振动沉模防渗板墙技术在水利工程中的应用

刘 洁，赵 强，潘维宗

（1.山东大学土建与水利学院，山东 济南 250062；2.中国水利水电第十三工程局，山东 德州 253000）

1 概述

振动沉模防渗板墙技术是近几年兴起并引入水利工程中进行地基防渗加固的一种新技术。它是依据强力振动原理，利用高频振锤将空腹模板沉入土中，造成槽孔，边灌浆边振动拔模，浆液留在槽孔中即形成单个板墙，沿施工放线路线顺序施工，将单块板墙连接起来，即可形成所需要的连续防渗板墙帷幕。

该技术相对于其他防渗加固技术有以下特点：

（1）工艺简单、质量可靠。充分利用空腹模板的造槽、导向、护槽等功能一次连续成墙，建造的墙体垂直连续，墙面平整，厚度均匀，帷幕完整性良好。

（2）工效高。单机每台班造墙面积150m2左右。

（3）工程造价低。约150元/m2。

（4）振动沉模系统采用了液压步履式打桩机，运行平稳、灵活、定位准确。

（5）板墙薄。由于墙体抗渗坡降大，薄墙体即可满足防渗要求，且建造的墙体厚度均匀，目前可做到10～20cm。

（6）防渗加固效果好。模板的端部是一个楔形体，振动沉模的过程是端部楔形体向两侧振动挤土过程，土体被挤压挤密的范围是模板厚度的2～3.5倍，从而提高了抗渗效果。因为被挤压的土体在相当一段时间内有回弹的作用，加强了土与板墙的良好结合。当浆体凝结后不会使板墙与结合的土体分离，从而提高了堤（坝）的渗透稳定和变形稳定。

该技术主要适用于一般粘性土、粉土、松散至中密的砂土等土层地基中的防渗墙建设，目前广泛应用于江河、湖泊、平原水库堤坝的防渗工程中。

2 施工工艺流程

施工工艺流程，见图1。

图1 施工工艺图

3 应用实例

3.1 工程概况

曹妃甸供水公司蓄水池是曹妃甸净水厂的备用水源地，地基处理工程区域为400m×400m。经设计沿400m×400m的方形区域打设防渗墙，施工工艺为振动沉模，沉模深度根据具体地质条件分为13.54，12，8m等3种，模板厚度0.12m，宽度0.75m。其施工技术要求为：（1）振模防渗墙要达到设计的深度，厚度和宽度；（2）振模防渗墙墙体连续，墙体倾斜度不大于0.3％～0.5％；（3）振模防渗墙体28d，渗透系数k≤10-7cm/s；（4）振模防渗墙墙体28d，抗压强度2MPa；（5）振模防渗墙墙体弹性模量不大于600MPa；（6）振模防渗墙墙体抗渗坡降不小于200。

3.2 工程地质条件

施工区域为2005年5月新填海造地吹填而成，上部主要地层有：

①层新近吹填砂：土层主要为灰褐色粉细砂，含较多贝壳碎片，在吹填区域吹填喇叭口门位置，粘粒含量较多，局部有较厚的淤泥质土。

②层粉质粘土：灰黑色，呈流塑—软塑状态，饱和，含有机质，局部地段为淤泥质粉质粘土，属高压缩性土。

③层粉砂：灰色，松—稍密，饱和，长石—石英质，含少量贝壳碎片，颗粒成圆形，均粒，含有机质。

④层细砂：灰色，中密—密实，饱和，含有机质。

⑤层粉质粘土：灰—灰黑色，可塑，饱和，含有机质。

⑥层粉质粘土：黄褐色，呈可塑～硬塑状态，中压缩性土。

⑦层细砂：褐黄色，饱和，呈密实状态。

3.3 工程施工

为确保工期，该工程采用两套设备同时施工，施工设备主要由振槽系统、灌浆系统两部分组成。

3.3.1 施工程序

（1）模板就位。先将桩机调平，使立柱垂直，再将A模板对准孔位，靠振动体系的自重落下，检测调整模板的垂直度达到规程要求。

（2）振动沉模。启动振锤，先将A模板沿施工轴线沉入地层，达到设计深度，A模板为先导模板，有起始、定位、导向作用，故其垂直倾斜度要符合相关要求；再将B模板沿施工轴线与A模板紧接，沉入地层设计深度，B模板为前接模板，起到延伸板墙长度的作用。

（3）浆体灌注和模板提升。向A模板空腹内灌满浆体，然后边振动、边上拔、边注浆，直至拔出地面，浆体留在槽孔内，形成密实的单板体。

（4）再沉A模。A模拔出地面后，移动步履式桩机，将A模移到B模前沿就位；此时，A，B两模作用互换，即B模为先导模板，起定位导向作用，A模为前接模板起到加长板墙作用。

图2 振动沉模板墙施工工序示意图

重复上述工序，连续不断的施工，即可形成一道竖直连续的整体板墙，见图2。

3.3.2 质量保证措施

（1）专家组和项目部对工程质量和施工工艺进行全面监测，并及时解决施工中出现的问题。

（2）各机组设跟班工程师1名，负责技术管理和质量管理；设质检员1名，负责该班工程的质量检查。

（3）要做好现场施工记录，包括沉模拔模时间、浆液配比、制浆时间等。

（4）定期做试模、测量浆液比重，以确保材料合格。

（5）在施工全过程中实行岗位责任制，做到24h有专人检查监督质量。

（6）严格认真执行《振动沉模（双模板）防渗板墙设计施工规程》，以确保工程质量。

3.4 工程检验

3.4.1 施工检测内容

（1）勘探资料、设计文件、设计变更及业主与施工方的来往函件等的准确性、齐全性检验。

（2）振模防渗墙、高喷防渗墙的厚度、长度、深度、连续性检测，墙体28d抗渗指标、强度指标、弹模指标、破坏坡降指标的检测。

（3）材料如水泥、粉煤灰、砂子、粘土、膨润土、外加剂的生产质量化验单检验。施工方和质检方对材料的抽检质量试验报告单检验。

（4）施工方根据业主、质检、监理方的要求进行的勘探、检测报告。

3.4.2 检测办法

（1）采取现场质量检测和施工原始资料抽检相结合的方法进行检测。

（2）采用施工队自检和监理人员现场检测确认并签字的办法进行检测。

（3）由监理人员直接测量模板长度、厚度，结合模板沉入深度，检测振模防渗墙的深度和厚度。

（4）由监理人员直接测量高喷管的长度、摆角，结合喷管下管深度，检测高喷防渗墙的深度及厚度。

（5）施工人员自检和监理人员抽检浆液的比重和材料配比。

（6）采用开挖探坑的办法检测墙体外观质量及取样进行室内渗透系数、抗压强度、弹性模量及破坏坡降等。

（7）根据国家水利工程验收标准规定，一般施工2 000m为一个单元工程。本工程以500m为一单元工程，每一单元工程开挖一个探坑，进行防渗墙质量检验。

（8）以高喷灌注围井的方法代替探坑开挖检测的方法，也是可行的，方法是以防渗帷幕墙为一侧，用高喷板墙灌注围井进行注水试验的方法，检测防渗墙体质量；本工程每一单元作一围井检测防渗墙体质量。

（9）选择施工重点堤段，安设测压管，以检测工程效果（洪水期较明显）。一般每断面要设4支管，堤前肩、堤后肩、堤后坡、堤后脚各一支。

（10）当一个单元工程完成后可安排单元工程质量检测，全部工程结束后进行全面质量检测。

4 结语

振动沉模防渗板墙技术在曹妃甸供水公司蓄水池止水帷幕工程中的应用，经检验完全符合防渗的要求，进一步扩展并验证了该技术的应用。

该技术目前还有一些不足之处：对于卵石含量高的厚地层沉入困难，不能沉入基岩和大块石中，造墙深度尚不能超过25m。而且应特别注意施工时因强力振动对土体的破坏作用而产生滑坡事故。

［1］白永年.中国堤坝防身加固新技术［M］.北京：中国水利水电出版社.2001.

［2］潘维宗，白永年，等.振动沉模防渗板墙新技术的实验［J］.水利水电科技进展，2002，22（4）：38-40.

［3］张子新，邵华.浅谈曹妃甸新近吹填土强夯、降水施工技术［J］.岩土工程界，2007，10（4）：75-77.