淺談福建省沿海地區(qū)水閘基礎防滲

淺談福建省沿海地區(qū)水閘基礎防滲

1樞紐工程概況泉州金雞防洪港是晉江下游的一項重要節(jié)水工程，集灌溉和供水于一體。這是泉州人民的“生命之門”。重建攔河閘閘址位于現(xiàn)有閘址下游550m處,共設15孔單孔凈寬為16m的閘室,工程等別為Ⅰ等工程,主要建筑物級別為1級,洪水標準為100年一遇洪水設計,300年一遇洪水校核。攔河閘上游正常蓄水位7.5m,下游最低潮位-1.0m,最大水頭差8.5m。2含礫細砂結(jié)構(gòu)本場地處在晉江中下游沖洪積地貌單元上,鉆孔揭示的閘址地層分布:閘址地基中上部土層主要為第四系沖洪積和海相沉積的松散堆積物;中下部為殘積砂質(zhì)粘性土;下部為基巖,巖性為燕山晚期黑云母花崗巖(γ53b)。閘址河床處土層自上而下一般分布有(典型斷面見圖一):中細砂:松散,標貫擊數(shù)N=3擊,滲透系數(shù)K=1.0×10-2,允許水力比降J=0.1;粗砂:松散～稍密,N=9擊,K=3.27×10-2,J=0.15;含礫細砂:中密,N=16擊,K=3.2×10-2,J=0.12;淤泥混砂:飽和,流塑,K=1.0×10-5;含礫粗砂:中密～密實,N=23擊,K=3.50×10-1,J=0.17;砂卵石:中密～密實,重型動探擊數(shù)N63.5=23.1擊,K=1.50×10-1?？梢钥闯?這些地基土層的共同點是它們均屬于強透水層,閘基的主要工程問題是滲漏問題。室內(nèi)顆分曲線成果表明,主要砂土層的不均勻系數(shù)平均值Cu分別為粗砂5.6,細中砂13.3,含礫細砂36.7,含礫粗砂12.8,利用顆分曲線上求得各砂土層的細顆粒含量Pc值,閘址各砂土層的平均細顆粒含量Pc值分別為粗砂23.2%,細中砂18.5%,含礫細砂22.6%。含礫粗砂20.2%。結(jié)果表明閘址砂土的細粒含量Pc值均小于25%,可能產(chǎn)生的滲透變形型式為管涌,最有可能產(chǎn)生的管涌破壞為地基上部的砂層,應采取有效的防滲處理措施。3槽孔、土體開裂防滲墻縱觀國內(nèi)大型水閘的防滲處理措施,對于砂性土地基,由于其滲透系數(shù)較大,易產(chǎn)生滲透變形,閘基防滲設施一般采用水平鋪蓋與垂直截水墻防滲相結(jié)合的布置形式,用來延長滲徑,減少底板的滲透壓力,降低閘基平均滲透坡降;通過金雞攔河閘閘基滲流計算結(jié)果表明:當上游水平鋪蓋長20m、閘室長18m,垂直防滲墻上游側(cè)為8/9m(先啟孔/后啟孔),下游側(cè)為6/7m(先啟孔/后啟孔)時,水平段的最大滲透坡降為0.1,出口段滲透坡降為0.27,均小于允許值。根據(jù)閘基的地質(zhì)土層情況,經(jīng)分析選取四種垂直防滲方案進行比較:方案一:射水法砼防滲墻。該法利用水泵及成型器射水裝置形成高速射流的沖擊力破壞土層結(jié)構(gòu),水土混合回流泥砂溢出地面,同時利用卷揚機操縱成型器不斷地上下沖動,進一步破壞土層并切割修整孔壁。該方法在省內(nèi)外的堤防工程基礎防滲中已廣泛使用,其優(yōu)點是質(zhì)量穩(wěn)定、可靠,造價相對便宜,經(jīng)過幾次對設備的改造,對土層的適用性較好。本工程地基為深厚的含礫砂層,用反循環(huán)法可順利造孔,同時由于地質(zhì)土層以砂層為主,槽孔間夾泥現(xiàn)象可避免,墻體接縫較好。但由于該設備較重,需要較寬闊、平整的施工平臺,同時為利于造漿固壁槽孔、穩(wěn)定孔口,表層必須有3m左右的粘土層(可采用填筑的方式)。方案二:高壓噴射灌漿砼防滲墻。高壓噴射灌漿有單管法、二管法、三管法等。單管法是利用高壓泥漿泵裝置,以30Mpa左右的壓力,把漿液從噴嘴中噴射出去,形成的射流沖擊破壞土體,同時借助灌漿管的提升或旋轉(zhuǎn),使?jié){液與從土體上崩落下來的土?；旌蠐綌?凝固后形成凝結(jié)體;三管法是使用分別輸送水、氣、漿三種介質(zhì)的三管沖切土體,新三管法還利用約40Mpa的高壓漿液進行充填,它又叫二次切割法,它噴射的距離更遠,但它與二管法一樣在注漿管處墻體厚度往往較薄。高壓噴射灌漿適用于各類砂土及砂卵石土,對于含水量較高的淤泥其成墻質(zhì)量較差。單管旋噴法形成的樁徑一般為0.5～0.8m,與二管法及三管法比,單管法形成的樁徑較小,二管法及三管法在相同壓力下形成的凝結(jié)體長度可大大增加,但擺噴法形成的墻體厚薄較不均勻,注漿管處墻體厚度往往較薄(7～15cm),它的孔距、提升速度等施工參數(shù)與土層的性質(zhì)關(guān)系密切,必須通過現(xiàn)場試驗確定,高壓噴射灌漿法的成墻質(zhì)量與施工隊伍的經(jīng)驗、素質(zhì)均有較大的關(guān)系。方案三:鋼絲繩或液壓抓斗純抓法成槽砼防滲墻。該技術(shù)也是近年來發(fā)展起來的新工藝,它是采用優(yōu)質(zhì)膨潤土泥漿護壁,鋼絲繩抓斗成槽。該方法對地層適應能力強、墻體連續(xù)性較好;但是由于墻體較厚,投資大,作為低水頭水閘的防滲設施,其經(jīng)濟性較差,同時在砂土中造槽易發(fā)生塌孔現(xiàn)象。方案四:水泥攪拌樁砼防滲墻。它利用深層攪拌機將水泥噴入軟弱層,同時施加機械攪拌,使固化體與軟土充分攪和,使之成為具有一定強度的水泥土。該方法適用于處理淤泥、粘土、密實度中等以下的砂土、粒徑小于5cm的砂礫石;其優(yōu)點是不需要造孔護壁,成墻質(zhì)量有保證,施工效率高,但該方法對于密實度較大的土層需通過試驗確定其適用性,同時墻體易開叉。以上四種方案工程量及投資比較如下表所示。由上表可知深層攪拌樁法投資最小,三管高壓噴射灌漿法次之,抓斗法投資最大。綜合以上各種防滲墻的優(yōu)缺點,考慮到金雞攔河閘為灌溉、供水的大型水利工程,為泉州市人民的“生命閘”,防滲設施的好、壞直接關(guān)系工程的成敗,選用三管法高壓擺噴與深層攪拌法防滲墻進行試驗。深層攪拌樁試驗段的施工參數(shù)如下:樁徑為Φ500mm,樁距為350mm;水泥采用32.5R普通硅酸鹽水泥,水灰比為0.5～0.6,水泥摻量為被加固土體質(zhì)量的14%～20%。三管法高壓擺噴防滲墻試驗段施工參數(shù)如下:水泥采用32.5級或以上普通硅酸鹽水泥,水灰比為1.0;水管壓力為35～40MPa,氣管壓力為0.6～0.8MPa,噴漿壓力0.2～1.0MPa;高壓水流量80L/min,空氣流量1200L/min,水泥漿流量80L/min;樁距1.2m及1.4m各做10m,擺角30度。試驗段施工結(jié)束后通過墻體的開挖、取芯、圍井對墻體質(zhì)量進行檢測,結(jié)果表明:深層攪拌樁表層4m范圍內(nèi)樁體連續(xù)完整、樁徑均勻、樁間搭接良好,但4m以下樁體、墻體規(guī)則性差,多處樁體傾斜變位嚴重,搭接處出現(xiàn)明顯的錯位和開叉;樁體強度隨水泥摻入量的增大而增大,滲透系數(shù)隨水泥摻入量的增大而減小,砂層強度高,粉質(zhì)粘土的強度低。三管高壓擺噴砼防滲墻各序孔間搭接良好,墻體完整,未出現(xiàn)噴射盲區(qū)、間斷等局部缺陷,墻體最小厚度大于120mm,圍井結(jié)果,墻體滲透系數(shù)為3.5×10-6cm/s,樁距1.2m和樁距1.4m圍井試驗結(jié)果區(qū)別不大。根據(jù)閘址處的地質(zhì)特點,經(jīng)過對垂直防滲墻技術(shù)經(jīng)濟比較及試驗段試驗,金雞攔河閘重建工程基礎垂直防滲墻最終確定三管高壓擺噴方案。4垂直防滲墻工程沿海地