引言

洪澇災(zāi)害是我國危害最大、造成損失最嚴重的自然災(zāi)害。長江、黃河等七大江河的中下游及沿海平原地區(qū)，其面積占國土總面積的8%，這里有占全國40%的人口和35%的耕地，有占全國70%的工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值;這里也是中國人口最密集、經(jīng)濟最發(fā)達的地區(qū)。這些地區(qū)的洪澇災(zāi)害嚴重，是我國國民經(jīng)濟和社會持續(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)系到社會安定、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)與環(huán)境的改善。

1　灌漿法的作用機理及其應(yīng)用實例

1.1　灌漿法的作用機理

灌漿技術(shù)是利用壓力將能固結(jié)的漿液通過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,吸漿量及漿液擴散距離越大,因此這又稱滲入性灌漿。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,可互相彌補缺點,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)用實例———大堤水泥黏土連續(xù)截滲墻工程位于

該工程系一級支流。大堤段位于歷史決口老口門處。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，滲水更為嚴重。經(jīng)地質(zhì)勘探,該段老口門寬200m,堤身土質(zhì)為粉質(zhì)壤土。堤基為第四紀全新統(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,對該段堤防采用水泥黏土混凝土垂直截滲技術(shù)進行加固處理。設(shè)計墻深26m,深入相對不透水層0.5～1.0m,墻體厚0.4～0.45m,墻體采用50號水泥土,滲透系數(shù)為10-7cm/s,并安設(shè)測壓管、滲壓計3組。

經(jīng)水利委員會檢測,成墻效果良好。經(jīng)取樣試驗,墻體抗壓強度均在5.0MPa以上,平均強度5.95MPa,平均滲透系數(shù)k=2.48×10-7cm/s,符合設(shè)計要求。通過3組滲壓計觀測,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理及其應(yīng)用實例

2.1　高壓噴射法的作用機理

高壓噴射法就是利用工程鉆機鉆孔至設(shè)計處理的深度后,用高壓泥漿泵,通過安裝在鉆桿(噴桿)桿端置于孔底的特殊噴嘴,向周圍土體高壓噴射固化漿液(一般使用水泥漿液),同時鉆桿(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方向有關(guān)。一般分為旋轉(zhuǎn)噴射(簡稱旋噴)、定向噴射(簡稱定噴)和擺動噴射(簡稱擺噴)。旋噴樁主要用于加固地基,提高地基的抗剪強度,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、抗腐蝕、防凍等特性,常用水灰比為1∶1。

2.2　應(yīng)用實例

該次工程加固段長11.7km, 現(xiàn)有堤塘防洪能力偏低,堤身單薄,滲漏嚴重。其中高壓噴射灌漿防滲段長2091m,總鉆孔進尺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)計提供結(jié)合現(xiàn)場試驗確定施工技術(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,原漿固壁鉆進,孔距為1.6 m,高噴采用三重管噴射灌漿工藝。分2序施工, 2序噴灌間隔時間確定為7d,經(jīng)過對部分挖開連接墻段的觀察和分析,當(dāng)?shù)?序墻體的強度不夠而進行割接時,由墻體固有的不均勻性和第2序噴射時的穿透能力和灌填飽滿程度的限制,將附近第1序墻體沖散而第2序灌填不飽滿等原因而形成防滲體的薄弱點,甚至空洞。當(dāng)?shù)?序墻體已有足夠的強度(1序噴灌7d后)再進行第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,原漿固壁鉆進,孔距為1.6m。遇石采用金剛石鉆頭鉆進,控制垂直度為0.5%。

②下三重管噴射。在地面上進行水、氣試噴后下管至設(shè)計深度,調(diào)整噴射方向。

③高壓噴射灌漿準備。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)計值時,應(yīng)及時更換水噴嘴。噴射每個孔之前都要檢查水、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1MPa。

3　排水固結(jié)法的作用機理及其應(yīng)用實例

3.1　排水固結(jié)法的作用機理

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,隨著超靜水壓力逐漸消散,土的有效應(yīng)力增大,地基土的強度逐步增長。

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)定問題。

3.2　應(yīng)用實例———標(biāo)準堤工程

根據(jù)地質(zhì)測試,土層結(jié)構(gòu)自上而下依次為:第1層為細砂,出露涂面,厚度較均勻為4.2～4.7m,系河流沖積層,顆粒較均勻,結(jié)構(gòu)松散,以細砂為主,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,局部夾粉細砂薄層或團塊,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)準堤拋石到高程為3.2m時,開始鋪設(shè)土工布。

鋪設(shè)前,對工程施工范圍進行地形測量,沖溝、深坑處用石碴料整平網(wǎng)基土工布寬度為10m,長度為橫斷面處的拋石長度。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,插板機就位后通過振動錘驅(qū)動套管對準插孔位下沉,排水板從套管內(nèi)穿過與端頭的錨靴相連,套管頂住錨靴將排水板插到設(shè)計入土深度,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個排水孔插板操作。插板機就可移位到下1個排水孔繼續(xù)施打;

(2)在剪斷排水板時,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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