振动沉模超薄防渗墙技术在水利工程中的应用

2010-09-03王辉雄

中国水能及电气化 2010年1期

王辉雄

（漳州市水利水电勘测设计研究院，福建漳州 363000）

一、概述

振动沉模超薄防渗墙（双模板法）技术，是一项新设备、新技术、新工艺。该项技术已通过水利部科技推广中心组织的鉴定，被评定为“国际先进水平”，国家专利局授予其一项发明专利、四项实用新型专利。其主要优点如下：技术先进、质量可靠、工效高，一次连续成墙、质量易于控制，防渗墙整体防渗能力强，设备性能稳定，单价便宜。国家科学技术部将该项新技术列入《“九五”国家科技成果重点推广计划指南项目（六）》，以国科发计字〔1999〕378号文推荐全国。该项新技术在漳州地区首次应用，即漳州市江滨大道防洪堤石堤段改建工程。

漳州市江滨大道位于九龙江西溪下游北岸，其中从洋老洲到草寮尾的石堤段长2.323km，路幅宽度50m。由于现有石堤的位置和结构无法满足江滨大道的建设，因此对原有的防洪堤进行改建。改建堤线全长2.323km，属一级堤防，设防标准为百年一遇。拟建的防洪堤采用C25钢筋砼防洪墙，堤高6.5m，见图1。

该堤基表层为杂填土，下伏冲洪积、海积地层，基岩为花岗闪长岩，共分8层，其中，第3层粗砂、第6层粗砂、第7层砂卵石的渗透性能均好，属强—极强透水性。针对该工程的地基地层情况可采用垂直防渗措施，其施工工艺主要有以下四种：振动沉模超薄防渗墙法、射水法、液压抓斗开槽建墙法（薄壁抓斗）和高压喷射灌浆法。经综合分析比较，该工程选用振动沉模超薄防渗墙法。

二、基本原理

振动沉模超薄防渗墙技术是利用振动机械的动力将空腹模板沉入地层，随即向空腹板的腹内管道注满浆液，当振动模板提拔时浆液在浆泵高压作用下从模板底端注入槽孔内，边拔槽边注浆，随着模板的提出，自下而上就形成了一道水泥砂浆墙体，由于相邻墙体连续作业，最后形成了一条连续的防渗墙帷幕。基本原理是利用振动锤带动空腹钢模板，连续完成造槽、固壁、灌注浆液，建造水泥砂浆或砼连续防渗墙。省略了传统工艺繁琐的工序，避免了影响墙体质量的诸多因素。

三、设计应用

图1 防洪堤标准断面图

防渗墙设计的基本要求是，不产生危及堤坝安全的渗流破坏和减少渗透流量，以达到堤坝安全可靠运行的目的。根据防渗工程要求，提出科学合理的设计指标，以达到技术可靠、质量好、造价低、工效高的目的。结合该工程实际，防渗墙设计主要内容如下：

1.防渗墙平面位置的确定

防渗墙的平面位置应根据工程地质、水文地质条件和工程结构，结合该项技术的特点合理布置。

经综合分析，该工程防渗墙轴线应与防洪堤轴线平行，距防洪堤轴线4.5m，位于防洪堤外侧，见图1。

2.防渗墙深度的确定

根据堤基地质资料，该工程所在地层为深厚透水地层，拟采用悬挂式防渗方案，防渗墙深入透水地层的深度按2.5倍左右水头确定，故原则上防渗墙深度采用14.8m。如果防渗墙底部位于相对不透水层的第4层淤泥、第5层轻砂质粘土上的局部地段，防渗墙深度则可适当缩短。但防渗墙底深入相对不透水层的深度应通过计算确定。

防渗墙嵌入相对不透水层深度按下式估算：

ΔHmax为作用在防渗墙上下游面上的可能的最大水头差（单位：m），其值一般由渗流计算确定。

[j]为嵌入土层的接触允许坡降，粘土层可以取第6～8层。

经计算，防渗墙底应深入相对不透水层1.0m。

3.防渗墙厚度的确定

防渗墙的厚度与墙体的质量、工程造价密切相关，是防渗墙设计的重要技术指标。防渗墙厚度按下式估算：

d=ΔHmax/[J]

[J]=Jmax/η

式中：d为防渗墙的厚度。

ΔHmax为作用在防渗墙的最大水头差。

[J]为容许抗渗坡降。

η为抗渗坡降的安全系数，一般取第3～5层。

Jmax为防渗墙渗透破坏坡降。

作用在防渗墙的最大水头差一般由渗流计算确定，渗透破坏坡降一般由室内试验测定。根据作用在防渗墙的最大水头差及渗透破坏坡降，经计算，防渗墙厚度采用12cm。

4.防渗墙设计参数

振动沉模超薄防渗墙的设计参数直接关系到防渗墙墙体的质量和工程造价，设计时需慎重选择。该工程根据防渗墙的重要性，采取试验、综合分析等手段，提出如下设计参数：

(1）防渗墙渗透系数<1×10-7cm/s，渗透坡降Jmax＞500。

(2）防渗墙抗压强度采用4Mpa，弹性模量采用4×103Mpa。

(3）防渗墙墙体材料原则上采用水泥砂浆。水泥采用强度为32.5级的普通硅酸盐水泥。其浆液配比应根据设计墙体的物理力学指标要求及地质地层情况，通过现场试验得出。

事实证明，该工程选定的防渗墙设计参数是经济合理的。

5.堤身与其他建筑物连接处的技术措施

设计应用的关键问题是，部分地段（如战备大桥下、旱闸、水闸、居民居住区及其他建筑物的连接处）无法采用振动沉模工艺（机械设备无法摆放），该如何建造防渗墙？结合该工程的具体情况，经过充分的比较、论证，建议采用高压摆喷防渗墙过渡衔接。即主要方案采用振动沉模工艺，上述部分地段采用高压摆喷过渡衔接。衔接处的搭接方式、搭接长度以及高压摆喷防渗墙的设计参数等内容均应进行详细设计。

由于深入现场，针对每一连接处的具体情况，灵活运用振动沉模工艺和高压摆喷灌浆的综合技术，因此该工程设计的防渗墙整体防渗性能强，质量可靠。

四、施工工艺及质量控制

该项新技术施工工艺简单，质量控制可操作性强。

1.施工工艺

先用振动锤将矩形的钢板桩振入地下,达到设计深度后停止。用3PN立轴泥浆泵使水泥浆通过高压管输送到钢板桩，经桩尖处特别设计喷门喷出。一边灌浆，一边缓慢提升钢板桩，直到完成全桩灌注。振动沉模超薄防渗墙（双模板）施工工艺流程见图2。

图2 施工工艺流程简图

2.质量控制

防渗墙质量控制主要措施为：水泥、砂、外加剂等原材料的定量质量检测；控制空腹模板的沉入深度、厚度和沉入块数，以保证防渗墙的深度、厚度和长度；用比重计、稠度计及泵入量控制每次拌合材料用量，确保注浆材料配合比、密度和稠度、注浆量满足设计要求。

防渗墙墙体的质量检查主要有分段检查、针对性检查和抽样检查等几种方式。

五、应用效果

防渗墙墙体两侧土体经板层压缩后，与墙体一同起防渗作用，防渗效果好。振动沉模超薄防渗墙法成墙效率较高，每天可造墙200m2以上；单价较低，12cm厚墙每平方米造价250元左右。该工程共完成振动沉模超薄防渗墙2.2万m2，工程造价约546万元，工期约5个月，于2007年2月完工。与传统工艺防渗墙相比，该防渗墙节省投资约330万元，缩短工期约5个月，经济效益显著。

工程指挥部委托福建省水利水电科学研究所对该防渗墙进行工程质量抽检，检测结果质量均满足设计要求。该工程已通过竣工验收。

至今，该防渗墙已经过3年汛期洪水的考验，安然无恙。可见，该项新技术质量可靠，效果好。