振动沉模防渗板墙在堤围中的应用

2011-11-09蔡海川

中国新技术新产品 2011年16期

蔡海川

（汕头市水利水电勘测设计院，广东汕头 515041）

1.工程概况

1.1 地理位置

揭东县磐岭围分为南河堤、北河堤，位于揭阳市榕城区之西，南临榕江南河，北濒榕江北河，西与揭西县相接。堤围全长35.718公里，其中属揭东县境内总长24.267公里，计南河堤11.987公里，北河堤12.28公里。围内总集水面积133.64平方公里，地势西北高、东南低，受益地区包括揭东县境内新亨、桂岭、白塔、霖磐、月城五个镇及揭阳市榕城区的一部分，捍卫耕地面积12.47万亩，人口56.38万人。

1.2 工程地质及存在问题

磐岭围地处榕江三角洲腹地，地貌上为榕江南河水道北岸第四系一级阶地，堤围筑填土厚度0.7～8.0m，第四系由一套三角洲海陆交相互冲积层之粉质粘土、淤泥、粉土、粉砂、细砂、中砂、粗砂花岗岩风化土组成，厚度11.7～50.9m，在场地西部厚度较小，与下伏残积土层呈不整合接触，土层特征由上而下描述如下：

①堤筑填土，由灰黄色粗中（细砂）、粉土、粘土组成，砂松散，中等透水～强透水，标贯12次，5～10击，平均7击；粉土、粘土可塑，液微透水～弱透水，标贯6次，5～12击，平均8击。本层堤顶筑填厚度4.40～9.10米。承载力标准值90KPa。

②粘土（含砂）粉土、中粗砂、细粉砂：灰黄灰白色，粘土、（含砂）粉土可塑，极微～中等透水，标贯4次，3～8击，平均6击，中粗砂细粉砂松散～中密中等～强透水，标贯5次6～25击，平均13击。层顶标高5.95～2.20米，层厚0.00～7.50米。承载力标准值112KPa。

③有机质粉土、（含砂）有机质粘土、（粉土、粘土）夹中砂、细粉砂：青灰（褐）、灰黄色，有机质土饱和，流塑，高压缩性含有机质及少量砂，极微～中等透水，标贯13次，小于1击；中砂、细粉砂松散～中密，中等透水，层顶标高19.5～-5.40米，层厚1.00～18.20米。承载力标准值小于40KPa。

④粗中砂、细粉砂、粘土、粉土（局部夹有机质粉土、泥炭土）：灰白、灰黄（褐）色，粗中砂为主，次棱次圆状，成份主要为石英、长石、稍密～中密状态，局部松散，中等～强透水，标贯66次，6～25击，平均17击；粘土、粉土可塑，局部软塑，极微～弱透水，标贯26次，2～7击，平均5击。层顶标高-0.06～-18.40米，层厚2.70～26.70米以上。承载力标准植250KPa（粗中砂）～150KPa（粘土、粉土）。

⑤全风化花岗岩：杂色，岩石全风化为粘（粉）土质砂、含砂粘土、粉土，可塑，微～中等透水。标贯7次，13～17次，平均15次。层顶标高-16.73～-23.30米，揭露5.50～8.00米未穿。承载力标准值230KPa。

揭东磐岭围虽经1990年～1996年历时7年加固，堤身已按20年一遇的防洪标准加高培厚，抗洪能力有所提高，但已加固的堤段实质上也只是堤面加高培厚，堤身、堤基存在的渗漏问题并未消除，工程仍存在严重的隐患。

2 防渗措施

考虑到本堤段特点，本次除险加固防渗措施设计为振动沉模防渗墙，桩号为北河堤5+800～9+650，总长3850米。深度11.4～12.6m，其基本工作原理由以下几部分组成：a)振动机械原理,振动沉模防渗板墙动力设备是振动锤，在其两根轴上各装有偏心块，由偏心块产生偏心力。当两轴相向同速运转，横向偏心力抵消，竖向偏心力相加，使振动体系产生垂直往复高频率振动。振动体系具有很高的质量和速度，产生强大的冲击动量，将空腹模板迅速沉入地层。b)振动沉模原理,振动体系的竖向往复振动，将模板沉入地层。

由于模板在振动力作用下使土体受到强迫震动产生局部剪胀破坏或液化破坏，土体内摩擦力急剧降低，阻力减小，提高了模板的沉入速度。同时挤压、振密模板周边一定范围内的土层。c)振动模板的成墙机理。

2.1 模板作用

振动模板沉入土层后，注满浆体；当振动模板提拔时，同时浆体从模板下端注入槽孔内，空腹模板起到了护壁作用，由于造槽是在不释放地基应力的情况下实现的，因此不会出现缩壁和塌壁现象。从而成为造槽、护壁、浇注一次性直接成墙的新工艺，保证了浆体在槽孔内良好的充盈性和稳定性。

2.2 导向作用

为了保证防渗板墙连续可靠，无纵横向开叉，该项新技术采用了两块模板联合施工工艺，先已沉入地层的模板可作为后沉入模板的导向，保证了各相邻单板体在一个平面内紧密结合成墙。

2.3 振捣作用

模板在振动提拔时，对模板内及注入槽孔内的浆体有连续振捣作用，使墙体充分振动密实。同时，又使浆体向两侧挤压，板厚增加。

2.4 板墙接缝紧密的机理

振动沉模的模板作用、导向作用、振捣作用都使板墙接缝结合紧密。同时每个单板体板墙从震动沉模灌注完成时间很短，一般仅为10分钟左右，在灌注材料初凝之前，可连续完成多个单板墙施工。因此，几个相邻单板墙体浆液经反复震动而互相混合，使模板接头处的浆液溶为一体，不存在墙间接缝问题，从而保证了板墙的连续完整性。

本次设计对振动沉模板墙的技术要求有以下几点：① 振动沉模防渗板墙的深度和长度按设计要求施工，双板扣接，每块板墙的灌浆量应等于或大于需求量。墙底要达到设计高程，其中墙底深度误差不大于0.3m，施工轴线应在设计防渗墙中心线上，上下游方向最大误差不超过8cm。②墙体的厚度≥8cm，墙体连续。③设计墙体抗压强度P≥1 Mpa。④渗透系数R≤I×10-6cm/s。⑤墙体破坏坡降j≥300。

3.试验计划及施工工艺参数

为了寻求适合本工程地质情况的施工工艺参数，工程于桩号8+215为起点，做了10米的试验段，工程量约120 m2。

3.1 试验的目的

①通过试验确定施工工艺方案和施工工艺参数。②通过开挖，现场直观检查防渗板墙的连续性和成墙厚度。③防渗墙开挖后取样送检，检测板墙抗压强度及渗透系数是否满足设计要求。④主要施工机械系统的运行情况。

3.2 试验施工

(1)施工工序

①桩机、模板就位。桩机就位在施工轴线上将桩机调平，调整完毕后使A模板就位，利用振动体系自重将板刃压入土中，检测调整模板和立柱的垂直度达到设计要求。②振动沉模。启动振锤，将A模板沉入地层中，达到设计深度，然后将B模板沿施工轴线在A模板前侧与A模板紧密并接，以A模为导向板，沉入地层设计深度。③灌注提升A模板。向A模板内灌满浆体，然后边拔、边灌注，直至拔出地面，浆体留在槽孔内。灌注提升结束后，要保持浆体在墙顶设计高程。④再沉入A模板。A模板提拔出地面后，立即沿施工轴线移至B模板前侧就位，以B模板为导向板，A模板沿B模板沉入地层达到设计深度。