堤防除险加固实用技术 第五章 堤防垂直防渗与地基加固技术 2第三节 防渗墙技术防渗墙可以作为堤身和地基的防渗体，也可用于挡土、防冲。根据施工工艺的不同，防渗墙可分为槽段式、桩柱式和预制拼装式。特别是射水、锯槽、链斗、多头搅拌桩、插板等薄墙方法可较为经济有效地适用于堤防的垂直防渗。一、槽段式防渗墙槽段式防渗墙可采用抓斗、冲击钻劈打、轮铣、射水、锯槽、链斗、多头钻等成槽机具分一、二期跳打成槽。按槽厚可分为薄墙(2060cm)和厚墙(60120cm)。受机械尺寸所限，抓斗、冲击钻劈打、轮铣等机具仅能形成厚墙，槽孔长度多依据地质条件、混凝土供应强度、施工工艺等确定，多在 25m 间。而射水、锯槽、链斗、多头钻等成槽机具和改进的薄型抓斗（3040cm）、轮铣(2060cm)机具可以形成较薄的薄墙。各种机具都有其适用地层的问题，如卵砾石含量高且大的地层，多采用冲击钻造孔，抽桶出渣，甚至采用预爆破或定向聚能爆破作业处理。1.成槽 建造槽孔前，多埋设 1-2m 深的木材或混凝土孔口导向槽板。建造槽孔多采用 SiO2和 Al2O3比值在 3-4 间的粘土（有条件时采用澎润土）泥浆护壁，参见表 55。应保持孔内泥浆浆面在导向槽板 30-50cm 以内，并大于地下水位 1m 以上。抽桶或反循环出渣清孔，在造孔完毕后，孔底淤积厚度应小于 10cm，孔内泥浆的比重小于 1.3，粘度小于 30 秒，含砂量小于 12%。成槽孔斜一般要求要小于 0.2-0.4%，一、二期墙厚搭接要大于 2/3 墙厚，搭接方式有接头管法、钻凿法、双反弧钻法等。表 55 泥浆性能表粘度(s)比重粘粒含量含砂量塑性指数胶体率稳定性失水量(ml/30min)静切力（10Pa）泥饼厚（mm）pH1min 10min1825 1.11.2 50% 5%2096%0.03 2030 2030 50100 24 792.墙体材料与浇筑 墙体材料可采用混凝土、钢筋混凝土、塑性混凝土、土工膜、自凝灰浆。混凝土、塑性混凝土采用槽孔内下道管泥浆中浇筑成墙工艺。钢筋混凝土则在浇筑前置入钢筋笼。塑性混凝土（每方）由水泥（70220kg）、膨润土（80150kg）、砂石骨料（1600kg 左右）和水组成，常掺入粉煤灰（5080kg）和外加剂。所制成的混凝土密度为 1921kN/m 3，弹模值在 2001000MPa，有较好的变形适应性，28 天的抗压强度值大于 2MPa，渗透系数在 10-610 -7cm/s。自凝灰浆由水泥、膨润土、缓凝剂和水组成，每方灰浆用水泥 100250kg、膨润土 3050kg，浆液密度为 1213 kN/m 3，弹模值小于 100MPa，有较好的变形适应性，28 天的抗压强度值约为 0.1MPa，渗透系数在 10-6-10-7cm/s。在成槽过程中，该浆液起护壁、悬浮渣削、冷却润滑切削头的作用，槽孔形成后，无需浇筑，自行凝结硬化构成防渗墙。在成槽后的泥浆中加入各种固化材料，即不限制造孔时间，又可根据需要加入各种固化材料和数量凝结硬化形成强度和抗渗性较高的防渗墙，则称之为固化灰浆。 采用直升导管法浇筑泥浆下混凝土时，其配合比多有试验确定，其骨料一般不大于 4cm，入槽坍落度多在 18-22cm 间。相邻导管间距要小于 3m，和槽端的间距 1m 左右。导管埋入混凝土在 1-5m 间，按每小时不大于 2m 的上升速度连续浇筑。3.射水法成墙 射水法成墙机主要由造孔机、混凝土搅拌机和浇筑机组成。利用造孔机的成型器内射水喷嘴形成的高速水流（泥浆）切割土层，成型器上下运动切割修整孔壁，采用泥浆护壁，正循环或反循环出渣。槽孔成型后采用导管法水（泥浆）下浇筑混凝土、塑性混凝土或钢筋混凝土形成防渗墙。槽形长为 150200cm，厚为 2260cm，深度可达 30m。适应于砂、土层和粒径小于100mm 的砂砾石地层，垂直精度为 1/300，二序槽孔采用成型器侧向喷嘴冲洗一序槽孔侧壁进行连接。每台班工效可达 5070m 2，水泥用量为 100kg/m2，造价为 150170 元/m 2（厚 22 cm 混凝土墙）。4.锯槽法成墙 锯槽法采用锯槽机，主要由近乎垂直的锯管在功率较大的上下摆动装置，或液压装置（又称液压开槽机）驱动下，锯管设置的刀刃切割地层，随锯槽机根据地层状况按 0.140cm/min 的速度向前移动开槽。采用泥浆护壁，正循环或反循环出渣。槽厚可为 1840cm，深度可达 40m。槽孔成型后，根据需要可采用导管法水（泥浆）下浇筑混凝土、塑性混凝土或钢筋混凝土形成防渗墙，但需要采用水胀胶囊等隔浆装置隔离开槽区和浇筑区。由于该法连续成槽的特点，可以采用连续铺土工膜（垂直铺塑）和自凝灰浆技术成墙。该法适应于砂、土层和粒径小于 100mm 的砂砾石地层，垂直精度不会影响其连续性，每台班工效可达 50150m 2，造价为 150250 元/m 2。5.链斗法成墙 采用链斗（也可采用旋转式、往复式等方法）开挖沟槽，链斗多为斜卧于槽内，也有直立形式（日本 TRD 工法）。槽厚可为 1650cm，深度可达 15m（TRD 工法可达 60m），该法适应于砂、土层和含 30%以下粒径小于槽厚的砂砾石地层。其浇筑混凝土和铺土工膜方法类似锯槽法成墙。 6.薄型抓斗成墙 薄型抓斗斗宽 30cm，开度 1.72.8m，挖深 1640m。采用两序施工，槽段以接头管法连接，槽孔长度一般为 58m。适应于砂、土层和砂砾石地层。每台班工效可达 80100m 2，造价为 200300 元/m 2。二、桩柱式防渗墙桩柱式防渗墙可采用回转钻、冲击钻、螺旋钻、多头钻、搅拌钻等成孔机具成孔。墙体材料可采用混凝土、钢筋混凝土、塑性混凝土、水泥土等。采用套打连接成墙。多头搅拌桩薄墙是利用多头小直径深层搅拌机，将水灰比为 0.82 的水泥浆喷入土体并搅拌成水泥土墙，适用于粘土、砂土、淤泥质土及少量粒径小于5cm 砾石地层。其主要技术性能指标如下：1.主机自重：16t；主机外形尺寸：5.51.918.0m；额定功率：55kW；钻头直径：2030cm。2.成墙最大深度：18m，成墙厚度：1030cm，渗透系数：10 -510 -8cm/s，抗压强度：0.3MPa 以上，渗透破坏比降：200 以上。3.一般水泥用量为 4060kg/m 2,造价 7090 元/m 2。三、预制拼装式防渗墙预制拼装式可采用锤击、插板机、射水法等机具和工艺成墙，或者采用槽孔中置入成墙。墙体材料有钢板、钢筋混凝土板等。超薄型插板式防渗墙是采用重型液压振动锤（功率 300600kW），将宽度为 50100cm 的 H 型钢板，振动插入成槽，形成厚度为 8 cm 左右的超薄型插板式防渗墙槽体，利用在 H 型钢板中设置的管路，注入水泥或水泥膨润土浆液构筑成防渗墙。需要配置功率为 600kW ,100t 的液压起重机，每小时可完成 2030 m2,每平米约需 100200 元。该方法适用于 20m 内的地层，遇到薄砂砾石层或卵石需要更大功率的顶部振动器，若需嵌入岩石则需进行高压喷射特别处理。防渗墙质量检测可采用施工质量检测（预留水泥土试块、动测法、抽芯法、外观开挖、现场静载法）、位移观测（水平位移观测点、测斜管）、堤后地下水水位观测、围井测试等。第四节 高压喷射灌浆和深层搅拌法加固技术高压喷射灌浆和深层搅拌法加固技术相似，其主要差别在于采用不同的加料拌和手段。一、高压喷射灌浆技术高压喷射法就是利用工程钻机钻孔至设计处理的深度后，用高压泥浆泵，通过安装在钻杆（喷杆）杆端置于孔底的特殊喷嘴，向周围土体高压喷射固化浆液(一般使用水泥浆液)，同时钻杆（喷杆）以一定的速度边旋转边提升，高压射流使一定范围内的土体结构破坏，并强制与固化浆液混合，凝固后便在土体中形成具有一定性能和形状的固结体。固结体的形状和喷射流的移动方向有关。一般分为旋转喷射(简称旋喷)，定向喷射(简称定喷)和摆动喷射(简称摆喷)。旋喷桩主要用于加固地基，提高地基的抗剪强度，改善地基土的变形性能，使其在上部结构荷载作用下，不至破坏或产生过大的变形。定喷固结体呈壁状，摆喷形成厚度较大的扇状固结体。定喷和摆喷通常用于地基防渗，改善地基土的水力条件及边坡稳定等工程。（一）加固机理高喷法如三管高喷法用压缩空气包裹高压喷射水流冲击破坏搅动土体，同时用低压灌浆泵灌入浆液，浆液被高压水、气射流卷吸带入，同时与被搅动土体混合形成固结体。加固地基，形成桩、板、墙的机理可用五种作用来说明： 1.高压喷射流切割破坏土体作用 喷流动压以脉冲形式冲击土体，使土体结构破坏出现空洞。2.混合搅拌作用 钻杆在旋转和提升的过程中，在射流后面形成空隙，在喷射压力作用下，迫使土粒向与喷嘴移动相反的方向(即阻力小的方向)移动，与浆液搅拌混合后形成固结体。3.置换作用 三重管高喷法又称置换法，高速水射流切割土体的同时，由于通入压缩空气而把一部分切割下的土粒排出灌浆孔，土粒排出后所空下的体积由灌入的浆液补入。4.充填、渗透固结作用 高压浆液充填冲开的和原有的土体空隙，析水固结，还可渗入一定厚度的砂层而形成固结体。5.压密作用 高压喷射流在切割破碎土体的过程中，在破碎带边缘还有剩余压力，这种压力对土层可产生一定的压密作用，使高喷桩体边缘部分的抗压强度高于中心部分。（二）基本种类按喷射介质及其管路多少可分为单管法、二管法、三管法等，见图 57。图 57 高压喷射灌浆示意图 1.单管旋喷法 通过单根管路，利用高压浆液（2030MPa），喷射冲切破坏土体，成桩直径为 4050cm。其加固质量好，施工速度快和成本低，但固结体直径较小。2.二管旋喷法 在单管法的基础上又加以压缩空气，并使用双通道的二重灌浆管。在管的底部侧面有一个同轴双重喷嘴，高压浆液以 20MPa 左右的压力从内喷嘴中高速喷出，在射流的外围加以 0.7MPa 左右的压缩空气喷出。在土体中形成直径明显增加的柱状固结体，达 80150cm。3.三管旋喷法 使用分别输送水、气、浆三种介质的三重灌浆管。高压水射流和外围环绕的气流同轴喷射冲切破坏土体，在高压水射流的喷嘴周围加上圆筒状的空气射流，进行水、气同轴喷射，可以减少水射流与周围介质的摩擦，避免水射流过早雾化，增强水射流的切割能力。喷嘴边旋转喷射，边提升，在地基中形成较大的负压区，携带同时压入的浆液充填空隙，就会在地基中形成直径较大、强度较高的固结体，起到加固地基的作用。（三）浆液材料水泥是喷射灌浆的基本材料，水泥类浆液可分为以下几种类型。1.普通型浆液 一般采用普通硅酸盐水泥，不加任何外加剂，水灰比一般为0.8：11.5:1，固结体的抗压强度(28d)最大可达 1.020MPa，适应于无特殊要求的工程。2.速凝早强型 适于地下水位较高或要求早期承担荷载的工程，需在水泥浆中加入氯化钙、三乙醇胺等速凝早强剂。掺入 2%氯化钙的水泥土的固结体的抗压强度为 1.6MPa，掺入 4%氯化钙后为 2.4MPa。3.高强型 喷射固结体的平均抗压强度在 20MPa 以上。可以选择高标号的水泥，或选择高效能的扩散剂和无机盐组成的复合配方等。在水泥浆中掺入 24%的水玻璃，其抗渗性有明显提高。如工程以抗渗为目的，最好使用“柔性材料”。可在水泥浆液中掺入 1050%的膨润土(占水泥重量的面分比)。此时不宜使用矿渣水泥，如仅有抗渗要求而无抗冻要者，可使用火山灰水泥。（四）高压喷射灌浆工艺喷射范围应在现场通过试验确定。高喷固结体的范围大小与土的种类和其密实程度有较密切的关系，不同的喷射种类和喷射方式所形成的固结体大小也不相同。定喷的喷射能量集中，喷射范围较大，参见表 56。表 56 高压喷射灌浆固结体的特性喷灌方法固结体特性单管法 二管法 三管法固 结 体 有 效 直 径(m)粘性土0N10 1.20.2 1.40.3 2.00.310