垂直铺塑防渗技术在淮河大堤上的应用

摘要:以淮河大堤城西湖蓄洪堤为例,详细介绍了垂直铺塑防渗技术的施工事宜及其应用效果。

Abstract: Taking the example of huaihe River dam, anti-seepage technique by laying plastic vertically and the application effect are introduced.

关键词:垂直铺塑防渗技术;淮河大堤;应用

Key words: anti-seepage technique by laying plastic vertically; huaihe dam; application

中图分类号:TV51 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)06-0220-02

垂直铺塑防渗技术是二十世纪八九十年代初开始研制发展起来的一种新的防渗技术,经过十余年的发展和革新,已日趋成熟并广泛应用于水库大坝和江河、湖泊大堤的防渗加固及各种砂性土工建筑物和地基的防渗。笔者在从事水利工程施工期间,先后数次组织和参与了淮河大堤垂直铺塑防渗工程的施工,现就垂直铺塑防渗技术的应用浅述如下:

1概况

淮河大堤城西湖蓄洪堤的堤基上层基本属弱强透水层二元结构,堤基下卧强透水砂层沿堤线连续分布,上覆弱透水层土质及厚度变化较大。大部分堤段覆盖厚度较小,约3~5m,局部砂层直接出露于外滩地表或堤后水塘底。部分堤段堤基表层为砂壤土,局部堤基软弱。

城西湖蓄洪堤的堤身为人工就近取土修筑而成,故堤身填土成分和土性与各相应堤段堤基浅部土层情况相类似。根据勘察资料和试验数据,堤身土主要由壤土和砂壤土组成,由于砂壤土在堤身中占大部分,其渗透系数较大,局部堤段填筑质量不好,压实度低,土体中裂隙较多,抗渗能力差,堤身状况为较差类堤段。大部分堤身由壤土为主堆积而成,堤身抗渗性能较好,加之填筑质量较好,堤身状况为较好类堤段。

2工程的设计

根据地质钻探资料分析,工程位置段堤基从上到下分三层。上部为素土层,高程在22.5～18.5m左右,中部为砂性土层,高程在18.5～10.5m左右,下部为淤泥质粘土,厚度较大,分布范围较广,可作为不透水层.根据地质资料,设计部门设计沿堤脚外侧10m处采用垂直铺塑防渗技术,铺塑深度在11～13m之间,铺塑下端深入不透水层1m。

3垂直铺塑防渗技术的施工原理

首先利用锯槽机在需防渗的土体中垂直开出槽孔,并以泥浆护槽壁,然后将与槽深相当的土工膜下入槽内,使土工膜展开,相邻两幅之间采用搭接的方式连接,最后进行膜两边的土方回填,即形成防渗帷幕。

4施工工艺流程

5机械设备

垂直铺塑防渗技术主要设备是开槽机,辅助设备有拌和机、循环泥浆泵、抽砂机、水泵等。随着近几年的发展,开槽机由单一的往复式发展为链斗式,工效有了极大的提高。链斗式开槽机结构较复杂,设备较繁重,操作难度比往复射流式开槽机大,设备造价也要高出近一倍。

链斗式开槽机最大优点是对粘性土、直径小于15cm的卵石土质特别有效。链斗式开槽机行走机构有两种形式,一种是轮式,一种是轨道式。前者较简单方便,后者则复杂而繁琐。

成槽:利用安装在锯臂上的链斗上的挖斗,通过传动装置转动臂上的链条,链条上的挖斗就可以连续不断的挖掘地层,挖斗上的土通过水冲及辅助人力清理出槽外,同时升降机不断将锯臂下降,加深沟槽,当成槽深度达设计要求时,启动行走装置,向后继续施工,从而形成一条连续的槽沟。

6泥浆循环固壁

为了保证槽孔的稳定性,垂直铺塑防渗施工过程中泥浆循环固壁工艺非常关键。

6.1 泥浆材料的选择护壁泥浆要求相对密度小,粘度适当,稳定性好,过滤水量少,泥皮形成时间短且薄,表面又有韧性。

(1)膨润土。膨润土是制备泥浆的主要原料,它对掺入物的要求低,重复使用次数多,且泥皮薄,韧性大,防渗性好,槽壁稳定,挖槽效率高。使用前应进行泥浆配合比试验。(2)粘土。其粘粒含量应大于50%,塑性指数大于20,含砂量小于5%,二氧化硅和三氧化二铝含量的比值宜为3:4。(3)外加剂。它能使土粒充分水化,充分膨胀,增强泥浆的吸附能力。同时,能置换钙离子,把钙质土变为钠质土,加速粘土的分散,提高粘土的造浆率。(4)增粘剂。它可以提高泥浆粘度、降低过滤水量、改善泥皮性能,使泥浆具有良好的稳定性,并降低泥浆胶凝作用,增强泥浆的固壁效果。

6.2 泥浆的性能指标泥浆拌制和使用时必须检验,选择护壁泥浆的性能时应考虑到地质条件及挖槽方法。泥浆的性能指标应通过试验确定。

6.3 泥浆的制造泥浆制造中应设有一条泥浆拌和系统联动线。其中应包括泥浆拌和机、储料斗、储有各种性能材料的桶或斗、木箱等几部分组成。在经过试验确定好泥浆的材料配合比后可进行泥浆搅拌。

7垂直铺塑土工膜的材料物理参数的选择、联接设计和焊接

7.1 材料水利工程中做垂直防渗用的土工合成材料一般为土工膜和复合土工膜。由于聚乙烯抗拉强度比聚氯乙烯高,耐老化,使用寿命较长,故近年来多采用聚乙烯土工膜。

7.2 物理力学性能指标根据SL/T231-98《聚乙烯(PE)土工膜防渗工程技术规范》要求,土工膜的物理力学性能指标应符合下列要求:密度(ρ)不应低于900kg/m3;破坏拉应力(δ)不应低于12MPa;断裂伸长率(ε)不应低于300%;弹性模量(E)在5℃不应低于70MPa;抗冻性(脆性温度)不应低于-60℃;联接强度应大于母材强度;撕裂强度应大于或等于40N/mm;抗渗强度应在1.05MPa水压下48h不渗水;渗透系数小于10-11cm/s。

7.3 PE土工膜的焊接(1)焊接设备和焊接要求。PE土工膜采用焊接形式达到成幅的目的。焊接可采用双轨自动行走焊接机。焊接质量直接影响防渗效果的好坏,焊接时应根据环境温度、风力大小而调节焊接机的温度。焊接机行走需专用板垫铺。(2)焊接步骤。现场联膜可采用以下步骤:①用干净纱布擦试焊缝搭接处,做到无水、无尘、无垢;土工膜应平行对正,适量搭接,一般各边焊宽10～12cm。②根据当时当地气候条件,设备调至最佳工作状态。③在调节好的工作状态下,做小样焊接试验,试焊接1m长的PE土工膜样品。④采用现场撕拉检验试样,焊缝不被撕拉破坏、母材被撕裂认为合格。⑤现场撕拉试验合格后,用已调节好工作状态的热合机逐幅进行正式焊接。⑥用挤压焊接机进行T字疤和特殊结点的焊接。

7.4 焊接质量检测PE土工膜焊接后,应及时对下列部位的焊接质量进行检测:全部焊缝、焊缝结点、破损修补部位、漏焊和虚焊的补焊部位、前次检验未合格再次补焊部位。

8下膜施工

8.1 施工要求(1)土工膜的储运要符合安全规定。运至现场的土工膜应在当日用完。(2)PE土工膜铺设前应做准备工作。(3)PE土工膜的铺设施工应符合技术要求。(4)PE土工膜的铺设应注意下列事项:①铺膜过程中应随时检查膜的外观有无破损、麻点、孔眼等缺陷。②发现膜面有孔眼等缺陷或损伤,应及时用新鲜母材修补,补疤每边应超过破损部位10～20cm。(5)PE土工膜现场联接应符合下列规定:①焊接形式宜采用双焊缝搭焊。②主要焊接工具宜采用自动调温(调速)电热楔式双道塑料热合机、热熔挤压焊接机,也可采用高温热风焊机。塑料热风焊机。下膜施工中,幅与幅之间的搭接长度不应小于150cm。

8.2 下膜形式垂直铺塑防渗下膜有两种形式,一是重力沉膜法;二是膜杆铺设法。

(1)垂力沉膜法。对于砂性较强的地质情况,造就槽孔后,由于其回淤的速度较快,槽孔底部高浓度浆液存量多,宜采用重力沉膜法。对于回淤较快,需超深造槽的情况宜采用重力沉膜法。(2)膜杆铺设法。对于一般的粘土、粉质粘土、粉砂地质情况,由于其回淤的速度较慢,泥浆固壁条件好,效果好,可采用膜杆铺设法。

开槽机所开沟槽宽度一般为25cm,本项目工程设计铺膜深度11～13m。当沟槽达到一定长度时就可铺筑塑膜,但为保持槽壁稳定,槽中有具有一定比重的泥浆,而槽底往往有一定厚度的沉淀层,由于塑膜较轻,因此难以将塑膜插入槽底。故采用移动膜杆的办法将塑膜一段一段地铺筑到整个沟槽。膜杆是由转盘、钢轴、套筒、挡板、滑板、钢丝绳及塑膜等几个部件组成。由于膜杆具有一定的重量和刚度,因此可插入槽底,满足铺塑深度。

膜杆吊放到槽中后,应专人掌握转盘,防止膜杆倾倒,并及时将二根钢丝绳连接到开槽机机身固定部位。由于沉淀的存在,膜杆有可能上滑到沉淀层上部,因此在其前移过程中应通过膜杆转盘不断地向膜杆施加压力;同时由于沉淀的存在,滑板受到的阻力较大,展开的塑膜常处于拉紧状态,为防止塑膜被拽破或因温度的变化开裂,要及时转动转盘,以使展开的塑膜始终处于略有富余的松弛状态。

9回填

垂直铺塑的最后一道工序是回填,下膜后回填一般是回淤和填土两种办法相结合。回淤即是利用开槽时砂泵抽出的原坝体中的砂土料浆液进行自然淤积。由于开槽过程中的泥浆利用,回淤量不够填满槽孔,因此,需备土填充。为防止塑膜滑落,将预留的50cm长的塑膜用粘土压向沟槽上游侧堤顶面上。土工膜铺设后,应及时进行膜两侧的填土,最长不得延迟24h,以免槽壁塌落。本工程要求从膜的下游侧回填土,以确保铺膜紧贴上游侧。回填前,应将已铺的土工膜及铺膜卷与卷之间的联接作一次检查。

10工程质量控制要点

(1)材料检验。(2)施工检验,主要对开槽深度、铺膜平顺完好度、焊接的可靠性、回填土质量等。

11工程效果的检测和评价

本垂直铺塑防渗项目工程于2003年汛前实施,在经过了2003、2004、2005年三年洪水的考验,防渗效果良好,原来堤坝后侧的散浸、渗漏现象严重,现在坝后水塘逐渐干枯,坝后无一处出现散浸、渗漏现象。直观地表现了垂直铺塑防渗技术的功效。

垂直铺塑防渗技术虽然与砼防渗墙、高压喷射灌浆防渗帷幕比较,有结构简单、施工方便、造价低、防渗性能稳定的特点,但垂直铺塑防渗技术的防渗材料土工膜是一种柔性防渗材料,仍有易老化、易脆裂、破裂、易受化学腐蚀等缺点存在。因此只有通过正确设计、精心施工、科学管理,才能安全可靠的运用。

参考文献:

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