引言

洪澇災(zāi)害是我國(guó)危害最大、造成損失最嚴(yán)重的自然災(zāi)害。長(zhǎng)江、黃河等七大江河的中下游及沿海平原地區(qū)，其面積占國(guó)土總面積的8%，這里有占全國(guó)40%的人口和35%的耕地，有占全國(guó)70%的工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值;這里也是中國(guó)人口最密集、經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)。這些地區(qū)的洪澇災(zāi)害嚴(yán)重，是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)持續(xù)發(fā)展的心腹之患。防御洪澇災(zāi)害，減少災(zāi)害損失，關(guān)系到社會(huì)安定、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)與環(huán)境的改善。

1　灌漿法的作用機(jī)理及其應(yīng)用實(shí)例

1.1　灌漿法的作用機(jī)理

灌漿技術(shù)是利用壓力將能固結(jié)的漿液通過(guò)鉆孔注入巖土孔隙或建筑物的裂隙中,使其物理力學(xué)性能獲得改善的1種有效的防滲方法。用于堤防防滲的灌漿,是漿液在一定的壓力作用下,克服各種阻力,滲入堤防的孔隙和裂隙。

當(dāng)壓力越大,吸漿量及漿液擴(kuò)散距離越大,因此這又稱(chēng)滲入性灌漿。適合用于灌漿的材料主要有:水泥漿、黏土漿、水泥黏土漿、水泥—水玻璃漿液、水泥砂漿和水玻璃漿液。其中水泥黏土漿是水泥和黏土這2種基本材料相混合所構(gòu)成的漿液。

水泥和黏土的混合,可互相彌補(bǔ)缺點(diǎn),構(gòu)成性能較好的灌漿漿液。水泥黏土漿較單純的水泥漿液成本低,流動(dòng)性、抗?jié)B性好,結(jié)石率高。目前,堤壩的砂礫石基礎(chǔ)的防滲灌漿帷幕,幾乎都是采用水泥黏土漿灌注成的。

1.2 應(yīng)用實(shí)例———大堤水泥黏土連續(xù)截滲墻工程位于

該工程系一級(jí)支流。大堤段位于歷史決口老口門(mén)處。該段堤防背河堤腳外常年滲水,堤防臨河堤高約7m,背河堤高約9m。1982年沁河小董站出現(xiàn)流量4280m3/s。洪水期間, 堤坡潮濕，滲水更為嚴(yán)重。經(jīng)地質(zhì)勘探,該段老口門(mén)寬200m,堤身土質(zhì)為粉質(zhì)壤土。堤基為第四紀(jì)全新統(tǒng)沖積堆積,層狀結(jié)構(gòu),從上到下第1層為粉砂,有腐爛秸料,層厚10m;第2層為細(xì)砂,層厚6.6m;第4層為壤土,含有礓石,層厚5m。經(jīng)分析論證,對(duì)該段堤防采用水泥黏土混凝土垂直截滲技術(shù)進(jìn)行加固處理。設(shè)計(jì)墻深26m,深入相對(duì)不透水層0.5～1.0m,墻體厚0.4～0.45m,墻體采用50號(hào)水泥土,滲透系數(shù)為10-7cm/s,并安設(shè)測(cè)壓管、滲壓計(jì)3組。

經(jīng)水利委員會(huì)檢測(cè),成墻效果良好。經(jīng)取樣試驗(yàn),墻體抗壓強(qiáng)度均在5.0MPa以上,平均強(qiáng)度5.95MPa,平均滲透系數(shù)k=2.48×10-7cm/s,符合設(shè)計(jì)要求。通過(guò)3組滲壓計(jì)觀測(cè),發(fā)現(xiàn)墻后地下水位普遍降低,堤防背河堤腳附近未發(fā)現(xiàn)積水現(xiàn)象。

2　高壓噴射法的作用機(jī)理及其應(yīng)用實(shí)例

2.1　高壓噴射法的作用機(jī)理

高壓噴射法就是利用工程鉆機(jī)鉆孔至設(shè)計(jì)處理的深度后,用高壓泥漿泵,通過(guò)安裝在鉆桿(噴桿)桿端置于孔底的特殊噴嘴,向周?chē)�土體高壓噴射固化漿液(一般使用水泥漿液),同時(shí)鉆桿(噴桿)以一定的速度邊旋轉(zhuǎn)邊提升,高壓射流使一定范圍內(nèi)的土體結(jié)構(gòu)破壞,并強(qiáng)制與固化漿液混合,凝固后便在土體中形成具有一定性能和形狀的固結(jié)體,能起到防滲抗?jié)B的作用。

固結(jié)體的形狀和噴射流的移動(dòng)方向有關(guān)。一般分為旋轉(zhuǎn)噴射(簡(jiǎn)稱(chēng)旋噴)、定向噴射(簡(jiǎn)稱(chēng)定噴)和擺動(dòng)噴射(簡(jiǎn)稱(chēng)擺噴)。旋噴樁主要用于加固地基,提高地基的抗剪強(qiáng)度,改善地基土的變形性能,使其在上部結(jié)構(gòu)荷載作用下,不至破壞或產(chǎn)生過(guò)大的變形。定噴固結(jié)體呈壁狀,擺噴形成厚度較大的扇狀固結(jié)體。定噴和擺噴通常用于地基防滲,改善地基土的水力條件及邊坡穩(wěn)定等工程。

高壓噴射按噴射介質(zhì)及管路多少,可分為單管法、二管法和三管法,漿液的材料以水泥為主材,加入不同的外加劑后具有速凝、早強(qiáng)、抗腐蝕、防凍等特性,常用水灰比為1∶1。

2.2　應(yīng)用實(shí)例

該次工程加固段長(zhǎng)11.7km, 現(xiàn)有堤塘防洪能力偏低,堤身單薄,滲漏嚴(yán)重。其中高壓噴射灌漿防滲段長(zhǎng)2091m,總鉆孔進(jìn)尺10588m,鉆孔深度2.50～11.05m,高噴9859m。高噴段地質(zhì)分層(自堤頂往下)為:礫石層(路基)、粉質(zhì)黏土層(雜填土)、飄石層(碎磚瓦層)、粉土質(zhì)黏土層、淤泥粉質(zhì)黏土層、黏土層、基巖,其地質(zhì)情況較復(fù)雜,不同堤段各土層厚度也不相同。

2.2.1 根據(jù)設(shè)計(jì)提供結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定施工技術(shù)參數(shù)如下:

(1)噴射漿液的比重: 1.6～1.8g/cm3;

(2)回漿比重: 1.25～1.45g/cm3;

(3)高壓水,壓力28～34MPa,流量:75L/min;

(4)壓縮氣,壓力:0.7MPa,流量:6m3/min;

( 5 ) 水泥漿液, 壓力: 0 . 9 8 M P a , 流量:80L/min。

采用600型地質(zhì)鉆機(jī),原漿固壁鉆進(jìn),孔距為1.6 m,高噴采用三重管?chē)娚涔酀{工藝。分2序施工, 2序噴灌間隔時(shí)間確定為7d,經(jīng)過(guò)對(duì)部分挖開(kāi)連接墻段的觀察和分析,當(dāng)?shù)?序墻體的強(qiáng)度不夠而進(jìn)行割接時(shí),由墻體固有的不均勻性和第2序噴射時(shí)的穿透能力和灌填飽滿(mǎn)程度的限制,將附近第1序墻體沖散而第2序灌填不飽滿(mǎn)等原因而形成防滲體的薄弱點(diǎn),甚至空洞。當(dāng)?shù)?序墻體已有足夠的強(qiáng)度(1序噴灌7d后)再進(jìn)行第2序噴灌連接,這樣連接防滲效果較好。

①鉆孔。采用600型地質(zhì)鉆機(jī),原漿固壁鉆進(jìn),孔距為1.6m。遇石采用金剛石鉆頭鉆進(jìn),控制垂直度為0.5%。

②下三重管?chē)娚�。在地面上進(jìn)行水、氣試噴后下管至設(shè)計(jì)深度,調(diào)整噴射方向。

③高壓噴射灌漿準(zhǔn)備。要求水泥漿比重1.6～1.8g/cm3,控制擺角。

④高壓噴射灌漿,控制施工參數(shù)。該工程采用28～34MPa的高壓水,一般當(dāng)合金水嘴承受水壓30MPa以上,合金水嘴很容易磨損,尤其水質(zhì)差時(shí)更容易磨損。隨著水噴嘴的磨損增大,水壓減少,當(dāng)壓力表讀數(shù)減少到低于設(shè)計(jì)值時(shí),應(yīng)及時(shí)更換水噴嘴。噴射每個(gè)孔之前都要檢查水、氣嘴的工作情況,避免碎片卡在兩嘴套裝間而堵塞一側(cè)噴嘴,影響噴射質(zhì)量。在插管過(guò)程中,為防止泥砂堵塞噴嘴,可邊射水邊插管,水壓力一般不超過(guò)1MPa。

3　排水固結(jié)法的作用機(jī)理及其應(yīng)用實(shí)例

3.1　排水固結(jié)法的作用機(jī)理

排水固結(jié)法是軟黏土地基在荷載作用下,土孔隙水慢慢排出,孔隙比減小,地基發(fā)生固結(jié)變形。同時(shí),隨著超靜水壓力逐漸消散,土的有效應(yīng)力增大,地基土的強(qiáng)度逐步增長(zhǎng)。

排水固結(jié)法是由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分組合而成的。排水系統(tǒng)可以在天然地基中設(shè)置豎向排水體(如普通砂)井、袋裝砂井、塑料排水板等),以及利用天然地層本身的透水性。排水固結(jié)法可解決黏土地基的沉降和穩(wěn)定問(wèn)題。

3.2　應(yīng)用實(shí)例———標(biāo)準(zhǔn)堤工程

根據(jù)地質(zhì)測(cè)試,土層結(jié)構(gòu)自上而下依次為:第1層為細(xì)砂,出露涂面,厚度較均勻?yàn)?.2～4.7m,系河流沖積層,顆粒較均勻,結(jié)構(gòu)松散,以細(xì)砂為主,含少量粉粒和黏粒;第2層為淤泥粉砂互層,厚3.5～4.6m,淤泥和粉砂有時(shí)不成層分布,土質(zhì)不均勻,層理不明顯以淤泥為主;第3層為淤泥粉質(zhì)黏土、粉砂互層,厚4.3～5.3m,土質(zhì)較上層好;第4層為淤泥粉質(zhì)黏土,厚3.8～6.3m,以淤泥粉質(zhì)黏土為主,局部夾粉細(xì)砂薄層或團(tuán)塊,土質(zhì)不太均勻;第5層為粉質(zhì)黏土,厚4.7～8.2m,土質(zhì)不均勻,夾有粉砂或細(xì)砂層,并有少量貝殼碎片;第6層為淤泥粉質(zhì)黏土,厚度大于1.7m,土質(zhì)較上層差。

標(biāo)準(zhǔn)堤拋石到高程為3.2m時(shí),開(kāi)始鋪設(shè)土工布。

鋪設(shè)前,對(duì)工程施工范圍進(jìn)行地形測(cè)量,沖溝、深坑處用石碴料整平網(wǎng)基土工布寬度為10m,長(zhǎng)度為橫斷面處的拋石長(zhǎng)度。塊與塊網(wǎng)基土工布之間采用雙排縫合法連接,搭接寬度為40cm,網(wǎng)基土工布安排在低潮位進(jìn)行鋪設(shè),在周邊及內(nèi)部堆適量袋裝石碴料定位。

3.2.1　操作工藝

(1)插板時(shí),插板機(jī)就位后通過(guò)振動(dòng)錘驅(qū)動(dòng)套管對(duì)準(zhǔn)插孔位下沉,排水板從套管內(nèi)穿過(guò)與端頭的錨靴相連,套管頂住錨靴將排水板插到設(shè)計(jì)入土深度,拔起套管后,錨靴連同排水板一起留在土中,然后剪斷連續(xù)的排水板,即完成1個(gè)排水孔插板操作。插板機(jī)就可移位到下1個(gè)排水孔繼續(xù)施打;

(2)在剪斷排水板時(shí),要留有露出原地面15～30cm的“板頭”;其后在“板頭”旁邊挖起砂土20cm深成碗狀的凹位,再將露出的板頭切去,填平,插板施工即告完成。

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