第５期 ２０１０年５月 广东水利水电 ＧＵＡＮＧＤＯＮＣ ＷＡＴＥＲ ＲＥＳＯＵＲＣＥＳ ＡＮＤ ＨＹＤＲ０ＰＯＷＥＲ Ｎｏ．５ Ｍａｖ．２０１０ 漳州市江滨大道防洪堤石堤段改建工程 基础防渗墙施工方案比选及效果分析 沈德生 （漳州市水利水电勘测设计研究院，福建漳州 ３６３０００） 摘要：阐述了漳州市江滨大道防洪堤石堤段改建工程堤基工程地质条件及堤基存在的渗漏、管涌变形破坏问题，对堤防 工程基础防渗墙施工方案进行比选，最终采用振动沉模结合高压摆喷的综合防渗成墙技术，并对施工后防渗墙的质量进行 检查分析，效果良好，技术可行，可为类似工程借鉴。 关键词：钢筋砼防洪墙；防渗墙；施工方案比选；效果分析 中图分类号：ＴＶ２２３．４ ２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００８—０ｌ１２（２０１０）０５—００３８—０４ １工程概况 面高程为６．０～７．８ｍ，九龙江西溪河水由北西流向南 漳州市位于九龙江下游冲积平原，地势较平坦，市 东，河床比降缓，平水期水流平稳。 ２．２地层岩性 为了城市建设、美化环境、土地利用和经济发展的 需要，决定修建江滨大道。江滨大道位于九龙江西溪下 根据勘察资料：堤基地表杂填土广布，下伏冲洪积、 海积地层，基岩为燕山晚期侵入的花岗闪长岩，各岩土 层的特性及分布如下： 游北岸，为集休闲、观光、旅游、交通功能于一体的城市 次干道，线路总长为１１．３２ｋｉｎ，其中从洋老洲到草寮尾 的石堤段长为２．２２１ ｋｍ，路幅宽度为５０ｍ。由于现有石 堤的位置和结构无法适应城市发展要求，因此有必要结 １）杂填土（Ｑ ）：成份较杂，上部多为泥质粉细砂、 粘性土夹杂较多的建筑垃圾（砖瓦、块石）和少量生活 垃圾，下部为粉质粘土、粘土、泥质粉细砂夹少量砖瓦碎 块和生活垃圾，压缩性强，分布广泛，上游厚为５．０— ６．０ｍ，下游厚为０．６～２．０ｍ。 合江滨大道的建设对原有的石堤进行改建，改建后的防 洪堤上游与康山土堤衔接，下游与下洲土堤衔接。 改建石堤长为２．２２１ｋｍ，属一级堤防，设防标准为 百年一遇，设计洪峰流量为７ ３８０ｍ ／ｓ，设计洪水位从洋 老洲的１２．３６ｍ高程变至草寮尾的１１．１ １ｍ高程。拟建 ２）由泥质粉细砂、中砂、粉质粘土、淤泥（ 一）等亚 层组成，各亚层厚度均较薄，局部分布。其中：粉细砂、中砂 为松散可液化土，层厚为１．８～４．０ｍ；粉质粘土呈软塑一流 的防洪堤采用Ｃ２５钢筋砼悬臂式防洪墙，堤顶高程为 百年一遇设计洪水位，再加上安全超高值２ｍ，堤身高度 为７．５０ｍ。沿线与排水工程和南北道路交叉处，设置水 塑状态，具中等～高压缩性，层厚为０．５～２．２ｍ；淤泥呈流 塑状态，具高压缩『生及触变性，层厚为０．２－２．５ｍ。 ３）粗砂（Ｑ４ ）：颗粒组成以粗砂为主，局部含较多中 砂，含泥，分选性差，上部颗粒较细，层中常夹有薄层淤泥和 粉细砂层，密实程度变化较大，松散～稍密为主，堤基均有 分布，层厚为３．０～９．１０ｍ，该层为可液化土层。 闸２座及旱闸４座。作为建设防洪堤的基础工程，防渗 墙应先行施工，才能保证石堤段改建工程能按时完成。 本防洪堤基础防渗墙于２００６年６月２８日开工，２００７年 ４月２４日竣工，实际完成防渗墙总长为２ ０４０．８８１１１１。 ２堤基工程地质条件简述及评价 ２．１地形地貌 ４）淤泥（ ）：呈流塑状态，具高压缩性，主要分布于 上游洋老洲，厚度为１．８５～４．７０ｍ，向下游渐薄，至桩号０＋ ４００ｍ处尖灭，下游１＋６００～１＋９４０ｍ厚０．４～０．１ｍ。 ５）粉质粘土（Ｑ ）：局部为粘土，可塑一软塑，厚度为 工程区地处九龙江西溪下游冲海积一级阶地，北岸 为市区，民房建筑密集，南侧临江，沿江地势较平坦，地 收稿日期：２０１０—０３—１６； 修回日期：２０１０—０３—２９ ’ 作者简介：沈德生（１９７３一），男，工程师，从事水利水电、岩土工程勘察及地基处理工作。 ・３８・ ２０１０年５月 第５期 沈德生：漳州市江滨大道防洪堤石堤段改建工程基础防渗墙施工方案比选及效果分析 Ｎ０—５ Ｍａｙ．２０１０ ２．０～７．０ｍ，变化较大，桩号ｌ＋１５０ｍ以下均有分布。 ６）粗砂（Ｑ ａ ）： 游段含少量卯砾石，中问段含量 增多，为２０％～３０％，下游段颗粒变绌，以细中砂为主， 含少量砾石，稍密～中密，上游连续分布，厚度为４．０～ 砂、砾 及少量泥，中密状态。主要分布于堤区的中下 游，厚度为０．５～６．Ｏｍ不等。 ８）全风化化岗闪长岩（ ６； “）：硬塑～坚硬状态， 风化剧烈，呈砂质粘土或粉质粘土性状，岩面稍有起伏， 厚度较大。 ６．Ｏｍ，下游较薄，厚度为１．０～４．Ｏｍ，断续分布。 ７）砂卯 （Ｑ ‘）：卵石含量＞５０％，粒径为２０～ 各岩土层的分布特，止见图１（图中渗透系数 值单 位为ｍ／ｄ）。 ５０ｍｍ，成分为侵入岩，火山岩，磨圆度较好， 目 架充填粗 Ｉ哮 ． 错 搿 搿 二／～二～ 三 舞 黢 ，： 越 鑫６ ～—— 藿 ｝≤ 垦 ｊ三 再 三一— 三ｉ—— 誊 § 一一ｕ， ｛ｊ 二 鳓∞∞一…一 蕊驻 二厂＿ 穗 图１代表性工程地质纵剖面示意 ２．３地质构造 工程区内兀基岩出露，地表均为第四系地层覆盖， 对断裂构造的研究较难，钻探巾亦未发现明显的断裂构 造，仅发现基岩中裂隙较发育。根据区域地质资料，Ｔ 匀，透水性的差异大；②层土层溥，又断续分布，二者不 能形成一整体的隔水层，外江水位高时，地下水位也相 埘ｌ丁｝高，在堤内将会穿过薄弱部位涌出地表，产生堤基 渗漏及管涌变形破坏，『同的石堤在历年的运行过程中， 部分堤段在外江洪水位高时堤１人Ｊ经常出现冒水、涌砂等 险悄即为佐证，故需对堤基进行防渗处理。本工程设汁 采用垂直防渗措施（即建造防渗墙）。 表１岩土体的渗透系数Ｋ值 ｔｉＳｑ１，１：；； 爿阿０ 程区位于靖城一大溪币¨角关一大布北东向折断带之间， 受其影响，北东向断裂和与其十甘伴生成的横张断裂（北 西）发育，温泉的出露与其关系密切。 ２．４水文地质 工程区临河，地下水位比河水位略商，埋藏较浅。 含水层为伞新统粗砂层和 更新统粗砂、卵石层，延伸 远至河床， 河水联通，虽然地下水向河方向排泄，但地 渗透系 渗透忾分级 ／ｆ（ｍ１・ｓ １ 下水位受河水佗的影响较大，九龙江水位的升降，控制 着地下水位的高低。 堤基杂填土的不均匀性，导致其渗透性差异较大， 具弱透水～中等透水；砂类土具巾等透水；卵石层具强 透水。全新统和ｌ 更新统的其他粘性土、淤泥等，具弱 透水～微透水，但土层厚度薄、不稳定、延伸范围近，只 能在局部起隔水的作用。根据勘察时现场钻孔抽、注水 试验及室内土Ｔ渗透试验，堤基各岩土层的渗透系数见 表１。 由ｆ 述堤 工程地质条件可知：堤基含水层埋藏 浅、分伽广、厚度大、透水性强，含水层延伸至河床，地下 水与河水连通，水力联系密切。表层杂填土呈：①不均 ・３９・ ２０１０年５月第５期 广东水利水电 Ｎｏ．５ Ｍａｙ．２０１０ ３防渗墙施工方案比选 针对本工程堤基地层分布情况可采用的防渗墙建 造技术，主要有振动沉模、射水法、液压抓斗、高压喷射 注浆等４种防渗墙建造方案可供比选。 ３．１振动沉模建造防渗墙技术 １）基本原理 利用振动锤的强大垂直激振力，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，最后形成了一道 连续的防渗墙帷幕。 ２）施工方法 先用振动锤将矩形的钢模板振入地下，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 送到钢模板，经模板底端处特别设计的喷门喷出。一边 灌浆，一边缓慢提升钢模板，直到完成全板灌注。它采 用两块模板联合施工工艺，通过特殊的构造，先已沉人 地层的模板成为后沉人地层模板的导向板，两块模板呈 现板板相扣的作用，保证了各单板体在一个平面内紧结 合成墙。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。振动沉模防渗板墙技术成墙效率 较高，每天可造墙２００ｍ 以上，１２ｃｍ墙厚每平方米造价 为２５０元左右。 ３）优缺点及适用范围 ①工艺简单、易于操作；②技术先进，自动化程度高； ③集造槽、导向、护槽、灌注、振捣等多功能于一身；④质 量可靠，形成的板墙垂直连续、墙面平整、厚度均匀，墙体 纵、横向均无开叉；⑤采用振动造墙由于在施工中会存在 振动效应，在施工区２ｍ范围内为最大，１０ｍ以外无感觉； ⑥该项技术施工过程中振动引起的噪音较大。 该技术适用于粘性土、砂性土、砂砾、淤泥质土的堤 防和基础，墙厚为８～２５ｃｍ，目前设备的有限深度在 ２０ｍ内。对于防渗墙深度要求超过２０ｍ的，可以在 ２０ｍ以上部分采用振动沉模板墙，下部采用高压喷射注 浆的综合技术。 ３．２射水法建造防渗墙技术 １）基本原理 通过高压泥浆的射流冲切地层，并加一 成型器的上 下冲击的辅助作用建造槽孑Ｌ，所形成的含钻渣的废浆可 用正（反）循环排出槽外。槽孑Ｌ达到设计要求时一般使 用膨润土或粘土泥浆护壁以防槽孔坍塌，随后采用常规 的水下混凝土直管浇筑法，建成混凝土或钢筋混凝土单 ．４０． 槽板，利用成型器侧向特殊装置，将单槽板连接成地下 连续的混凝土或钢筋混凝土墙。 ２）施工方法 为保证墙体有工程质量和施工的顺利进行，对槽孔 的施工要求，采用一、二序孔方法进行。即先进行一序 孔的建造，槽孔开挖后，即进行混凝土浇筑，然后进行二 序孔的开挖和混凝土浇筑，循序渐进，直至全部完成。 两序槽孔联结成一个完整的防渗墙。 ３）优缺点及适用范围 ①优点是设备投资少、操作简单、造价适中，单位面 积造价为２９０元左右；②主要缺点是墙体可能有开叉、 缩孔现象，墙段短（２ｍ），接缝较多且为平接；③本方法 工效每天可造墙９０～１２０ｍ 。 该技术适用于粘性土、砂性土、淤泥的堤防基础防 渗，砂砾石层粒径小于１０ｒａｍ，含量在２０％左右的地层 尚可使用该工法施工，但粒径大于１０ｒａｍ的砂砾石层不 适用。墙厚为２２～４５ｃｍ，成墙深一般在３０ｍ以内。 ３．３液压抓斗开槽建造防渗墙技术 １）基本原理 利用锥瓣直接抓取砂土、砂砾石和块石的冲抓斗钻 进形成薄壁槽孔，并在施工形成的槽孔内，灌注或铺设 防渗材料，从而形成连续的防渗墙（刚性或柔性）。一 般先分序（Ｉ序，ＩＩ序）施工成槽，然后浇筑混凝土连成 一体。 ２）施工方法 液压抓斗开槽分段建墙法的施工方法是用ｗＹ一 ３００型液压抓斗造孔，槽孔抓取时一般使用膨润土或粘 土泥浆护壁以防槽孔坍塌，槽孔分成问隔的Ｉ、Ⅱ期槽 孔。在Ｉ期槽孔成槽后，将接头管置人槽孔两端，依据 初凝时问、浇筑混凝土的速度、气温等因素，确定起拔时 间，全部拔出后形成接头孔，等Ⅱ期槽孔浇筑时，混凝土 嵌入Ｉ期槽孔形成连续墙。为保证墙体有效的搭接厚 度，施工中采取“接头管”法进行槽段连接的措施。成 墙２８ｄ后，渗透系数Ｋ＜１０。。ｃｍ／ｓ，抗压强度Ｒ ＞ ２．０ＭＰａ。 ３）优缺点及适用范围 ①本方法抽槽后混凝土防渗墙墙体连续，防渗墙整 体性较好；②造墙深度较大可达４０ｍ以上；③本方法工 效较低，成墙速度较慢，每天造墙７０ｍ ；④造价比较高， ３０ｅｒａ墙厚单位面积造价为４００元左右；⑤墙体可能有 分又现象。 本技术适应性较广，可适用于粘土、粉质粘土、黄土 及砂砾石等多种不同地层条件，包括一定含量和粒径的 ２０１０年５月 第５期 沈德生：漳州市江滨大道防洪堤石堤段改建工程基础防渗墙施工方案比选及效果分析 Ｎｏ．５ Ｍａｙ．２０１０ 砂卵石层、密实的砂土层均可适用。 ３．４高压喷射注浆建造防渗墙技术 １）基本原理 利用高压水或高压浆液形成高速喷射流速，冲击、 切割、破碎地层土体，并以水泥基质浆液充填、掺混其 中，边提升喷射管边喷射浆液，待浆液凝固后形成桩柱 状或板墙状的崮结体，以达到防渗的目的。在提升和喷 射过程中，喷射管有旋转、定向和一定角度的摆动等３ 种喷射方式，故有旋喷、定喷和摆喷之别。高压喷射注 浆主要有切割搅拌、升扬置换、充填挤压、渗透凝结及位 移包裹等５种作用。 ２）施工方法 注浆孔一般分二序施工，Ｉ序、Ⅱ序孔的施工时间 间隔应大于２４ｈ，使Ｉ序孔在喷射后，其凝结体达到一定 强度，然后再喷Ⅱ序孔，这样凝结体才能形成切割式或 焊接式连接。施工机具由高 发生装置、钻机、特种钻 杆和高压管路４部分组成。主要包括：钻机、高压泵、空 气压缩机、注浆管、喷嘴、流 计、输浆机、制浆机。 工艺流程为：定孔一造孑Ｌ一高喷台车就位一地面试 喷一下注浆管一始喷一提升、旋转、摆动一回浆一终喷 一提出沣浆管一人工回填一管路冲洗一高喷车迁移。 ３）优缺点及适用范围 ①高喷注浆具有固结体强度大、水泥灌浆不会造成 环境和地下水污染，且耐久性较好等优点；②适用范围 较广，施工速度较快；③缺点是造价比较高，单位面积造 价为４００元左右。 该技术适用于粘性土、砂类土、砂砾石、淤泥质土与 卯碎石等土层，适用范围较广。 根据上述分析比较：本工程堤基杂填土厚度较大， 成分较复杂，含有粒径较大的砖瓦、块石，不宦采用射水 法建造防渗墙；液压抓斗法施工速度慢，造价较高，墙体 可能会分叉；而振动沉模法具有施工速度较快、造价较 低、成墙质量可靠等优点，凶此从安全和投资等方面考 虑，决定采用振动沉模建造悬挂式防渗墙，防渗墙位置 选在基础底板。二游侧，墙厚为１２ｃｍ，墙深为１３．３ｍ，与 建筑物连接处采用高压摆喷防渗墙过渡衔接。防渗墙 与钢筋砼防洪墙的相对位置见图２。 ４防渗墙设计参数 ４．１振动沉模防渗墙没计参数 １）防渗墙渗透系数Ｋ＜１ Ｘ １０ ＣＩｎ／Ｓ，渗透坡降 Ｊ…＞５００；防渗墙厚度采用１２ｃｍ。 ２）防渗墙抗压强度采用４ＭＰａ，弹性模量采用４ Ｘ １０ ＭＰａ 图２ 防渗墙与防洪墙相对位置示意 ３）防渗墙墙体材料采用水泥粉煤灰砂浆。 ４）砂浆初凝时问应不小于４ｈ，终凝时间应不小于 ３６ｈ。 ４．２高压摆喷防渗墙设计参数 １）防渗墙渗透系数Ｋ＜１×１０～ｃｍ／ｓ，抗压强度采 用４ＭＰａ；成墙的最小墙厚不小于８ｃｍ，平均墙厚不小于 １６ｃｍ。 ２）高压摆喷采用三管法施工，单排布孔，灌浆孔距 采用１．５ｍ，连接采用交叉折线形，喷射方向与轴向的夹 角为２０。，连接角度为１４０。。布孑Ｌ施工时可按由疏至密 的原则，分序施工，先喷一序孑Ｌ，再喷二序孔。 ３）防渗墙墙体材料采用水泥浆，水泥采用强度为 ３２．５级的普通硅酸盐水泥。 ５效果分析 本工程地质条件较复杂，防渗墙在实际施工过程 中，当遇到条石、旧房屋基础及管道等障碍物时，振动沉 模无法施工，经设计变更为高压摆喷施工。实际共完成 振动沉模防渗墙轴线长度为９３５．３８７ｍ，总工程量为 １２ ７２９．９８ｍ ；高压摆喷防渗墙轴线长度为１ １０５．４９４ｍ， 总工程量为９ ７１９．６８ｍ。 １）基础防渗墙随机挖坑检查１ １处，开挖揭示：振 动沉模防渗墙连续紧密，无裂缝，无开又，墙体表面平 整；高压摆喷防渗墙连续性、完整性较好，墙体表面较粗 糙；振动沉模及高压摆喷防渗墙问的搭接较好，堤基一 道连续的防渗帷幕已形成。 ２）振动沉模墙体取样２６个，墙体厚度最小值均大 于１２ｃｍ，平均墙体厚度为２２．０６ｅｒａ，超过墙体设计厚度大 于或等于１２ｃｍ的要求；高压摆喷墙体取样２２个，墙体最 小厚度为８．５ｅｒａ，平均厚度为１６．３ｃｍ，满足设计要求。 ３）在试坑内取样４８个进行抗压强度试验及渗透 试验，其中抗压强度试验共３１组， （下转第４４页） ．４１． ２０１０年５月第５期 广东水利水电 应力，通过应力变换成内力后，进行极限状态抗滑稳定 分析。计算成果见表３。 表３坝基深层抗滑稳定性计算成果（单位：１０ ｋＮ｝ ２．４成果分析 展，在进一步查明、核实地质情况的基础上，需对大坝坝 由表２和表３可知，２种计算方法的结果具有一致 基的稳定做进一步的分析和研究，必要时采取工程措 的规律，深层抗滑稳定抗力函数均大于作用效应函数， 施，确保大坝安全可靠。 表明大坝基础深层抗滑稳定满足规范要求。 参考文献： 在正常蓄水位情况下，抗力函数与作用效应函数的 ［１］ 朱伯芳．有限单元法原理与应用［Ｍ］．北京：中国水利水 比值最小，表明此时大坝的安全储备最少；１０。滑动面 电出版社，１９９８． 时，抗力函数与作用效应函数的比值最大，表明大坝的 ［２］ 常晓林，陆述远．重力坝均质坝基的失稳机理研究［Ｊ］． 浅层抗滑稳定具有足够的安全储备。 武汉水利电力学院学报，１９８９，（１）． ３结语 ［３］ 武汉大学水利水电学院高坝结构组．安金桥水电站碾压 混凝土重力坝坝体浅层、深层抗滑稳定分析专题研究 阳江抽水蓄能电站目前处于可行性研究设计阶段， ［Ｒ］．武汉：武汉大学水利水电学院，２００４． 由于大坝坝址地形条件的特殊性，随着工作的深入开 （本文责任编辑罗睿） 刍是｛燕参宴各ｇ耋 各雹未是 §尝要｛ 各Ｓ害 ｛ 刍霆｛ （上接第４ｌ页） 仅２组略小于４ＭＰａ，其它２９组均大于４ＭＰａ，抗压强度 标均满足设计要求，效果良好，技术可行。与其它的防 满足设计要求；渗透试验共３２组，其中振动沉模防渗墙 渗墙施工方案相比，缩短了施工时间，节省了工程投资， 渗透系数平均值小于１×１０～ｃｍ／ｓ，高压摆喷防渗墙渗 可为类似工程参考。此外，防洪墙竣工投入运行至今已 透系数平均值小于１×１０一ｃｍ／ｓ，满足设计要求。 近３年，汛期期间，堤内均未发现处理前的冒水、涌砂等 ４）经钻孔取芯试验表明：防渗墙的成墙高度、轴线 渗透变形破坏现象，邻近防洪墙的高层建筑地下室基坑 偏差等均在控制范围内，满足设计要求。钻孔注水试验 开挖涌水量亦明显减少，证明防渗墙的施工方案是成功 结果为：防渗墙的渗透系数为２．３６×１０ ～２．７９×１０ 的。 ｃｍ／ｓ，属微透水，稍大于设计值，与钻心后防渗墙的有 参考文献： 效厚度变薄有关。 ［１］水利部．ＳＬ１８８—２００５堤防工程地质勘察规程［Ｓ］．北京： ６结语 中国水利水电出版社，２００５． 本工程堤基地质条件比较复杂，杂填土厚度变化较 ［２］ 白永年．中国堤坝防渗加固新技术［Ｍ］．北京：中国水利 大，成分较复杂，土质极不均匀，渗透性能差异大，下伏 水电出版社，２００１． 的粗砂、砂卵石等强透水层深厚，堤基需进行防渗处理。 ［３］ 中华人民共和国国家发展和改革委员会．ＤＬ／Ｔ５２００—２００４ 水利水电工程高压喷射灌浆技术规范［Ｓ］．北京：中国电 设计采用悬挂式防渗墙，施工方案经比选后采用振动沉 力出版社，２００５． 模结合高压摆喷的综合防渗成墙技术，防渗墙施工完毕 （本文责任编辑马克俊） 后经挖坑检查、取样测试、钻孔取芯等检测，其各方面指 ・４４・
