薄型抓斗防渗墙施工技术.doc

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1、薄型抓斗防渗墙施工技术第33卷第8期2002年8月人民长江YaIigzq:RiverAug.,2002文章编号:10014179(20o2)081304203薄型抓斗防渗墙施工技术蒋振中(中国水利水电根底工程局,天津301700)术,首先成功地用于广东英德市北江大堤薄型防渗墙工程中.薄型抓斗防渗墙施工技术近年来开展很快,应用较广,介绍了该项技术的设备,工艺,特点,施工效率等,分析了该技术的难点和对策,并对其应用前景和墙体材料提出了建议.关键词:薄型抓斗;混凝土防渗墙;施工工艺;技术难点;应用前景中图分类号:TV543.82文献标识码:A中国水利水电根底工程局在1998年长江,松花江,嫩江发施工

2、技术,首先成功地用于广东英德市北江大堤薄型防渗墙工程中.由于该项技术具有防渗可靠,造价低廉,施工速度快等优点,近3a来已广泛应用于长江,松花江,珠江,黄河堤防的垂直防渗工程中,据统计,各施工单位使用薄型抓斗建成的混凝土防渗墙已超过50万,为堤防加固工程做出了奉献,取得了良好而巨大的社会效益.1薄型抓斗防渗墙施工技术综述抓斗主机一般采用进口或国产的专用设备,其生产厂家有德国宝峨,德国利勃海尔,意大利土力,日本真砂,中国抚顺挖掘60t的履带式起重机,加以改造,也可作为薄型抓斗主机使用,其效率略低于专用设备,但其设备购置费用可大为降低.m,高度67m,重量58t.式使用液压缸推拉斗蚌在地层中抓土成槽

3、,合斗力较高,故在土用推拉斗蚌抓土成槽,结构较简单,可进行冲抓作业,较适用于卵石和硬岩地层.图1示出了钻抓法成墙工艺流程,纯抓法工艺流程与之类似,只不过主孔开挖这道工序用抓斗完成.施工场地平整修建导墙水,电,泥浆站,拌合站制安工程钻机钴主孔抓斗抓副孔孔换浆,槽孔【I期槽厂拔接头管图1钻抓法防渗墙施工工艺流程建造防渗墙需将其分成假设干个槽孔,槽长68m,最长可达1012m,分一,二期施工.槽孔建造可用纯抓法和钻抓法.纯抓法适用于松软或松散地层,多采用两主孔一副孔的三抓成槽.如地层较密实的,为提高成槽效率,就需采用钻抓法,即先用回转钻或冲击钻钻导孔(主孔),然后用抓斗抓取导孔之间的土体(副孔),多

4、采用三钻两抓或四钻三抓成槽.于薄型抓斗防渗墙每一槽段的施工周期较短,为降低工程本钱,收稿日期:20020610作者简介:蒋振中,男,中国水利水电根底工程局,教授级高级工程师.第8期蒋振中:薄型抓斗防渗墙施工技术43断面也尽量缩小,一般为50cm30cm(高宽)的矩形.(2)在抓斗成槽过程中,为保持槽壁稳定,应采用泥浆固壁,现多使用膨润土制浆,其主要指标是密度1.04g/c左右,马氏漏斗粘度3250S.泥浆可重复使用,但需用泥浆净化机除砂(3)薄防渗墙一般采用一级配塑性混凝土为墙体材料,这种材料强度和变形模量均很低,适应地基变形的能力强,抗渗性能好,渗透系数小于i10cm/s,渗透破坏比降可达3

5、00以上.施工现场条件可选用罐车或泵输送混凝土.(5)墙段连接多采用接头管法,也可采用切削法或其它方法,墙段连接是该项技术的难点之一,详见后节.该技术适用地层广泛,在各类覆盖层(如粘土,壤土,砂土,砂砾卵石地层)均能采用,如赣抚大堤丰城段有厚达12m的中粗砂,砂砾石层,松花江依兰城防堤砂卵石层厚达13m,均成功地建造了厚度30cm的防渗墙.对于含少量块石,漂石的地层和硬岩,可用重凿冲击破碎后,再抓取成槽.薄型抓斗防渗墙墙体深度可达40m,已建成的工程实例有成宁邱家湾(36.5m),黄冈浠水(35.0m)等长江堤防垂直防渗m的薄防渗墙,用抓斗也可建造,但其施工效率会随深度增加而大幅降低,墙段之间

6、的连接也需采取特殊方法.段较长,接缝相对较少是其优点之一.其次,墙段之间的连接,不管用接头管法或切削法,都可形成半圆弧或锯齿状的连接,渗径较长,防渗可靠.薄型抓斗防渗墙施工,可按现行技术标准?水利水电工程混凝土防渗墙施工技术标准?(SL17496)进行过程控制,每道工序均有章可循,该标准对各工序质量的检测和检验均有明确的规定,便于检查,可确保墙体质量.薄型抓斗防渗墙造价低廉,其单位面积造价仅为老式冲击钻防渗墙的1/21/3左右.在墙深大于20m的粗颗粒地层中,薄型抓斗墙与其它薄混凝土防渗墙技术相比,不仅施工效率较高,工期较短,而且实际造价也略低,这已在堤防工程中得到印证.用抓斗建造槽孔,其成槽

7、效率上下直接关系到工期与工程本钱,而成槽效率是由地层条件,机械状况和操作手的能力等因素所决定.对于覆盖层而言,影响成槽效率的地层条件有两个:地层土质分类;地层的密实程度.对于前者,一般说来,地层颗粒粒径越大,效率越低,假设干工程的统计资料见表1.表1不同地层抓斗工效m2/(台?d)地层抓斗平均效率地层抓斗平均效率淤泥质土,壤土200250中粗砂,砂砾石90110粉土,粉细砂t60t90砂砾石,砂卵石709o粉细砂,中粗砂140170注:本表是纯抓法工程实例的统计资料.表中砂卵石地层是指最大粒径小于10elTI的地层.除地层分类外,地层的密实程度对抓斗挖槽效率的影响也很大,据已建工程的经验,也可

8、发现有如下规律:(1)即便是细颗粒地层,如密实的粉细砂层,俗称铁板砂层,其挖槽效率可低至50/(台?d);(2)对于标贯值小于15击的细粒土和小于30击的粗粒土,于50击,需配重凿冲砸破碎.在用抓斗开挖基岩时,因岩石的强度和开挖方法不同,其施工效率也是上下不一的,下述内容是笔者收集的国内外工程实例的资料,可供参考.对于抗压强度小于5MPa软岩石,抓斗可以直接开挖,其效率为2040m2/(台?d);对于530MPa中等硬度的岩石,用重凿冲砸后,其效率可到达l020m2/(台?d);对于大于30MPa的硬岩,冲抓结合,其效率为110m2/(台?d).机械状况包括设备保养的水平和备配件的质量,供给两

9、个方面,它们都对成槽效率影响很大.如长江和县牛屯河堤段,设备保养好的抓斗平均效率达180m2/(台?月),而最低者仅为120/(台?月);在备件中抓斗斗体的质量对效率的影响是第一位的.操作手的能力对抓斗开挖效率的影响是不言而喻的,尤其是在复杂地层中作业,如铁板砂,漂卵石和硬岩地层,操作手的技术和经验显得尤为重要.2技术难点与对策2.1松散,漏失地层的成槽方法2.1.1槽1:7土体松散的处理方法因土质不好或填筑质量欠佳造成的槽口土体松散,在抓斗挖槽施工时,极易产生劈裂现象和坍塌,这种情况在堤防加固工程中曾屡次出现.对此,可采取以下一项或多项预防措施:(1)对导墙下46m深的土体用深搅或粉喷桩加固

10、;(2)适当划小一期槽孔长度;(3)在开挖时,采用跳挖法,即同时开挖的一期槽孔中间至少需留出一个一期槽加两个二期槽的距离;(4)适当降低固壁泥浆面的高度.对已产生的劈裂裂缝和坍坑,可采用开挖回填和水泥粘土浆液灌注等方法处理.在抓斗挖槽过程中,遇覆盖层或基岩中的强漏失地层时,泥处理方法是,迅速向槽内回填土料等堵漏材料,并用抓斗翻搅和挤压,然后继续开挖.特别严重的漏失地层,最好在槽孔开挖前预灌水泥膨润土(或粘土)浆液.薄型抓斗防渗墙墙段连接方法最常用的是接头管法,其人民长江2002年它可采用的方法还有切削法和桩柱平接法.(1)机具.接头管用厚壁无缝钢管制成,具有一定强度和设备:在墙体深度小于20m

11、时,可用3050t履带式起重机;在局科研所研制的YB一120型液压拔管机,最大起拔力达120t.在黄冈浠水长江堤防工程中用该机共拔管140根次,总进尺4420m,最大深度达36.0m,成功率100%.(2)起拔工艺.正确确定接头管的起拔时间,是该工法成程,除了依据初凝时间,还要考虑气温,混凝土配比,混凝土面上升速度,接头管埋深等因素,通过试验来选择最正确拔管时间,接头管起拔时所形成的接头孑L,必须及时用泥浆充填,否那么会造成混凝土及覆盖层的坍塌.(3)事故处理.如接头管出现拉断和铸管事故,而又无法取出,造成墙体接缝缺陷时,可用高压喷射灌浆包裹事故接头管部位,加以补救.在墙体深度小于20m,而墙

12、体材料28d抗压强度小于1MPa时,在开挖二期槽时,可直接用抓斗将一期槽的墙体材料切割掉一局部,抓斗斗齿可在两期槽孑L间形成锯齿状的可靠连接,这就是切削法.切削的长度视墙体深度和成槽斜率而定,一般等于墙体厚度.在墙体深度超过40m时,受设备和成槽精度的制约,采用接头管法,易出铸管事故,接缝质量也较难保证,此时可考虑采用本文建议的桩柱平接法.其施工方法是:在预定的相邻槽段接缝处先用回转或冲击钻机建造一直径为80100cm的桩孑L,浇筑低强度的灰浆或塑性混凝土,然后分别用抓斗建造一,二期接,但其上下游均为具有一定抗渗能力的材料所保护,其墙段连接也是可靠的.I肼槽段錾重望星壁主壁II期槽段图2桩柱平

13、接法示意对于抗压强度小于5MPa的软弱岩石,薄型抓斗可以直接抓挖成槽,而对于大于5MPa的硬岩,抓斗开挖效率很低,甚至不能开挖,本文介绍两种硬岩嵌岩方法.(1)机具.重凿主体一般用铸钢制成,底部焊有耐冲击合m,横断面呈长方形:重量35t.驱动重凿冲击的主机,一般选用3050t履带式起重机.对于机械式抓斗,由于其主机就是一种特制的履带式起重机,就不需另外单独配置.(2)工艺要点.槽孑L开挖遇硬岩时,先用重凿冲击破碎,一,每一回次进尺不等,经假设干回次后,可到达预计的嵌岩深度.嵌岩效率的上下取决于正确使用重凿,操作手依据经验,选择重凿合理的提升高度,冲击点数和冲击次数,特别应注意防止过度破碎.在使

14、用钻挖法成槽工艺时,可先将整个槽孑L覆盖层全部挖除后,才开始嵌岩作业,而在使用纯挖法时,应先将主孑L开挖至预计嵌岩深度后,方可开挖副孑L,以防止槽壁失稳.嵌岩作业的主机是冲击反循环钻机,钻具为横断面呈长方形的扁形钻头和排渣管.在遇硬岩抓斗无法作业时,可用主机驱动扁钻头冲击破碎岩石,同时用砂石泵通过排渣管将岩渣排出槽外.基岩钻进方法可用平打法或劈打法.薄型抓斗防渗墙的质量水平取决于对其施工过程中各个工序质量的控制和检查,这些工序是槽孑L建造,清孑L换浆,接头管虑到抓斗成槽的规律,并依据国内外的施工经验,槽孑L建造精度现行标准偏高,建议将孑L斜率标准修改为:在墙深小于25m为8,墙深大于25m为6

15、%o.墙体质量检查应在成墙一个月后进行,检查方法有开挖试或芯样,可对其物理力学性能进行检测,并在所形成的钻孑L内进行注水试验和其它无损检测.3应用前景与建议该技术已在堤防垂直防渗工程积累了丰富的经验,已非常成熟,从其特点和优势出发,结合市场的要求,可考虑从以下几个方面扩大其应用范围:水头较低的病险水库的防渗加固;水利水电工程中围堰防渗墙;环保工程中尾矿坝,垃圾坝的地基防渗.其中病险水库防渗加固已开始应用,辽宁省瓦房店大河水库首次采用了该项新技术,使用1台抓斗,历时66d,成功建造厚度0.4m的薄防渗墙近6000m2,墙体嵌入板岩,石英岩深度平均达1.6m,防渗效果良好,其造价仅为冲击钻防渗墙的一半.堤防上现在应用的薄防渗墙墙体材料以塑性混凝土为主,考虑到薄防渗墙承受水头较小的特点,建议采用国际上大量采用的灰浆类材料:墙体深度小于20m宜用固化灰浆,自凝灰浆宜用于墙体深度超过20m的工程.这两种材料是以水泥,粘土,膨润土为主材的浆液,在成槽过程中混入地层细颗粒后固化硬结形成的具有防渗性能的柔性材料,其施工工艺更为简单.采用灰浆类材料可以进一步缩短工期和降低造价.此外,据国外资料,垃圾坝的防渗墙墙体材料可采用自凝灰浆,并在其中插入不透水耐腐蚀的聚乙烯薄板,该项技术难度不大,也应进行研究开发和应用.(编辑:刘毅)