堤防砂卵石地层防渗墙成槽技术研究
——以团洲泵站塑性混凝土防渗墙为例
2021-05-31殷清明
殷清明
(桃江县桃花江灌区管理局,湖南 益阳413400)
1 工程概况
塑性混凝土防渗墙适应变形能力强、防渗性能好,在水利工程中,被广泛运用于堤防、围堰、水库等防渗工程。团洲泵站堤防工程位于资江大桥下游桩号K1+721处,堤防级别一级,资江大堤塑性防渗墙墙深32.4 m、宽0.4 m、长200 m,墙体渗透系数须不大于1×10-7cm/s。
2 堤防地质情况
本工程防渗范围为39.4~7.0 m,根据勘探报告及现场施工揭露,地质信息见表1。砂卵石层渗透系数2.5×10-2属于强透水地层,且粒径较大,极易发生漏浆、导致槽壁坍塌。
3 泥浆固壁机理及影响因素
3.1 泥浆固壁机理
防渗墙泥浆一般采用膨润土、黏土、化学泥浆,其固壁机理大致相同,划分为三个阶段。第一阶段,因槽内和地下渗透压力差,泥浆向地下土层一定范围扩散的同时吸附土颗粒,槽壁四周透水率下降;第二阶段,因泥浆的黏度在槽壁上初步形成泥皮,槽壁四周透水率明显下降;第三阶段,泥浆不断循环,泥皮厚度增加且防渗、强度等性能进一步增强,槽壁四周形成稳定的渗流场。
表1 地质信息表
3.2 泥浆固壁性能影响因素
1)黏度。泥浆黏度直接影响第一阶段泥浆扩散时吸附土颗粒的能力,以及形成泥皮的性能,黏度越大,更易封堵槽壁四周土体间的裂隙,降低透水率。考虑到浇筑的混凝土性能,黏度应控制在规范允许值内。针对砂卵石层强透水率,应相应增大泥浆黏度。
2)密度。泥浆密度影响泥皮形成厚度和性能,采用新制膨润土泥浆密度一般在1.03~1.10 g/cm3,新制泥浆密度一般在1.1~1.2 g/cm3。
3)渗透时间。一定的渗透时间,有助于泥皮的形成,根据现场情况控制开挖速率,保证泥皮形成时间。
4)渗透压差。渗透压差指泥皮作用处泥浆的压强,受开挖深度和地下渗流场的影响,一般渗透压差越大,更有利泥皮的形成。
3.3 泥皮有效护壁强度
砂卵石层孔隙大,在槽内外压强差的作用下,极易发生漏浆现象,为保证槽壁的稳定性,泥皮强度需达到槽内外压强差:
式中Q——泥皮护壁强度;
q槽内——槽内水压,砂卵石层在24.4 m位置;
q渗流——槽内渗流场压强。
为简便计算,根据地下水位确定,地下水位在32 m处。
根据式(1),该工程砂卵石层泥皮护壁强度需达到76 kPa。
4 泥浆要求及配比瞬间
4.1 泥浆要求
该工程采取液压抓斗成槽,膨润土泥浆护壁,膨润土泥浆性能要求为:密度1.03~1.10 g/cm3,泥浆黏度32~50 s,泥饼厚度2~3 mm。泥浆在槽内水压作用下,在槽壁上形成泥皮起到防渗作用,根据计算砂卵石层泥皮护壁强度需达到76 kPa。现场施工通过控制泥浆的配比和开挖速度(见表2),解决了砂卵石地层成槽漏浆坍塌问题,同时防止泥浆浓度影响塑性混凝土性能。
表2 不同地层护壁泥浆配置表
4.2 泥浆配比
根据不同地层护壁泥浆的性能要求不同,采取试验方式得出泥浆配比,本工程采取膨润土泥浆,配比见表3。
表3 膨润土泥浆配比表(1 m3泥浆)
4.3 泥浆质量要求
1)新制泥浆需搅拌2 h后,放置入储浆池内静置24 h后再使用。
2)循环泥浆放置于指定泥浆池内,需测定黏度、密度、含砂率等指标后,再进行配置,禁止直接与新制泥浆混合使用。
5 砂卵石层槽壁稳定措施
根据现场施工经验,保持砂卵石层槽壁稳定的措施有:
1)改变膨润土泥浆补充途径,采取导管直达下部的方式补充泥浆。
2)在砂卵石层上2 m处,需降低开挖速率至0.5 m/h,同时改变泥浆配比。
3)开挖至砂卵石层时,需监控泥浆漏失速率,当漏失速率过大,泥浆液面明显下降时,采取锯木灰混合黏土回填,保证槽壁稳定。
4)避免地面超载,除开挖机械外,堤顶禁止其它机械和堆载。
6 结论
通过探讨泥浆护壁机理,估算砂卵石层泥皮护壁强度,针对不同地层优化膨润土泥浆性能及开挖速率,解决砂卵石地层成槽难题。运用于团洲泵站塑性混凝土防渗墙工程中,有效地避免了因砂卵石层导致漏浆,回填处置耽误的工期,节省了施工成本。