堤防防滲垂直插膜技術(shù)施工控制技術(shù)探析

林 農(nóng)，紀(jì)建中，紀(jì)潤(rùn)東

(淮安市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 淮安 223005)

堤防的防滲處理技術(shù)有很多種，有垂直插膜防滲、水泥攪拌樁防滲墻、高壓噴漿防滲墻等。垂直插膜防滲技術(shù)，是采用機(jī)械開(kāi)出一定寬度和深度的溝槽，在溝槽內(nèi)鋪設(shè)防滲土工膜，再進(jìn)行溝槽回填土，通過(guò)防滲土工膜防止堤防滲流破壞。該工藝具有機(jī)械簡(jiǎn)易輕便、施工速度快、防滲效果好、整體性好、適應(yīng)變形強(qiáng)、造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)。垂直插膜防滲技術(shù)最先在江蘇省駱馬湖堤防防滲處理中運(yùn)用，后來(lái)又陸續(xù)在淮河入江水道、入海水道、二河?xùn)|堤以及淮沭河西堤等堤防中運(yùn)用。而在分淮入沂整治工程建設(shè)中得到大量運(yùn)用，垂直鋪膜防滲處理長(zhǎng)度達(dá)107km，先后投入鋪膜機(jī)械20多臺(tái)。本文通過(guò)對(duì)分淮入沂整治工程堤防截滲處理垂直插膜施工過(guò)程中各關(guān)鍵工序施工控制技術(shù)的總結(jié)和完善，使得該項(xiàng)技術(shù)更加成熟，更好地控制施工質(zhì)量，確保達(dá)到設(shè)計(jì)效果。

1 施工控制技術(shù)

1.1 施工工藝、流程和技術(shù)要求

1.1.1 施工工藝

垂直插膜是采用專門(mén)的開(kāi)槽機(jī)械通過(guò)安裝在長(zhǎng)刀臂上帶刮板的鏈條循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，采用刮板對(duì)槽孔土體進(jìn)行刮、削，并將土體帶出地面。通過(guò)調(diào)整刀臂下傾角度使溝槽達(dá)到設(shè)計(jì)深度要求。為了防止槽孔土體塌落，采用一定比重的泥漿進(jìn)行槽孔護(hù)壁。利用開(kāi)槽機(jī)械牽引鋪膜裝置在溝槽內(nèi)鋪設(shè)防滲土工膜，在膜的一側(cè)溝槽回填粘性土，形成以塑膜為主的防滲帷幕。通過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引開(kāi)槽機(jī)械連續(xù)開(kāi)槽，連續(xù)鋪膜，形成連續(xù)防滲帷幕，達(dá)到堤防截滲目的。

1.1.2 施工流程和技術(shù)要求

垂直插膜施工流程為：①開(kāi)挖壓實(shí)操作平臺(tái)→②開(kāi)挖引導(dǎo)溝→③鋪設(shè)導(dǎo)軌和開(kāi)槽機(jī)安裝→④卷膜→⑤機(jī)械開(kāi)槽→⑥土工膜鋪設(shè)→⑦膜頂部固定→⑧槽孔回填土→⑨堤面恢復(fù)。

根據(jù)DB 32/T 2334.2—2013《水利工程施工質(zhì)量檢驗(yàn)與評(píng)定規(guī)范》的要求，垂直防滲鋪膜單元工程包括成槽、鋪膜和回填3道工序，每道工序的質(zhì)量檢驗(yàn)項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1—3。

表1 垂直防滲鋪塑成槽工序質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

表2 垂直防滲鋪塑鋪膜工序質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

表3 垂直防滲鋪塑回填工序質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

1.2 施工控制技術(shù)

根據(jù)垂直插膜的工藝流程和質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，平臺(tái)修建、開(kāi)槽、鋪膜、槽孔回填等這幾個(gè)環(huán)節(jié)是施工控制技術(shù)的重點(diǎn)。

1.2.1 平臺(tái)修建控制技術(shù)

施工平臺(tái)是為了滿足施工機(jī)械行走和作業(yè)要求，平臺(tái)修建的好壞直接影響施工質(zhì)量。平臺(tái)修建控制技術(shù)的重點(diǎn)，是平臺(tái)的高程、寬度和密實(shí)度控制。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，施工平臺(tái)布置在堤防迎水側(cè)堤坡上，平臺(tái)頂高程需高于設(shè)計(jì)洪水位1m以上，并且不低于設(shè)計(jì)鋪膜頂高程。為滿足鋪膜機(jī)械行走作業(yè)面要求和槽孔出土堆放需要，平臺(tái)寬度5m左右。因鋪膜機(jī)械是由卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引通過(guò)輪式或者軌道行走，平臺(tái)的平整度和密實(shí)度必須保證機(jī)械行走平順，這樣刀臂開(kāi)出的槽也較順直和垂直。將平臺(tái)表面松散土層壓實(shí)后還能防止上部槽孔塌壁，如表層土質(zhì)松軟還需要進(jìn)行換土處理。施工平臺(tái)開(kāi)挖斷面示意圖如圖1所示。

圖1 施工平臺(tái)開(kāi)挖斷面示意圖

為了防止堤身孔洞而引起施工中塌槽，在施工平臺(tái)上沿防滲軸線開(kāi)挖寬0.4m、深1.5m的溝槽，在槽內(nèi)分段灌水，通過(guò)灌水促進(jìn)堤身土下沉密實(shí)，并找出堤身孔洞，然后對(duì)沉陷進(jìn)行回填土壓實(shí)。灌水時(shí)間不得小于24h，且灌滿溝槽后再將整個(gè)施工平臺(tái)進(jìn)行灌水密實(shí)。

1.2.2 開(kāi)槽及槽孔維護(hù)控制技術(shù)

開(kāi)槽及槽孔維護(hù)直接關(guān)系到后續(xù)的鋪膜能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求的關(guān)鍵，其技術(shù)控制重點(diǎn)是控制槽孔的寬度、超深和配置泥漿護(hù)壁，防止塌壁。開(kāi)槽是在設(shè)計(jì)軸線上進(jìn)行，采用24.5cm寬度刮刀挖槽，控制槽孔寬度不大于26cm。通過(guò)鋪膜機(jī)械尾部卷?yè)P(yáng)機(jī)控制開(kāi)槽機(jī)大臂與機(jī)架間的夾角來(lái)控制挖槽深度，保證開(kāi)槽深度超深在0.2～0.5m范圍。沿鋪膜軸線方向利用測(cè)繩實(shí)測(cè)溝槽深度，考慮換膜和接縫縫合時(shí)間和槽孔土深沉厚度，在鋪膜接縫附近槽孔開(kāi)挖超深適當(dāng)加大。依靠機(jī)械頭部的牽引設(shè)備控制機(jī)械前進(jìn)速度及方向，在設(shè)計(jì)鋪膜軸線上挖槽施工。成槽時(shí)由鏈條上刮刀對(duì)槽孔內(nèi)土體切、刮、揉，自動(dòng)拌制成護(hù)壁泥漿，對(duì)于一般土質(zhì)邊成槽邊自制泥漿能滿足槽孔護(hù)壁要求，泥漿比重在1.05～1.15之間。如果堤身土質(zhì)為砂性土或者孔洞較多，需要增加泥漿比重，則泥漿中還需摻入粘性土。溝槽開(kāi)挖過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)槽孔內(nèi)漿液的消耗情況，及時(shí)補(bǔ)充漿液，保持漿液液面不低于孔口30cm。

1.2.3 鋪膜控制技術(shù)

鋪膜質(zhì)量的好壞影響到堤防的截滲效果和能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。重點(diǎn)是控制鋪膜的深度、膜的縫合接頭和膜頂固定。當(dāng)溝槽開(kāi)挖到一定長(zhǎng)度時(shí)就可以鋪膜，在開(kāi)槽過(guò)程中槽底往往有一定厚度的沉淀層，由于土工膜較輕，難以直接將膜插入槽底，故采用移動(dòng)膜捆的辦法將膜展鋪到溝槽中。由于膜捆具有一定的重量和剛度，可插入槽底，滿足鋪膜深度要求。膜捆是由轉(zhuǎn)盤(pán)、鋼軸、套筒、擋板、滑板、鋼絲繩及塑膜等部件組成，如圖2所示。將膜捆卷在鋼軸上，通過(guò)鋼絲繩牽引套筒逐步展開(kāi)膜卷，滑板起到支撐膜卷和平順展膜的作用。

圖2 鋪膜示意圖

在鋪膜前首先要卷膜，考慮膜卷的直徑不能超過(guò)槽孔的寬度，控制膜的長(zhǎng)度在50m左右。膜的幅寬為鋪膜深度加上為防止膜滑落而在溝槽頂面平臺(tái)上壓膜長(zhǎng)度之和。卷膜需要在平整、寬敞的場(chǎng)地進(jìn)行，地面不能有鋒利物以免刺傷膜。卷膜前應(yīng)仔細(xì)檢查膜有無(wú)破損處，如有應(yīng)用膠水粘補(bǔ)或剪去不用。膜應(yīng)盡量卷緊以減小膜捆直徑，防止膜捆下不到槽中或損傷塑膜。膜卷與卷之間宜采用縫合工藝聯(lián)接，將后續(xù)和已鋪膜首尾對(duì)齊，折疊寬20cm左右，用縫包機(jī)縫合，縫線不少于雙排線。

將膜卷裝入鋪膜桿上，通過(guò)安裝在開(kāi)槽機(jī)尾部的起吊設(shè)備，將膜卷垂直緩緩下沉，保持土工膜不變形、不拉裂，通過(guò)鋪膜桿控制鋪膜深度，確保鋪膜底高程滿足設(shè)計(jì)要求。膜卷放到槽中后，隨著槽孔不斷形成，利用起吊和牽引設(shè)備將鋪膜桿懸掛在槽孔內(nèi)并向前牽引，將膜展開(kāi)并緊貼槽壁上游側(cè)。鋪膜時(shí)保持刀臂尾部刮板與膜卷的距離不小于1m。由于槽孔泥漿沉淀，膜卷有可能上滑到沉淀層上部，因此在其前移過(guò)程中應(yīng)通過(guò)膜卷轉(zhuǎn)盤(pán)不斷地向膜卷施加壓力。為防止展開(kāi)過(guò)程中膜被拽破或因溫度的變化開(kāi)裂，要及時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)，確保膜處于略有富余的松弛狀態(tài)。膜鋪設(shè)后及時(shí)填壓土體將膜頂、膜底固定，確保土工膜不上浮、不下滑?？刂颇じ叱霾劭醉斆?0cm左右，并固壓在上游側(cè)槽口，必要時(shí)設(shè)置木樁拉拽土工膜，防止膜滑落槽中。

1.2.4 槽孔回填土控制技術(shù)

槽孔回填土的密實(shí)性決定膜與堤防結(jié)合的緊密程度，確保堤防的完整性和防滲效果。其控制技術(shù)的重點(diǎn)是回填土質(zhì)、分次回填以及二次注水。土工膜鋪設(shè)后，為防止槽孔壁臨空面過(guò)大和臨空時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致槽壁坍塌，從膜的下游側(cè)槽孔及時(shí)回填土，以確保鋪膜緊貼上游側(cè)。回填土料中不得含有雜物和硬土塊，不能摻有小塊石和砂礓，土料宜保持濕潤(rùn)，若出現(xiàn)風(fēng)干現(xiàn)象則先用水澆濕，以防止干硬土塊在下入溝槽時(shí)刮破土工膜。開(kāi)槽土質(zhì)如能滿足設(shè)計(jì)要求，回填土料盡量利用了開(kāi)槽土方，以縮短成槽和回填間隔時(shí)間。槽孔回填采用小挖機(jī)配合人工回填，按施工方向由遠(yuǎn)及近同步進(jìn)行，回填點(diǎn)一般保持與刀具的距離不小于2倍的槽深。因槽孔中土方無(wú)法通過(guò)機(jī)械碾壓密實(shí)，只能在槽孔中利用自重下沉密實(shí)?；靥顣r(shí)由挖機(jī)將回填土方先堆積在槽孔背水側(cè)槽口，由人工少量分次向槽內(nèi)回填，防止土體在槽孔中架空。在回填后的7～10d內(nèi)應(yīng)保持溝槽內(nèi)和頂部一直有水，讓土體充分沉實(shí)。待槽孔內(nèi)泥漿水消散，回填土頂面下沉后，再對(duì)槽孔進(jìn)行二次補(bǔ)充回填，并進(jìn)行二次注水。待土體沉實(shí)穩(wěn)定后對(duì)平臺(tái)進(jìn)行碾壓，保證槽孔回填土密實(shí)度不低于現(xiàn)狀大堤標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 問(wèn)題處理措施

施工過(guò)程中，如遇到換膜時(shí)間長(zhǎng)、不良土質(zhì)、機(jī)械故障等問(wèn)題造成施工中斷時(shí)間長(zhǎng)，使槽孔內(nèi)泥漿沉淀淤積或孔壁土體塌落。對(duì)于以上幾種情況可采取相應(yīng)的處理措施，確保達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

(1)如果是機(jī)械故障停置時(shí)間長(zhǎng)造成槽孔泥漿沉淀厚度較深，鋪膜深度不足，可將機(jī)械退回深度不足部位，對(duì)淤積范圍重新開(kāi)挖，并且開(kāi)挖深度再加深20～30cm，以最快的速度將土工膜鋪設(shè)完成。

(2)對(duì)于兩幅膜縫合時(shí)、更換牽引時(shí)等正常因素的可預(yù)見(jiàn)機(jī)械停置，可在機(jī)械停置前一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)超挖30～50cm，允許有一定的泥土沉積，但是必須保證滿足設(shè)計(jì)深度再進(jìn)行鋪膜。

(3)如果停機(jī)時(shí)間太長(zhǎng)或者遇到不良土質(zhì)，造成槽壁塌陷情況，并且不具備重新開(kāi)挖條件的施工段，或者是兩臺(tái)機(jī)械作業(yè)面接頭位置均作為“難工”段處理，可采用高壓定噴或擺噴等措施進(jìn)行處理，要求與兩側(cè)塑膜搭接長(zhǎng)度不小于15m。

2 結(jié)語(yǔ)

堤防防滲垂直插膜施工技術(shù)，在分淮入沂整治工程中得到了大規(guī)模應(yīng)用，通過(guò)試驗(yàn)段對(duì)各關(guān)鍵工序的控制技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，并且在施工過(guò)程中嚴(yán)格按此技術(shù)進(jìn)行全面控制。施工結(jié)束后通過(guò)開(kāi)挖探坑觀測(cè)，鋪膜表面平整，無(wú)破損，與堤防土體結(jié)合緊密，膜之間接頭達(dá)到設(shè)計(jì)要求，槽孔回填土干密度達(dá)到原狀大堤的標(biāo)準(zhǔn)。在今后堤防防滲垂直插膜施工中按照該關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行有效控制，必將達(dá)到較好的設(shè)計(jì)和施工效果，極大改善堤防滲流條件和防滲效果。