堤防防渗墙施工工艺探讨

申请免费试用、咨询电话：400-8352-114

摘  要：河南黄河堤防加固工程采用了组合钻开槽法、多头小直径深层搅拌桩、液压开槽机开槽法、射水开槽法、人工洛阳铲开槽法，薄壁帷幕防渗墙施工技术，这些技术有其各自的适用条件。根据工程的实际情况和这些技术的特点，选择适宜的施工技术。
    关键词：堤防加固 防渗墙 施工工艺

    河南黄河堤防加固工程，部分堤段采用了薄壁帷幕连续防渗墙施工方案与技术。它能有效地延长渗径，降低渗透压力；堵截堤身漏洞、裂缝、老口门等处渗流通道；杜绝贯穿漏洞的再次发生，消除管涌；且墙体具有一定的抗冲刷能力。它是提高堤防加固工程，增强大堤抗洪能力的有效措施之一，在堤防加固中占有重要地位。
    1997年以来，河南黄河堤防加固采用了几种薄壁帷幕连续防渗墙施工技术，成功的施工工艺主要有：组合钻机开槽法、多头小直径深层搅拌桩、液压开槽机开槽法、射水开槽法、人工洛阳铲开槽法。
    一、组合钻机开槽法连续造墙施工技术1.组合钻机开槽法的工作原理
    （1）组合钻机组合钻机是开槽成墙的主要机械，它由多头钻头、支架、悬吊钢丝绳、卷扬机、反循环系统、配电盘、砂石泵、控制台、底盘等组成。它的工作原理是通过主机上的传动装置，带动主机上并排组合在一起的8台GZQ-800型潜水钻机同时运转，带动各自的钻头旋转，钻头向土层切削土体。两个钻头间余下的土体由侧刀靠组合钻机自重切削。切削掉的泥沙由反循环砂石泵通过反循环软管强行排出槽孔。连续不断的钻进切削，直到设计深度，即形成一定长度、宽度、深度的槽孔。
    （2）成墙工艺流程测量放线→导槽砌筑→钢轨铺设→安置调试组合钻机→钻机架定位→开槽→清槽→成孔→成槽→安置隔离体橡胶囊→安置导管→浇筑→拔除橡胶囊隔离体→转入下一个循环工序。
    2、多头小直径深层搅拌桩连续造墙施工技术
    （1）多头小直径深层搅拌机工作原理多头小直径桩造墙防渗技术是运用多头小直径深层搅拌机通过主机上的动力传动装置，带动主机上的3个并列的钻杆转动旋转，推进力使钻杆和钻头向土层内钻进到设计深度，然后再提升搅拌至槽孔孔口。在作业工程中通过水泥浆泵将水泥浆经过高压输浆管、钻杆、钻头喷入土体中。在钻进和提升的同时，水泥浆液体和原地土充分拌和后，完成第一组的施工（一组一般为3～6棵桩）。当进行第二组桩施工时，主机向前移动，使第二组桩与第一组桩相割搭接之后（相割长度可按半孔）。重复上述第一组施工过程，照此进行第三组施工。三组桩施工完成后，即9～18棵桩连接成墙，为一个单元工程。
    （2）技术原理多头小直径深层搅拌桩是把水泥浆喷入土体并搅拌均匀形成水泥墙。这是用水泥土墙作为防渗墙达到截渗目的的一种施工工艺。水泥浆喷入土体后，经过一系列水化、离子交换与硬凝等物理化学反应，从而形成具有一定强度和抗渗能力的固结体。
    3、液压开槽机开槽法连续造墙施工技术
    （1）YK160—3—40型开槽机工作原理开槽机也称锯槽机，行驶在两条轨道上，它由底盘、液压系统、工作装置、排渣系统、起重设施和电器系统组成。由液压缸产生动力，带动装有切削刀排的刀杆作上下往复运动，被切削掉的土体沉渣落入槽底后，由反循环排渣系统排出槽孔，施工中使用一定浓度的泥浆固壁，开槽机连续不断地沿墙体轴线作业前移，直到墙体末端，从而形成一个规则连续的长形槽孔。根据工程设计与要求，使用不同长度、宽度的刀排，即可开出不同长度、宽度的槽孔。在槽内充填不同的墙体材料，即形成不同抗压强度、抗渗系数的薄壁连续防渗墙，以达到防渗、封堵空洞、裂缝等隐患险点消除的目的。
    （2）成墙工艺流程测量放线→场地平整→钢轨铺设→钻导槽井孔→开挖槽孔与支护槽板→安装调试开槽机、清槽机→开槽（泥浆固壁）→清槽→安置隔离体→浇筑隔离体→浇筑墙体至完工。
    4、射水法连续造墙施工技术
    （1）射水法二代机组工作原理射水二代机组行驶在同一轨道上，它由造孔机、混凝土浇筑机等组成。它的工作原理是利用主机上的水泵和成型器中的高压射水装置形成高速射流破坏土体结构。通过正循环系统使泥沙混合体溢出地面，同时利用卷扬机操作成型器反复上下冲击运动挤压形成槽孔，成孔后采用常规水下混凝土浇筑法浇筑。
    5、人工洛阳铲挖槽连续造墙技术
    （1）开槽施工设备半径R110mm的大型洛阳铲、机械成孔器（即卷扬机带动自由下落的筒状器械）、修槽成型器（即220mm宽的两面平行平面铲）。
    （2）人工洛阳铲挖槽施工流程测量放线→洛阳铲开槽→修孔→夯实孔底→安置模袋隔离体→模袋内下导管→浇筑隔离体→安置相邻隔离体→下导管→浇筑隔离体→下导管→浇筑混凝土墙体。
    二、防渗帷幕造墙技术几种工艺的适用条件
    1、几种工艺适用的深度在河南黄河堤防加固工程中，因受地质条件、施工工艺的限制，依照截渗墙设计深度，可采用不同的施工工艺。根据以上几种工艺在河南黄河堤防加固工程中的施工实例，组合钻机、液压开槽机开槽法在20m深度内，较均质地质条件下，效率较高。新乡荆隆宫防渗墙工程老口门处施工经试验改进深度可达42.5m。但由于深度的增加，刀排阻力增大，切削入槽中的土体体积相应增多，造成开槽速度减缓，清槽困难等。因此，开槽深度不宜超过45m。另外，组合钻机法和液压开槽法相比，其钻头直径大，墙体厚（0.45m）造成动力、混凝土材料等耗用较多，因此，浅层截渗墙不宜采用。
    射水开槽法在荆隆宫与沁河左堤防渗墙工程施工中深度为20m（设计深度与机械最大施工深度相同）。
    多头小直径深层搅拌桩在濮阳大堤加固中施工深度为15m（设计深度与机械最大施工深度相同）。
    人工洛阳铲挖槽法在沁河左堤施工中深度为7～12m（7m以内为最佳施工深度，12m为实际最大施工深度）。
    2、几种工艺适用的地质条件工艺技术的不同，地质条件状况的限制，靠泥浆护壁工艺施工，在大堤堤顶建造防渗墙时，由于大堤部分堤段存在有裂缝、空洞等原因，护壁泥浆漏浆严重。部分堤段出现塌孔、卡钻现象。如沁河右堤马蓬防渗墙工程、左堤东大原防渗墙工程、开郊局堤顶防渗墙工程等。由于施工时漏浆塌孔，造成施工无法进行，几处工程都进行了设计变更。因此，靠泥浆护壁工艺施工的组合钻机开槽法、液压开槽机开槽法、射水开槽法在大堤堤顶作业不宜采用，而大堤堤脚加固截渗可大力推广。
    多头小直径深层搅拌桩是通过钻进和提升靠高压输浆系统经过输浆管、钻杆、钻头喷入土层搅拌均匀后形成防渗墙，因此，可在堤顶或堤脚同时采用该工艺，但截渗深度不宜超过15m（最新产品深度可达20m）。
    人工洛阳铲挖槽不靠泥浆护壁，宜在地下水位较低，墙体深度较浅，大堤堤身有砖石、木桩、洞穴、裂缝等堤顶处直接采用。开挖深度5～7m为宜。超过5～7m，可依靠机械成孔器作业。若遇砖石、木桩，人工可直接取出，但最佳深度不宜超过12m。
    三、防渗帷幕造墙工艺的关键技术
    1、垂直度组合钻机开槽法、射水开槽法、多头小直径深层搅拌桩等三者共同的关键技术是垂直度。垂直度是关系到建造的防渗墙是否在同一墙体轴线上。因此，在施工期间的左右偏差、轴线偏差、孔斜率数据应按操作规程与规定，认真观察记录。发现偏斜，立即采取措施纠偏，确保防渗墙体在同一轴线上。否则，易出现断墙或墙体底部衔接不严，施工缝隙过大造成集中渗漏现象。
    2、墙体接缝衔接处理 混凝土墙体与混凝土墙体之间相接应上下反复清洗原浇筑的墙体接头处，确保衔接处无夹泥。墙体与墙体平行相接，搭接长度应按1～2m为宜。若相接后发现封闭不严，产生渗漏通道时，可采用钻机钻孔现浇混凝土的办法将渗漏处封闭，达到截渗的目的。
    3、塌孔在施工期间依靠泥浆护壁工艺容易出现扩孔与塌孔现象。扩孔与塌孔造成的主要原因是土层中含有秸料层、粉砂层、空洞、裂缝等。要解决以上问题，可采用的措施主要有：一是严格控制护壁泥浆浓度，必要时造浆可按比例适当添加膨润土。二是加密安置隔离体，增加支撑力。三是缩短墙体浇筑长度，减少水浸时间。
    4、多头小直径搅拌桩的钻进与提升多头小直径搅拌桩是通过钻进与提升时靠浆泵将水泥浆经过高压输浆系统喷入土体搅拌均匀而形成的防渗墙。它的钻进与提升速度直接与墙体厚度、宽度、强度、抗渗性能有关。因此，在施工作业中，机械手应严格执行操纵规程、工艺流程。原始记录、施工日志要详细记录?并加强关键工序的控制与监督工作。综上所述，薄壁帷幕防渗墙技术在河南黄河大堤加固工程应用中，由于工作原理、机械性能、施工技术方法、地质状况的差异，在施工期间，机械操纵技术的难易程度、熟练程度不同，这就使工程质量、工程进度的不确定因素增加。因此，选择一种适合本工程特性的工艺技术，是设计、施工单位的首要任务。