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浅谈堤防加固工程中防渗墙技术的应用

CSM工法·TRD工法·搅拌桩 2024年3月23日 项敏 69

 

1 水利工程堤防防渗的重要意义


堤防工程是城市和乡村重要的防御工程,是江河湖泊水安全防御系统中最关键、最基本的环节。首先,堤防的防渗技术在洪水防控方面发挥着关键作用,水灾常常会带来巨大的破坏和威胁,如果堤防存在渗漏问题,洪水会破坏堤防,危及人员的生命财产安全。其次,堤防防渗施工技术在水资源管理方面发挥着关键作用,通过适当的渗透控制,堤防可以维护水体的水位从而保障持续供水,这对于农业灌溉、城市供水和工业用水具有至关重要的意义。最后,堤防还在土地保护和土壤保持方面发挥着关键作用,可以预防土壤侵蚀,有效保护农田和生态系统。


2 水利工程堤防出现渗漏的主要原因


2.1堤基渗漏与渗透的主要原因

堤基是一种多层次、以砂性土为主的防渗渠道,局部地区存在透镜状、渗透性好等特点,在高水位时,坝体内外将形成水位差,地下水渗透压力增大,而粉砂土层起着渗流通道作用,轻者渗漏,重者发展为管涌,最终引起坝体变形、破裂,甚至溃决。


2.2堤身散浸及渗漏的主要原因

有的堤防工程因历史问题,部分堤段填土疏密不均、压实不充分,加上防渗层材料的选择不当或施工过程中的缺陷,当汛期高水位条件下时,由于堤体的透水性差别很大,容易造成堤身疏松部位的松散或渗漏。

 

2.3自然因素

降雨量的变化可以增加水压,导致堤防渗漏。气温的变化会引发土壤膨胀和收缩,导致堤防结构产生裂缝。此外,植被的生长和根系会渗透防渗层,进而损害堤防的完整性。自然因素的变化需要在堤防设计和维护过程中得到充分考虑。


2.4维护不当

堤防需要定期检查、维护和修复,从而保障其性能,如果维护工作不及时或不充分,堤防则可能会出现渗漏。例如,堤防上的植被一般需要定期修剪,防止根系破坏防渗层,而定期巡视可以帮助及时发现问题并采取措施修复。


3 堤防加固渗控方案


堤坝防渗一般采用防渗与排渗相结合,先堵后堵的原理,依据《堤防工程设计规范》及实际工作中的经验,通常采用竖向防渗墙、背向侧压浸式平台等方法进行防渗处理。通过对比,隔离墙的造价低,不需占用、不需拆除,易于施工,防渗效果好,故堤防加固渗控处理方案多采用防渗墙防渗。


4 堤防加固常用防渗墙技术分析


4.1水泥土搅拌桩防渗墙施工技术


4.1.1工艺简介

水泥搅拌桩隔离墙是利用深打钻机向土中喷射水泥浆,并将水泥浆与土混合成一个整体,凝固、硬化后就成了一道防渗墙。其优点是施工技术工艺简单、施工效率高、成本低;其不足之处是所需的设备占地面积较大,且耗电较大,复杂的砂砾地基抗压性能差。通常适用于颗粒较细的土砂层或砾石含量较少的砂砾石层的堤防防渗工程中。

4.1.2施工工艺流程(图1)

 

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4.2 TRD 水泥土防渗墙技术


4.2.1工艺简介

渠式切割等厚度水泥土搅拌墙(trench cutting re-mixing deep wall,TRD)工法是将带有切割链和钻头的切割盒嵌入地面,并在纵向切割横向前进成槽的过程中,将水泥浆液灌注到基础内,实现与原状基础的充分混合,并在地面上形成均匀厚度的连续墙体。


与传统工法比较,TRD工法具有如下优点:

1)稳定性高、通过性好,施工过程中切割箱一直插在地下,不会发生倾倒。

2)混合更加均匀,连续施工,无咬口现象,保证了墙体的高连续性及良好的止水效果。成墙连续等厚度,是真正意义上的“墙”而不是“篱笆”。

3)利用施工管理系统,对切割过程中各个深度的XY方向数据进行实时监控,实现对切割过程中各个深度的控制和调整,保证了墙体的成形精度。

4)适用于较为宽广的地层,如砂、粉、黏土、砾石或者N值大于50的坚硬地层(鹅卵石、黏性淤泥、砂岩、油母页岩、石灰岩、花岗岩等)施工。连续刀锯一次向垂直方向进行掘进、搅拌、侧向推进,在复杂地层中也能确保连续墙的统一质量。

5)废浆量较少,对环境影响一般。

6)地下水对TRD影响较小。

 

但同时TRD工法存在以下缺点:

1)对于密实的卵砾石层,一般需要引孔辅助,设备机具磨损加剧,设备保养更频繁。

2)胶结好的岩层,TRD设备无法钻穿入岩,需采用其他辅助工艺。

3)TRD超过40m深度存在明显降效。

4.2.2施工工艺流程(图2)

 

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4.3液压抓斗塑性混凝土防渗墙


4.3.1工艺简介

塑性混凝土防渗墙是采用液压抓斗法成槽,成槽过程中采用泥浆护壁、槽段施工,清孔换浆后灌注塑性混凝土形成防渗墙。液压抓斗适用于均质土壤、硬土和砂砾土中的抓土成槽。相对于普通混凝土隔离墙,它具有更低的弹性模量、更低的强度、更好的抵抗变形能力,减小了周围沉降引起的墙体损伤。同时,它还具备很好的防渗性能,可以降低水泥消耗量,减少工程成本,并且施工更加简单。


液压抓斗具有如下优点:

1)对砂卵砾石地层,对致密的、半胶结的砾石层都能进行抓取。

2)通过对岩石的抓取,可以用眼睛来判断岩石的状态。

3)采用水力抓斗作业,具有高效、稳定的特点。

4)水力抓斗比TRD具有更好的地层适应性,尤其适合于砾石层。


液压抓斗的缺点主要包括以下几个方面:

1)黏土、粉砂等土层对地下水比较敏感,当有地下水上涌时,容易发生槽沟坍塌,无法开槽。

2)成槽工序较为烦琐,槽段接头部位需单独处理。

塑性混凝土生产中加入膨润土、黏土改善性能:

1)工作性能。提高了易性和流动性,塑性混凝土可在泵送过程中自找平、自密实,避免混凝土出现分层、离析和不密实现象。

2)弹性模量。通过对弹性模量的降低,从而在各种作用力下具有更好的变形能力,该技术可以有效地解决隔离墙因内应力过大造成的墙体变形过大的问题。

3)抗渗性。塑性混凝土防渗墙具有良好的防渗性能,其透水性可达10-7~10-9 cm/s,满足不同尺度的水利工程建设需求。


4.3.2施工工艺流程

如图3所示。

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4.4工法适用性对比

如表1所示。

浅谈堤防加固工程中防渗墙技术的应用

5 结束语 


防渗墙作为堤防加固的关键环节,形式多样,目前应用较多的有水泥土搅拌桩防渗墙、TRD、液压抓斗法塑性混凝土防渗墙,三种防渗墙各有其优点,同时各自都存在局限性,设计施工中需要根据不同的地质条件、施工条件、环境敏感性进行综合研判,因地制宜地选择适合的形式和工艺。


源:《水上安全》

作者:李佳乐

整理:项敏

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