離子交換與團(tuán)粒化作用可以形成堅(jiān)固的聯(lián)合體;硬凝反應(yīng)又能增加水泥土的強(qiáng)度和足夠的水穩(wěn)定性;碳酸化反應(yīng)還能進(jìn)一步提高水泥土的強(qiáng)度。

3.2 防滲墻成墻原理

防滲墻成墻方法是用雙動(dòng)力多頭深層攪拌樁機(jī),通過(guò)主機(jī)的雙驅(qū)動(dòng)力裝置,帶動(dòng)主機(jī)的鉆頭,鉆至設(shè)計(jì)深度,然后隨攪拌隨提升鉆頭至孔口,在上述鉆進(jìn)及提升的同時(shí),注入水泥漿,水泥漿與原土充分拌和。連續(xù)并縱移樁機(jī),多次重復(fù)上述過(guò)程,形成一道水泥土防滲墻。水泥土防滲墻具有整體性、連續(xù)性、穩(wěn)定性、不透水性等優(yōu)點(diǎn),且可改善堤身的性能。由于施工中不需要開(kāi)槽,其適用土層范圍較廣,如粘土、砂土、粉質(zhì)粘土、淤泥,甚至有架空或洞穴地層,并可用于汛期施工。

4 防滲性能指標(biāo)

設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的防滲指標(biāo)主要有:滲透累敷(K)、破壞比降、抗壓強(qiáng)度CRL、變形模量等。

4.1 滲透系數(shù)(K)

堤防防滲墻的目的主要是防止管涌等較嚴(yán)重的滲水,保證大堤安全。滲透系數(shù)達(dá)到10-5cm/s,已是微透水。這樣的滲量很難破壞大堤。因此滲透系數(shù)不必要求過(guò)小,小于10-5cm/s即可。

4.2破壞比降

破壞比降反映了水泥土的抗?jié)B能力。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)江、淮河,松花江等多項(xiàng)工程取樣試驗(yàn),當(dāng)水泥摻入比8%叫5%。28天齡期時(shí),水泥土的破壞比降均大于300。到目前為止。筆者還沒(méi)有得到真正破壞時(shí)的破壞比降。安徽省水科院曾做到500未能真正破壞,因此建議設(shè)計(jì)取用允許比降時(shí)不應(yīng)太低。-般來(lái)說(shuō)可取100以上。

4.3抗壓強(qiáng)度限(R)

水泥土抗壓強(qiáng)度在防滲工程中不是控制指標(biāo),在設(shè)計(jì)時(shí)不必過(guò)于苛求,但由于其是反映水泥土特性的重要指標(biāo),因此在應(yīng)用中不可忽視。水泥土強(qiáng)度隨被加固土質(zhì)的不同有較大差異。經(jīng)過(guò)多項(xiàng)工程實(shí)踐表明:在水泥摻人比12%時(shí),水泥土90天抗壓強(qiáng)度,砂土中可達(dá)到3.0Mpa以上,粘性土中可達(dá)1.0Mpa以上,淤泥質(zhì)土中可在0.5Mpa以上,一般均大于老粘土的強(qiáng)度。

4.4變形模量(E)

堤防防滲墻往往很長(zhǎng),而且土層變化大,要求墻體適應(yīng)變形的能力強(qiáng),因此希望變形模量盡量小,土質(zhì)。水泥摻人量以及攪拌的均勻程度。對(duì)變形模量影響很大,筆者曾測(cè)定過(guò)少量水泥土樣晶的變形模量,其值為當(dāng)A×102-A×104Mpa(1104Mpa時(shí)其結(jié)果并不令人滿(mǎn)意。經(jīng)分析,變形模量隨抗壓強(qiáng)度的提高麗增大,一般為抗壓強(qiáng)度的100-500倍。

考慮到堤防防滲水頭不高(一般不超10m),墻體長(zhǎng)一般都在1.0km以上,高水位持續(xù)時(shí)間短(一般不超過(guò)一個(gè)月),且置于堤身或堤腳土層中等特點(diǎn),建議設(shè)計(jì)要求的滲透系敷不必過(guò)小,允許比降取用不必太保守,抗壓強(qiáng)度不宜過(guò)大,變形模量應(yīng)盡量降低。

5 施工質(zhì)量控制

5.1 輸漿量

在了解了水泥土防滲墻的加固機(jī)理以后,輸漿量的控制應(yīng)較容易解決。理論上講應(yīng)使水泥漿充分填充土層中的孔隙。在水泥漿、被攪拌土體。土體中水充分拌和達(dá)到液態(tài)形成水泥土漿時(shí),整個(gè)樁柱自上而下應(yīng)是密實(shí)的。因此,輸漿量的控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是孔口微微翻漿。

關(guān)于輸漿量的計(jì)量。由于堤防土層的不均勻性加上水泥土漿的可流動(dòng)性,采取隨施工深度計(jì)量噴漿量的辦法是不可取的。按設(shè)計(jì)滲人量,采用流量?jī)x,隨深度平均分配控制轄漿量,一方面使孔隙率大的地方吃漿嚴(yán)重不足,達(dá)不到加固效果;另一方面在孔隙率小的地方多輸漿,造成較大浪費(fèi),因此在堤防防滲工程中,尤其是堤身防滲工程,輸漿量計(jì)量應(yīng)以總量計(jì)量,不應(yīng)隨深度計(jì)量。

5.2垂直度的控制

垂直度是防滲墻施工中必須嚴(yán)格控制的一個(gè)重要參數(shù),影響垂直度的因素有,(1)設(shè)備本身缺陷,鉆桿彎曲,甚至機(jī)架本身的不垂直等。經(jīng)多項(xiàng)工程實(shí)踐,一般土層,排除特殊因素,對(duì)所施工水泥土墻開(kāi)挖檢測(cè)垂直度,統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),施工深度l0m以?xún)?nèi),垂直度偏差均在0.5%以?xún)?nèi)。多數(shù)集中在0.3%,施工深度15m的墻。其垂直度偏差在0.8%以?xún)?nèi),多數(shù)集中在0.5%,多頭小直徑深層攪拌截滲樁機(jī)由于是非一次成墻設(shè)備,多頭之間無(wú)固定約束。施工中隨施工深度增加產(chǎn)生鉆桿漂移的可能性加大,但由于其鉆桿剛度的作用,只要不超過(guò)一定深度,垂直度還是可以保證。因此建議目前的施工機(jī)械其施工深度不宜超過(guò)15m。據(jù)了解,國(guó)產(chǎn)一次成墻深層攪拌樁機(jī)廈即將問(wèn)世,相信新機(jī)型將有效解決垂直度偏差問(wèn)題,同時(shí)還可使加固深度大大增加,舊土層中障礙物。由于鉆桿具有相當(dāng)大的剛度。在土層基本均質(zhì)時(shí)-般不會(huì)發(fā)生鉆桿漂移現(xiàn)象。但當(dāng)土層中存在較大石塊或其它較硬異物時(shí),障礙物的導(dǎo)向作用將會(huì)使鉆桿發(fā)生較大偏斜,尤其是土層上部障礙物引起的偏斜,因此施工前應(yīng)沿施工軸線開(kāi)挖較深的導(dǎo)向溝,以清除淺層石缺等障礙物,(3)操作時(shí)誤差。樁機(jī)上應(yīng)有調(diào)平裝置,在施工前應(yīng)嚴(yán)格使樁機(jī)水平。施工過(guò)程中仍應(yīng)檢查樁機(jī)是否水平,由于施工時(shí)機(jī)械振動(dòng),著遇施工面上層松軟?？赡軙?huì)出現(xiàn)新的不水平。因此施工中的調(diào)平也很重要。

6結(jié)束語(yǔ)

水泥土防滲墻技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單、造價(jià)相對(duì)較低、施工速度快、成墻效果好等特點(diǎn),該技術(shù)成墻過(guò)程對(duì)堤防無(wú)任何破壞,并且對(duì)堤防疏松土體有明顯改善,防滲效果明顯。