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双轮铣深层搅拌墙技术在大坝防渗加固中的应用

CSM工法 2022年5月5日 项敏 31


摘 要

摘要:总结文昌某水库大坝采用双轮铣深层搅拌防渗技术进行防渗加固处理的成果,对操作过程及应用效果进行分析,指出施工过程中应注意的问题,对土坝防渗具有一定的指导意义。


关键词:双轮铣;深层搅拌墙;防渗加固;土坝


1 工程概况


某水库为文教河下游独流入八门湾支流,距文昌市文城中心37km,距东郊镇8.0km,集水面积3.51km2,集流长度2.12km,河流平均坡降0.0038,多年平均降雨量1700mm,多年平均径流深750mm。水库正常蓄水位11.92m,相应库容442万m3;设计洪水水位12.26m,相应库容508.45万m3,校核洪水水位12.41m,相应库容545.31万m3;死水位5.64 m,相应库容7万m3。枢纽工程由均质土主坝、南北副坝、放水涵管等组成。主坝为均质土坝,坝长1400m,坝顶高程14.70~15.20m,最大坝高11.30m,坝顶宽约2.2~3.5m。南副坝为均质土坝,坝顶长为1250m,坝顶宽约2.5m~4m,坝顶高程约为14.63~15.20m,北副坝为均质土坝,坝顶长750m,坝顶高程约为14.20~15.15m,坝顶宽约2.0m~3.5m。水库始建1958年冬,由当时的东郊公社组织兴建,称为脚桶山塘;1960年2月东郊公社又组织机关干部、群众修复并加高大坝2.80m,扩建成小(1)型水库。2008年水务主管部门组织人员对该水库进行了除险加固,但近年来多次受台风、暴雨等自然灾害,水库受损较为严重,主坝坝顶严重变形,桩号(主)0+000~(主)0+260坝段坝脚有多处积水,坝脚表层湿透,说明大坝、坝体与坝基接触带、坝基浅部均存在渗漏隐患,严重威胁大坝安全,影响水库正常发挥其经济效益。


2 方案的比较与选择


经勘查可知:水库大坝兴建期间未进行有效的清基,坝基浅部渗透性较强,坝体与坝基接触带结合面接触不紧密,结合性较差,常年渗漏作用,土体中的细粒成分随渗流带走,大坝于此段形成渗漏通道,主河床段坝体与坝基接触带附近土体含水量较高,局部呈软塑状,存在接触冲刷渗漏变形隐患。同时该坝体填土压实度偏小,含砂量高,填筑质量差,因此,针对坝体的渗漏情况及填土质量。对常规采用砼防渗墙技术方案、高压喷射灌浆技术方案和双轮铣深层搅拌墙防渗技术方案等方案进行比较,方案1投资最高,方案2比方案3略低。从加固达到的效果来看,三种方案均可达到坝体及坝基良好的防渗效果,但是针对某水库坝址地质和坝体粉细砂土质的情况,方案1砼防渗墙施工成槽容易塌孔,方案2单管高压喷射灌浆成桩难度大,遇到地基有碎块石时容易卡钻。而方案3双轮铣深层搅拌墙的施工比较成熟,从以往的沙质土坝应用中可知其防渗效果较好,施工质量稳定,且施工效率高,单月平均完成防渗面积15000m2。因此,在进行了充分论证后,本工程选择采用双轮铣深层搅拌墙防渗技术方案。本次施工采用上海金泰SC40液压铣削搅拌钻机,其主机经过稍作改变,更换上天车和动力头,可实现旋挖钻机—双轮搅拌“一机两用”。


3 施工技术


双轮铣深层搅拌墙防渗技术是将液压双轮铣槽机和传统深层搅拌的技术特点相结合的深层水泥土搅拌技术,在掘进注浆、供气、铣、削和搅拌的过程中,两个铣轮相对相向低速旋转,铣削地层;同时通过动力系统施加向下的推进力,向下掘进切削。在此过程中,通过供气、注浆系统同时向槽内分别注入高压气体和水泥浆,直至要求的设计深度。此后,两个铣轮作相反方向相向旋转,通过动力系统向上慢慢提起铣轮,并通过供气、注浆管路系统再向槽内分别注入气体和水泥浆,使其与槽内的基土相混合,从而形成连续墙。


双轮铣深层搅拌墙技术在大坝防渗加固中的应用

双轮铣深层搅拌墙技术在大坝防渗加固中的应用


3.2技术特点

双轮铣深层搅拌与传统深层搅拌的相异之处在于使用两组铣轮以水平轴向旋转搅拌方式,形成矩形槽段的改良土体,而非以多轴搅拌钻具垂直旋转形成圆形的改良柱体。其大刀片垂直旋转的方式决定了该工法对土体的搅拌更均匀、更充分该工法成墙厚度最大可达1.2m,深度可达45m。该技术适用于由粘土、砂土、淤泥、砂卵石、岩石等土层的防渗加固工程。具有地层适应性强、搅拌性能高、造墙质量均匀、施工深度大等特点。


4 操作过程


把高程14.0m以上坝体进行开挖,形成8.0m宽的工作面。施工轴线布置于坝轴线,防渗墙从施工平台深入“建议防渗深度线”,平均墙深10.42m,最大墙深14.5m,防渗面积11056m2,成墙后渗透系数K<1×10-6cm/s。主要技术参数为:工作压力2.0~2.5MPa;水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥,水泥含量18%、水灰比0.8~1.2;提升速度0.28~0.5m/min;下沉速度1.2~1.4m/min;机架的垂直度≤0.5%;单幅长2800mm,宽700mm,搭接200mm。施工步骤主要为:清场备料→测量放线→安装调试→开沟铺板→移机定位→铣削掘进搅拌→回转提升→成墙移机。其主要流程见图3。


双轮铣深层搅拌墙技术在大坝防渗加固中的应用


5 施工注意的问题


5. 1 施工场地

防渗墙施工质量控制除按有关规定进行外,施工还应注意以下问题:

因现较多数双轮铣采用履带式主机底盘,因此施工前应对场地进行整平,且使得地基土的承载能力满足双轮铣平稳施工。


5.2水泥浆液的供给问题

水泥浆液的供给问题与截渗墙的成墙质量密切相关,因此施工作业前应做好合理方案,水泥浆液按设计配合比拌制,制备好的浆液不得离析,泵送连续,不得中断,以保证墙体质量。


5.3水泥浆液充分搅拌

墙体的质量亦与水泥浆液是否进行充分搅拌密切相关,施工过程应多次复搅水泥浆液,保证墙体的质量。


双轮铣深层搅拌墙技术在大坝防渗加固中的应用
双轮铣深层搅拌墙技术在大坝防渗加固中的应用


6结 论


双轮铣深层搅拌墙防渗技术已在大坝防渗加固中多次应用,实践证明该技术在水库大坝的防渗加固方是行之有效的,尤其是针对特殊土层,经济效益,社会效益明显,适合推广应用。但在具体实施操作过程中,则应因地制宜,根据当地的地质条件和渗漏情况,有针对性地选择经济、实用、有效的方法和措施,严格按有关标准进行处理,才能确保截渗效果。


来源:《科学技术创新》

作者:杨金水

编辑整理:项敏
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CSM工法 Cutter Soil Mixing (铣削深层搅拌技术)是一种创新性深层搅拌施工方法。此工艺源于德国宝峨公司双轮切铣技术,是结合现有液压铣槽机和深层搅拌技术进行创新的岩土工程施工新技术。通过对施工现场原位土体与水泥浆进行搅拌,可以用于防渗墙、挡土墙、地基加固等工程。与其他深层搅拌工艺比较,CSM工法对地层的适应性更高,可以切削坚硬地层(卵砾石地层、岩层)。


双轮铣深搅设备(CSM)特点


施工效率高:

双轮铣拥有两个大扭矩齿轮箱,铣轮上切割齿布局设计合理、切削能力强、施工效率高;


地层适应范围更广:

能够在坚硬的地层进行深层搅拌施工,克服了传统的多轴搅拌系统不能在坚硬地层施工的缺点;源于双轮铣技术,该工法具有一定的入岩能力,能够截断地下水通过墙底风化岩进行渗透的途径;


墙体垂直度更好:

双轮铣设备中具有高精度垂直度传感器,施工中可以通过电脑动态监测成槽的垂直度,利用双轮铣设备所配置的纠偏系统及时调整,确保墙体精度;


墙体质量更好:

通过电脑控制水泥浆液注入量、水泥浆和土体混合均匀,从而墙体均匀度及质量好、材料利用率高,较其他搅拌工艺,可以节约材料;


施工过程更加环保:

直接将原状地层做为建筑材料,弃土和弃浆量总量小,节能环保,符合基础施工技术发展的趋势;


施工阶段扰动低:

施工阶段几乎没有震动,采用原位搅拌,对周边建筑物基础扰动小,可以贴近建筑物施工;


墙体的深度更大:


导杆式双轮铣深搅设备,施工深度可达53m,


悬吊式双轮铣深搅设备,施工深度可达80m。

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导杆式 CSM工法主机

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悬吊式  CSM工法主机



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