水泥土防滲墻在堤防加固工程中的應用

王 勇

摘要:防滲墻技術是堤防加固的一項重要措施,取得了巨大的經濟效益和社會效益。本文分析了水泥土防滲墻技術原理、施工工藝、施工質量控制,證明水泥土防滲墻技術在堤防加固工程中資的推廣應用,應優先采用。

關鍵詞:水泥土;防滲墻;堤防加固

1 前言

根據我國堤防加固工程實際情況,經過大量的實踐和觀測,摸索出了一套行之有效的堤防加固措施。積累了豐富的經驗。如放淤固堤加固、防滲墻加固等,本文分析了我國堤防工程中存在的主要問題,并對水泥土防滲墻技術的應用與研究進行初步探討。

2 我國堤防工程中存在的主要問題

2.1 堤基復雜

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

2.2 堤身質量差

許多堤防是在原民埝的基礎上逐步加高培厚修筑的,受當時的技術、施備、經濟和社會環境條件等多因素的限制。普遍存在用料不當、壓實度不足等問題。根據堤身取樣分析,干密度小于1.5t/m3的土樣占總數的52%-81%。此外,還存在裂隙多、獾狐洞穴及空洞多的問題。

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。很多堤段不滿足設計浸潤線平均比降平工段1:8,有些堤段出逸點高于地面達4m以上。

2.4 滲流穩定不滿足要求

在近年來的堤防加固工程設計中,進行了大量的滲流分析。結果表明:許多現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,根據堤基、堤身土質分析,其允許滲透坡降一般在0.25左右,難以滿足堤身、堤基滲流穩定要求。因此,為了確保河流下游防洪安全,必須對堤防進行加固。

3 水泥土防滲墻技術原理

多頭小直徑深層攪拌防滲技術運用特制的多頭小直徑深層攪拌樁機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到截滲目的。

3.1 水泥土的固化機理

土體中噴入水泥漿經攪拌使水泥和土發生一系列的物理-化學反應:①水泥的水解和水化反應;②離子交換與團粒化反應;③硬凝反應;④碳酸化反應。水化反應減少了軟土中的含水量,增加顆粒之間的粘結力;離子交換與團粒化作用可以形成堅固的聯合體;硬凝反應又能增加水泥土的強度和足夠的水穩定性;碳酸化反應還能進一步提高水泥土的強度。

3.2 防滲墻成墻原理

防滲墻成墻方法是用雙動力多頭深層攪拌樁機,通過主機的雙驅動力裝置,帶動主機的鉆頭,鉆至設計深度,然后隨攪拌隨提升鉆頭至孔口,在上述鉆進及提升的同時,注入水泥漿,水泥漿與原土充分拌和。連續并縱移樁機,多次重復上述過程,形成一道水泥土防滲墻。水泥土防滲墻具有整體性、連續性、穩定性、不透水性等優點,且可改善堤身的性能。由于施工中不需要開槽,其適用土層范圍較廣,如粘土、砂土、粉質粘土、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

設計時需要考慮的防滲指標主要有:滲透累敷(K)、破壞比降、抗壓強度CRL、變形模量等。

4.1 滲透系數(K)

堤防防滲墻的目的主要是防止管涌等較嚴重的滲水,保證大堤安全。滲透系數達到10-5cm/s,已是微透水。這樣的滲量很難破壞大堤。因此滲透系數不必要求過小,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滲能力。經過長江、淮河,松花江等多項工程取樣試驗,當水泥摻入比8%叫5%。28天齡期時,水泥土的破壞比降均大于300。到目前為止。筆者還沒有得到真正破壞時的破壞比降。安徽省水科院曾做到500未能真正破壞,因此建議設計取用允許比降時不應太低。-般來說可取100以上。

4.3抗壓強度限(R)

水泥土抗壓強度在防滲工程中不是控制指標,在設計時不必過于苛求,但由于其是反映水泥土特性的重要指標,因此在應用中不可忽視。水泥土強度隨被加固土質的不同有較大差異。經過多項工程實踐表明:在水泥摻人比12%時,水泥土90天抗壓強度,砂土中可達到3.0Mpa以上,粘性土中可達1.0Mpa以上,淤泥質土中可在0.5Mpa以上,一般均大于老粘土的強度。

4.4變形模量(E)

堤防防滲墻往往很長,而且土層變化大,要求墻體適應變形的能力強,因此希望變形模量盡量小,土質。水泥摻人量以及攪拌的均勻程度。對變形模量影響很大,筆者曾測定過少量水泥土樣晶的變形模量,其值為當A×102-A×104Mpa(1104Mpa時其結果并不令人滿意。經分析,變形模量隨抗壓強度的提高麗增大,一般為抗壓強度的100-500倍。

考慮到堤防防滲水頭不高(一般不超10m),墻體長一般都在1.0km以上,高水位持續時間短(一般不超過一個月),且置于堤身或堤腳土層中等特點,建議設計要求的滲透系敷不必過小,允許比降取用不必太保守,抗壓強度不宜過大,變形模量應盡量降低。

5 施工質量控制

5.1 輸漿量

在了解了水泥土防滲墻的加固機理以后,輸漿量的控制應較容易解決。理論上講應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到液態形成水泥土漿時,整個樁柱自上而下應是密實的。因此,輸漿量的控制標準應是孔口微微翻漿。

關于輸漿量的計量。由于堤防土層的不均勻性加上水泥土漿的可流動性,采取隨施工深度計量噴漿量的辦法是不可取的。按設計滲人量,采用流量儀,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重不足,達不到加固效果;另一方面在孔隙率小的地方多輸漿,造成較大浪費,因此在堤防防滲工程中,尤其是堤身防滲工程,輸漿量計量應以總量計量,不應隨深度計量。

5.2垂直度的控制

垂直度是防滲墻施工中必須嚴格控制的一個重要參數,影響垂直度的因素有,(1)設備本身缺陷,鉆桿彎曲,甚至機架本身的不垂直等。經多項工程實踐,一般土層,排除特殊因素,對所施工水泥土墻開挖檢測垂直度,統計發現,施工深度l0m以內,垂直度偏差均在0.5%以內。多數集中在0.3%,施工深度15m的墻。其垂直度偏差在0.8%以內,多數集中在0.5%,多頭小直徑深層攪拌截滲樁機由于是非一次成墻設備,多頭之間無固定約束。施工中隨施工深度增加產生鉆桿漂移的可能性加大,但由于其鉆桿剛度的作用,只要不超過一定深度,垂直度還是可以保證。因此建議目前的施工機械其施工深度不宜超過15m。據了解,國產一次成墻深層攪拌樁機廈即將問世,相信新機型將有效解決垂直度偏差問題,同時還可使加固深度大大增加,舊土層中障礙物。由于鉆桿具有相當大的剛度。在土層基本均質時-般不會發生鉆桿漂移現象。但當土層中存在較大石塊或其它較硬異物時,障礙物的導向作用將會使鉆桿發生較大偏斜,尤其是土層上部障礙物引起的偏斜,因此施工前應沿施工軸線開挖較深的導向溝,以清除淺層石缺等障礙物,(3)操作時誤差。樁機上應有調平裝置,在施工前應嚴格使樁機水平。施工過程中仍應檢查樁機是否水平,由于施工時機械振動,著遇施工面上層松軟。可能會出現新的不水平。因此施工中的調平也很重要。

6結束語

水泥土防滲墻技術具有工藝簡單、造價相對較低、施工速度快、成墻效果好等特點,該技術成墻過程對堤防無任何破壞,并且對堤防疏松土體有明顯改善,防滲效果明顯。