覆盖层的处理方法

(1)混凝土防渗墙。我国的防渗墙施工技术是从1958年修建青岛月子口水库防渗墙开始发展起来的,随后在密云水库修建了第一座槽孔式混凝土防渗墙。至今已建成70多座,总计70余万m2。在世界上深度超过40m 的防渗墙中我国就有25座。近几年我国混凝土防渗墙技术有突破性的进展。

1)采用液压铣槽机、抓斗等高效机械和先进工艺,完成了国内综合难度最大的三峡工程二期上游围堰防渗墙。三峡二期上游围堰防渗墙的成功,标志着我国的混凝土防渗墙施工技术已基本摆脱了依靠老式冲击钻的时代,迈入了液压机械的时代,专家鉴定该项施工技术和工程实践总体上达到国际领先水平。

2)建成了国内目前最深、混凝土强度最高的防渗墙——小浪底主坝混凝土防渗墙,该墙深达81.9m,混凝土强度35MPa。还建成了世界上防渗面积最大的混凝土防渗墙——河北黄壁庄水库副坝混凝土防渗墙,其轴线长4860m,最大深度70m,防渗面积近30万m2。最近,深度为100m 的混凝土防渗墙现场试验也已在新疆下坂地水利枢纽完成,这是我国第二次向百米深墙的纪录冲击。深达140m 的四川冶勒水电站防渗墙正在施工,该道墙分为上下两段,上段在地面施工,下段在地下隧洞内施工。下段防渗墙的施工使用了洞内小型液压铣槽机,这也是国内首个工程实例,代表了我国防渗墙施工的最新水平。

3)塑性混凝土进一步推广应用。塑性混凝土自20世纪80年代引进我国以后,推广应用较快。长江三峡二期围堰防渗墙采用了塑性混凝土,围堰建成挡水后,墙体上部向下游变位达590mm,但围堰运行正常,2003年三峡二期上下游围堰防渗墙完成其历史使命被拆除,拆除后对混凝土墙体取样进行了大量的检测试验,这是防渗墙建筑史上最大规模的原型检测试验,检验结果总体表明墙体性能指标与设计和科研成果相一致。

4)墙段接头技术有新的突破。防渗墙墙段连接是防渗墙施工的一个难点,国内一直以钻凿法为主,这种方法工效低、消耗大。中国水利水电基础工程局科研所经过多年的研究,开发出一项专利技术,研制出一种新型拔管机,在黑龙江尼尔基水库、河北黄壁庄水库、西藏直孔水电站、新疆下坂地水利枢纽的防渗墙施工或试验中成功应用,最大拔管深度达到79m(直径80cm),创造了世界防渗墙施工的最深纪录。

此外,在我国承建的越南拜尚水闸的防渗墙施工中,成功地采用了在墙段接缝中安设PVC 止水片的技术。在润扬长江公路大桥北锚碇地连墙墙段接缝中采用了V 形钢板连接技术,外商在小浪底主坝左岸防渗墙施工中采用了与防渗墙轴线垂直的接头槽技术,都获得了成功。

5)自凝灰浆防渗墙在三峡工程三期围堰中得到应用,这是国内水利水电工程的成功首例。

6)地下连续墙技术在建筑领域广泛应用。近年来,地下连续墙在国内大中城市的中高层建筑中得到广泛应用,在矿产、交通等领域也较多地应用了这项技术。

在实际工程中,四川南极河冶勒水电站,河床坝基覆盖层深达百米,在现场进行了混凝土防渗墙和帐幕灌浆的工程试验,其混凝土墙深达101m,墙厚从0.8～1.0m 增加到1.2m,墙体垂直精度0.2%,墙体28d强度大于40MPa。在基础100m 以下,打廊道进行100m 深的帐幕灌浆,可以达到200m 深的覆盖层处理。二滩水电站上下游围堰河床覆盖层44m,主要由卵砾石、漂石组成,堰长127m。采用旋转冲击式SM505型喷射钻机,高压泵压力0～100MPa,实用40～50MPa,造孔斜率1%。喷射直径4m,防渗墙有效墙厚2.6m,实用直径1.5m,三排孔连锁。小浪底工程地质复杂,坝基覆盖层深82m,表层为粉细砂层,分布于右岸滩地,厚3～7m;上部砂砾石层厚30～45m,为石英砂岩组成,砾石最大粒径30～40cm;中间有夹层厚10～25m;深槽底部砂砾石厚5～10m;接近基岩有大孤石,最大粒径3m;基岩为粉砂质粘土岩。小浪底主坝斜心墙下设有一道1.2m 厚的混凝土防渗墙,防渗墙轴线全长439m,总防渗面积21800m2,防渗墙设计强度为35MPa,弹性模量为3×104MPa。

我国的防渗墙施工机具和工艺基本上保持了冲击钻机造孔,抽筒出渣,当地粘土造浆,用钻头套打接头孔的传统施工工艺。通过“六五”和“七五”科技攻关,在防渗墙施工技术方面取得了一些进步。在机具方面研制了冲击反循环钻机(已用于三峡围堰深防渗墙的施工),该钻机采用泵吸法及气举法出渣,造墙深度可达85m 以上。试验时的纯钻工效可达1.8m/h,比目前的冲击式钻机提高工效约l倍。“七五”期间研制的液压导板抓斗已用于水口主围堰防渗墙的施工,该抓斗宽0.8m、长2.1m,可抓深度为40m,在一般的土壤和砂卵石土层中其工效可达32.4m2/台班。20世纪70年代上海等地研制成功了多头钻,但该钻机仅适用于城市软土地基造墙,在水电工程中,未能推广应用。

在造孔泥浆方面,我国水电工程中仍大量使用当地粘土浆。多年的实践证明,使用当地粘土造浆,当粘土质量较差时,可掺加部分膨润土和外加剂,使泥浆的性能基本满足要求,并且可大大降低造价。

结合我国特点,充分发挥现有大量冲击钻机的作用而研究的“两钻一抓”造孔施工技术(即用冲击钻凿主孔,用抓斗抓取副孔)提高了造墙施工的质量及速度。在水口水电站的施工中证明,它比单独用冲击钻造孔成墙提高工效1 倍,降低造价22%。在一般砂卵砾石地层中的平均造孔工效可达6.6m2/(台·日),它是目前适合我国国情的一种较为经济有效的施工方法,值得大力推广。国外一些重要工程,如加拿大的大角坝防渗墙和马尼克3号坝防渗墙基本上是用此种方法建成的。大角坝防渗墙的成墙速度为5.4m2/(台·日),马尼克3号坝的成墙速度3.14m2/日(94.3m2/月)。(www.xing528.com)

近年来,沥青混凝土防渗结构在我国坝工建设中的应用又有新的进展。目前我国已建成沥青混凝土心墙土石坝12座,沥青混凝土面板土石坝(含蓄水库)28座,在建的沥青混凝土防渗护面的堆石坝(蓄水库)有3座,沥青混凝土心墙坝有3座,还有相当数量的拟建工程也将采用沥青混凝土防渗结构。这项技术与国外先进水平的差距主要表现在国内还没有形成一家即掌握先进施工技术,又拥有先进施工设备技术(特别是水工沥青混凝土摊铺机技术)的专业施工队伍。值得注意的是,我国自行研制的沥青混凝土摊铺机已具有一定技术水平,相关关键技术已获得专利,研制的摊铺机在重庆洞塘、新疆坎尔其和甘肃峡口得到应用,效果令人满意。

(2)覆盖层灌浆。覆盖层灌浆在国内通常采用循环钻灌法,国外较多采用预埋花管法。近年来国内两种方法都有应用和发展。

重庆小南海水库地震堆积天然坝体防渗灌浆帷幕,采用循环钻灌法、无岩芯钻进、泥浆固壁施工,灌注水泥粘土浆。南京市长江堤防有的地段采用预埋花管法也获得了成功。新疆下坂地水利枢纽坝基覆盖层最大深度近150m,坝基防渗计划采用防渗墙下接帷幕灌浆的方案,目前灌浆试验正在进行中。采用循环钻灌法,灌浆深度达到155m,这是循环钻灌法在世界上的最大施工深度。

(3)振冲加固。振冲技术已广泛应用于软土地基加固中。随着技术的发展,振冲器的性能也在不断改进。近几年,多数工程采用了大功率振冲器,广东飞来峡水利枢纽利用振冲法加固中粗砂地层,使用了150k W 液压振冲器和120k W、75k W 电动振冲器,加密深度20m,进尺10 万余m,面积5万m2。

振冲工艺在不断改进,填料方法由以往的间断填料法或连续填料法发展为强迫填料法。强迫填料法解决了软粘土缩孔、砂土塌孔、填料困难的问题,填料强度大,成桩质量好。质量控制标准由原来的单一控制加密电流,发展为同时控制加密电流、留振时间、加密段长三个指标。2001年,《水利水电工程地基振冲法处理技术规范》已经编制完成,这也是水利行业的第一部振冲法加固地基的技术标准。

(4)高喷灌浆。高压喷射注浆法是在化学注浆和水力采煤的基础上,引入高水射流技术发展起来的一项新的软弱地基处理技术。其工作原理是利用小口径钻孔,在原位通过射流水力切割、破碎土层,同步(或分步)注入固结浆液,使浆液与土体形成具有较高强度和一定几何尺寸的固结体,从而改变松散土层的力学性质和渗透系数,达到加固软弱地基的目的。用高压喷射灌浆不仅可以用于加固地基,提高承载力,也可以用来构筑防渗板墙。高压喷射注浆法包括旋转喷射(旋喷)、定向喷射(定喷)和摆动喷射(摆喷),其中,高压旋喷注浆法应用较广。1968年,日本首创高压旋喷的单管法(称CCP工法),先后用于地基加固和防水工程。之后,意大利、德国和前苏联等国陆续引进该项技术,在CCP工法的基础上,又发展了二重管旋喷法(JGP 和JSG 工法)、三重管旋喷法(CJP 工法),使高压喷射注浆技术得到迅速发展。相对来说,国外在该方面开发较早,应用面较广,设备机具配套也较齐全。意大利是高压喷射注浆技术发展比较成熟的国家之一。近年已将高压旋喷注浆广泛用于承载地基改性处理和已建成的构筑物下面的地基加固和透水层的防渗处理。大量应用于桥梁、房屋等多类构筑物的承载基础、围护桩;用于名胜古迹等建筑物不均匀沉降处理;地下隧洞超前防塌软土固结、管棚法施工;用于滑坡治理、隔水防渗帷幕及地下连续墙(如大型船泊港口开挖围护)的建造等,部分取代了原有软土地基加固及防渗方法。该国自20世纪70年代末期开始采用该技术以来,发展迅速,已形成了自己的技术特点:①在工艺方面以单管法为主,99%的工程均采用单管施工,对于土质较硬的地层使用分喷法;②为提高旋喷桩横向承载力,一些工程在旋喷后插入钢筋或型钢;③普遍采用高喷射压力,单管法最大达60MPa;④广泛使用全液压动力头式钻机,一机可兼作成孔、喷灌作业;⑤非常注重高压旋喷注浆工艺参数的优选工作,制定了一套参数优选程序,十分注意浆液配制与净化工作等。

日本在发展和完善各类工法的同时,还研制和应用了静态增压机,通常可用来发生100MPa以上的高压,提高了喷射效果。二重管旋喷法及二重管复合注浆工法在我国台湾省台北市发展很快,在地铁工程中也主要采用单管法和双重管法。但台湾的喷射注浆主要由来自德国、意大利和新加坡的外国公司施工,机具基本上也是国外的。其施工机械水平和效率均比大陆高。如台北市忠孝路地下车站软基处理采用高压旋喷法(压力为60MPa),土体加固强度5MPa以上,旋喷直径达2.5m。目前国外的高喷灌浆技术发展很快,应用也十分广泛,其最大喷射深度已达70m 以上,所使用的高压喷射泵其最大压力已达70MPa,并有对水泥灌浆压力,喷射浆液的数量及喷射深度进行实时记录的自动记录仪。

高喷灌浆于20世纪70年代引入我国,80年代在水利工程中推广应用,并首次采用高压旋喷技术(即喷嘴只按一定角度摆动而不旋转),在砂砾石坝基中构筑了长147m,平均深12.4m 的防渗板墙1821m2。据有关资料报道,近期使用高压旋喷技术,在粘土夹碎石及砂砾石层地基中已进行了深达47m 的防渗板墙的施工。90年代外国承包商利用先进的技术和设备在二滩和小浪底工程中建造了质量良好的高喷防渗墙。近年来,我国的高喷技术获得了进一步的发展,在大量工程实践的基础上,《水工建筑物防渗工程高压喷射灌浆技术规范》也在2001年编制完成,这是水利行业的第一部高喷灌浆技术标准。

高压喷射灌浆具有设备简单,施工简便,工效较高,质量可靠,成本低廉等特点。施工时噪音低、振动小。1974年以来我国已有50多项工程成功地使用此法加固处理了工程地基,今后将有很大的发展前途。十多年来,高喷技术在我国得到了迅速的推广,特别是中小型水库工程中使用更为广泛,最近,该项技术在含大块石的砂卵石地层中也成功地得以运用。

高压喷射注浆工程目前已由水库坝基加固扩大到地质灾害整治、高层建筑、地铁深基坑开挖挡土防渗连续墙的建造、地基基础加固以及直接作承载桩等,以沿海开发区为多。陕西省韩城矿务局在广州市黄沙地铁试验段承接住宅地基沉陷加固,采用三重管法,孔深20m,旋喷固结体直径1.0m,每条桩工程达1.2万元。江西九一五队早年承接过广州市两湖综合大楼旋喷防渗挡土工程。其他如深圳、海南、厦门等地喷射注浆工程市场正方兴未艾。其次如长沙、武汉等内地喷射注浆工程也在逐渐增多,它是地勘市场发展的一个新方向。