江滨石堤段防渗墙专题讲义.docx
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江滨石堤段防渗墙专题讲义
一、工程概况
漳州市位于九龙江下游冲积平原，地势较平坦，市政府为了城市建设、美化环境、土地利用和经济发展的需要，决定修建江滨大道。
江滨大道位于九龙江西溪下游北岸，其中从洋老洲到草寮尾的石堤段长2.323km，路幅宽度50m。
由于现有石堤的位置和结构无法满足江滨大道的建设，因此对原有的防洪堤进行改建。
改建堤线全长2.323km，属一级堤防，设防标准为百年一遇，设计洪峰流量为7380m3/s，设计洪水位从洋老洲（桩号K0-118.6）的12.39m变至草寮尾（桩号K2+198）的11.10m。
拟建的防洪堤采用C25钢筋砼防洪墙，堤顶高程按百年一遇设计洪水位＋安全超高值2m。
堤高6.5m。
沿线与排水工程和南北道路交叉，需设置水闸2座和旱闸4座。
二、地质概况
1地形地貌
漳州市地处九龙江西溪下游冲积平原，地势平坦，间或有波状台地和延缓低丘，河水由北西流向南东，河床比降缓，水流平稳，北岸为市区，分布民房建筑，沿江地面较平坦，地面高程6.0～7.8m。
2地层岩性
根据钻孔揭露，表层为杂填土，下伏冲洪积、海积地层，基岩为花岗闪长岩，共分8层，各土层的特性、分布由上而下分别描述：
①层为杂填土（Q）：
人类生活活动堆填而成，堆填时间>15年，所含成份较杂，上部多为泥质粉细砂、粘性土夹杂较多的建筑垃圾和少量生活垃圾，下部为粉质粘土、粘土、泥质粉细砂夹少量砖瓦碎块和生活垃圾，湿～饱和，软塑状态，极不均匀，松散。
上游厚5.0～6.0m，下游薄，0.6～2.0，分布广，向堤内延伸远，向堤外延至河边。
②层由泥质粉细砂、中砂、粉质粘土、粘土、淤泥（Q）等亚层组成，各亚层分布不均，层厚0.6～6.55m。
③层为粗砂（Q），灰及浅灰色，成份以长石、石英砂为主，颗粒组成以粗砂为主，局部含较多中砂，含泥，分选性差，上部颗粒较细，层中常夹有薄层淤泥和粉细砂层，层厚3.0～9.10m。
④层为淤泥（Q），海湾港道沉积，深灰色，饱和，流塑，具臭味，局部含少量粉细砂，分布于上游洋老洲，厚4.7m，向下游渐薄，至桩号0+400m处尖灭，下游1+600～1+940m厚0.4～0.1m。
⑤层为轻砂质粘土、粘土和粉质粘土（Q），冲洪积成因，褐黄色，饱和，可塑～软塑，以粉粘粒为主，中细砂含量>25%。
厚度变化较大，2.0～7.0m，分布于桩号1+150m向下游堤内外均有。
⑥层为粗砂（Q），冲积成因，浅黄色，以粗砂为主，含泥>10%，上游段含少量卵砾石，中间段含量增多，20～30%，下游段颗粒变细，以细中砂为主，含少量砾石，稍密～中密，上游厚4.0～6.0m堤内外均有分布，下游较薄，1.0～4.0m，断续分布。
⑦层为砂卵石（Q），冲积成因，浅黄～褐黄色，卵石含量>50%，粒径20～50mm。
⑧层为全风化花岗闪长岩（γδ），厚度>10m。
各土层的标准贯入击数N值，如下表。
表1
土层编号
土体名称
统计
个数
范围值
平均值
备注
1
杂填土
18
17.9～1.9
6.1
标贯击数均已校正
2
2-1
粉砂、细砂、中砂
19
11.4～1.9
6.9
2-2
粉质粘土
4
8.2～2.8
5.8
2-3
淤泥
5
1.8～0.9
1.44
3
桩号：
-40～0+550
粗砂
19
16.20～4.10
7.28
桩号：
0+550～0+700
粗砂
53
27.30～2.80
12.49
桩号：
1+700～2+340
粗砂
48
14.40～1.90
7.63
4
淤泥
6
10.16～1.53
1.80
5
轻砂质粘土、粉质粘土
31
30.5～1.5
7.15
6
粗砂
53
42.9～2.4
12.3
7
砂卵石
5
33.58～16.24
24.36
8
全风化花岗闪长岩
40
70～7
22.8
表中可见各土层的性质变化较大，反映了各土层的内部结构的不均一性和同一土层不同地点不同高程的差异较大。
3水文地质
①杂填土、②粉质粘土、淤泥质土、④淤泥、⑤轻砂质粘土、⑧全风化花岗闪长岩的透水性能均较差，室内试验其渗透系数K=6.95×10-6～2.90×10-5cm/s，属微弱透水性，为相对不透水层；③粗砂、⑥粗砂、⑦砂卵石的渗透性能均好，抽水试验测定其K=5.8×10-3～2.28×10-1cm/s，属强～极强透水性。
三、堤防防渗方案
针对本工程的地基地层情况可采用的垂直防渗措施，施工工艺主要有以下四种：
方案一振动沉模板防渗墙法
1、基本原理
振动沉模防渗板墙技术是利用振动机械的动力将空腹模板沉入地层，随即向空腹板的腹内管道注满浆液，当振动模板提拔时浆液在浆泵高压作用下从模板底端注入槽孔内，边拔槽边注浆，随着模板的提出，自下而上形成了一道水泥砂浆墙体，由于相邻墙体连续作业，最后形成了一条连续的防渗墙帷幕。
2、施工方法及效果
先用振动锤将矩形的钢板桩振入地下,达到设计深度后停止。
用3ＰＮ立轴泥浆泵使水泥浆通过高压管输送到钢板桩,经桩尖处特别设计喷门喷出。
一边灌浆,一边缓慢提升钢板桩,直到完成全桩灌注。
墙体两侧土体经板层压缩后，与墙体一同起防渗作用，防渗效果好。
振沉模板防渗墙法成墙效率较高,每天可造墙200ｍ2以上,12cm墙厚每平方米造价250元左右。
3、优缺点及适用范围
1）工艺简单、易于操作；
2）技术先进，机械化程度高
3）集造槽、导向、护槽、灌注、振捣等多功能于一身；
4）质量可靠，形成的板墙垂直连续、墙面平整、厚度均匀
5）墙体纵、横向均无开叉；
6）采用振动造墙由于在施工中会存在振动效应，在施工区2m范围内最大，10m以外无感觉。
7）该项技术施工过程中振动引起的噪音较大，特别是夜间施工和高楼林立的情况下回声较大。
8）施工设备较缺,目前市场上仅有5台。
该技术适用于粘性土、砂性土、砂砾、淤泥质土的堤防和基础,目前设备的有限深度在15m左右。
对于防渗墙深度要求超过15ｍ的,可以在15ｍ以上部分采用振动沉模板墙、下部采用高压喷射灌浆的综合技术。
方案二射水法
1、基本原理
这种机型及技术是由福建水科所开发的，在薄型地下连续墙技术中历史最长，共开发出三代射水机。
其工作原理是通过高压泥浆的射流冲切地层，并加上成型器的上下冲击的辅助作用建造槽孔，所形成的含钻渣的废浆可用正（反）循环排出槽外。
槽孔达到设计要求时一般使用膨润土或粘土泥浆护壁以防槽孔坍塌,随后采用常规的水下混凝土直管浇筑法，建成混凝土或钢筋混凝土单槽板，利用成型器侧向特殊装置，将单槽板连接成地下连续的混凝土或钢筋混凝土墙。
2、施工工艺
为保证墙体工程质量和施工的顺利进行，对槽孔的施工要求，采用一、二序孔方法进行。
即先进行一序孔的建造，槽孔开挖后，即进行混凝土浇筑。
而后进行二序孔的开挖和混凝土浇筑，循序渐进，直至全部完成。
3、优缺点及适用范围
1）其优点是设备投资少，造价适中，单位面积造价为290元左右。
2）主要弱点是墙体可能有开叉，缩孔现象，墙段短（2m），接缝较多且为平接，
3）本方法工效每天可造墙90-150ｍ2；
这种方法较适合粒径100mm以下非均质地层，成墙深一般在30m以内。
方案三液压抓斗开槽建墙法（薄壁抓斗）
1、基本原理
该法是利用改进的液压抓斗形成薄壁槽孔，并在施工形成的槽孔内，灌注或铺设防渗材料，从而形成连续的防渗墙（刚性或柔性）。
一般先分序（Ｉ序，ＩＩ序）施工成槽,然后浇筑砼连成一体。
2、施工方法及程序
液压抓斗开槽分段建墙法的施工方法是用ＷＹ-300型液压抓斗造孔,槽孔抓取时一般使用膨润土或粘土泥浆护壁以防槽孔坍塌,槽孔分成间隔的Ⅰ、Ⅱ期槽孔。
在Ⅰ期槽孔成槽后,将接头管置入槽孔两端,依据初凝时间,浇筑混凝土的速度、气温等因素,确定起拔时间,全部拔出后形成接头孔,等Ⅱ期槽孔浇筑时,混凝土嵌入Ⅰ期槽孔形成连续墙。
成墙28ｄ后,渗透系数Ｋ<10-7ｃｍ/ｓ,抗压强度Ｒｃ>2.0ＭＰａ。
具体施工程序如下：
1）沿防渗墙轴线修建施工平台，为防止孔口坍塌，增强孔口稳定性，并控制轴线偏差，沿轴线修建宽40cm的导向槽。
2）顺导向槽分段抓取成槽，在抓取的过程中采用泥浆固壁。
3）在清孔验收合格的槽孔进行混凝土浇筑；浇筑一期槽孔时为保证一期槽孔与二期槽孔的搭接厚度，在一期槽孔两端下设外径305毫米的接头管直至孔底，混凝土初凝后拔出接头管；在浇筑二期槽孔时，用钢丝刷刷洗一期浇筑的混凝土墙上的泥皮，以保证一、二期槽孔间的搭接。
3、工程质量控制
为保证墙体有效的搭接厚度，施工中采取“接头管”法进行槽段连接的措施。
4、优缺点及适用范围
1）本方法抽槽后混凝土防渗墙墙体连续,防渗墙整体性较好；
2）造墙深度较大可达40ｍ以上；
3）本方法工效较低,成墙速度较慢,每天造墙70-200ｍ2；
4）造价比较高,30cm墙厚单位面积造价为400元左右。
5）墙体可能有分叉现象。
本法适应性较广,可适用于多种不同地层条件，尤其适应于有孤石的地层中成槽。
方案四高压喷射灌浆
1、基本原理
该法是利用高压水或高压浆液形成高速喷射流速，冲击、切割、破碎地层土体，并以水泥基质浆液充填、掺混其中，形成板柱或板墙体的凝结体。
2、施工方法及程序
施工机具由高压发生装置、钻机、特种钻杆和高压管路四部分组成。
主要包括：
钻机、高压泵、空气压缩机、注浆管、喷嘴、流量计、输浆机、制浆机。
具体施工程序如下：
（1）进行场地平整，挖好排浆沟，做好钻机定位，要求安放水平，钻杆保持垂直，且确保钻孔倾斜率不超过0.3%。
（2）钻孔定位后，利用特种钻杆在设计孔位钻孔，设计孔位与实施孔位的偏差应小于5cm。
（3）下管喷射。
（4）高压喷射灌浆前的准备，主要确保水泥浆充分搅拌和控制好浆液比重、水灰比等。
（5）高压喷射灌浆：
严格按施工技术要求来操作，用施工技术参数来控制灌浆质量。
（6）拔套管，高压喷射灌浆结束后，拔出套管。
（7）回灌，喷射完毕后，由于水泥浆固结收缩，出现孔口下沉，对已喷孔进行静压灌浆，直到浆面不下沉为止。
（8）再进行下一孔的施工。
3、优缺点及适用范围
高喷灌浆具有固结体强度大、水泥灌浆不会造成环境和地下水污染，且耐久性较好等优点。
缺点造价比较高,单位面积造价为420元左右。
该技术适用于粘性土、砂性土、砂砾、淤泥质土与卵碎石基础等。
以上各方案比较详见表3-1。
防渗墙方案比较表
表3-1
名称
场地要求
1台套设备施工速度m2/台班
工程造价元/m2
墙体参数
适应范围
优点
缺点
振动沉模
宽6m长15m地基承载力：
20kpa
200以上
墙厚12cm250元/m2
渗透系数<1×10-7cm/s抗压强度2~4Mpa
造墙有限深度15m左右
砂性土、粘性土与小粒径砂卵石
1、工艺简单、易于操作2、墙体质量有保证，不开叉，无接缝，
3、无泥浆护壁
4、工效快、投资省
1、施工设备较缺
2、施工噪音较大，局部有震感存在
射水法
宽4-5m长14m
90~150
墙厚22cm290元/m2
渗透系数<1×10-7cm/s抗压强度10~30Mpa造墙深<30m
砂性土、粘性土与粒径<100mm的砂砾石
1、投资适中
1、墙体可能有开叉，塌孔现象，墙段短（2m）接缝较多，
2、泥浆护壁，施工噪音较大、影响环境
3、需连续施工
4、工效慢
薄壁抓斗
宽4-5m长10m
70~200
墙厚30cm400
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