《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.doc_大学文库

可采用截渗墙(薄防渗墙、定摆喷、板桩墙),劈裂灌浆等防渗体。在防渗体不能和地基防渗措施统筹实施时,可考虑截渗墙方案。 4.堤基的垂直防渗处理透水堤基垂直防渗处理可采用截水槽、截渗墙等作为防渗体。采用截水槽、截渗墙等防渗体时,材料可采用粘性土、土工膜、固化灰浆、水泥、水泥砂浆、混凝土、塑性混凝土、沥青混凝土、化学材料:施工可采用人工开挖、机械开挖、铺设、冲击钻、回转钻、抓斗、轮铣、射水、锯槽、斗式、多头钻、定摆喷、灌浆、板桩、搅拌桩等技术;其厚度和设置方式应满足材料允许渗透坡降要求:其防渗性能、效果应符合防渗要求和适应防渗体的布置。对于截渗墙,关键是要采用薄墙和廉价的材料才能有效地减低工程造价间。定摆喷、板桩墙、搅拌桩造价也较低,其单价在70~350元/m廪哙如采用射水、锯槽、链斗、多头搅拌桩、插板等薄墙成槽方式,并使用土工膜、塑性混凝土、自凝灰浆、固化灰浆等作为墙体材料,其单价可在130~250元/m 对于砂卵砾石含量较高、粒径较大的地层,则应考虑冲击钻、回转钻、抓斗、轮铣等成槽方式的截渗墙,其单价可在200~800元/m间。根据堤防工程的特点,对该类地层险工段的防渗处理也可考虑单排灌浆帷幕防渗或劈裂灌浆, 配合其它渗流控制措施可以达到一定的渗流控制标准,其单价可在50~150元/n 间 5.堤基防渗体应布置在临水堤脚或堤顶偏临水侧,并与堤身防渗体有效连接,且符合变形协调的要求 (二)地基加固方法的选择 1.首先应分析采用天然地基的可行性,如有可能应尽量采用天然地基 2.根据建筑物对地基的要求和地基条件,确定需要进行处理的范围和处理要求。 3.地基处理方法必须满足堤防对地基的设计要求,主要指天然地基经处理后应能达到的物理力学指标。 4.对天然地基的条件、处理要求、工程费用及材料来源等各方面进行综合考虑,以确定合适的地基处理方法。 5.地基处理方法原则上一定要技术上可靠、经济上合理,又能满足施工进度要求。通过分析比较可以采用一种处理方法,也可以采用由两种或两种以上的处理方法组成综合的处理方案 6.注意节约能源,注意环境保护,避免因地基处理而对地面水和地下水产生污染,振动噪音等对周围环境产生不良影响

可采用截渗墙（薄防渗墙、定摆喷、板桩墙），劈裂灌浆等防渗体。在防渗体不能和地基防渗措施统筹实施时，可考虑截渗墙方案。 4.堤基的垂直防渗处理透水堤基垂直防渗处理可采用截水槽、截渗墙等作为防渗体。采用截水槽、截渗墙等防渗体时，材料可采用粘性土、土工膜、固化灰浆、水泥、水泥砂浆、混凝土、塑性混凝土、沥青混凝土、化学材料；施工可采用人工开挖、机械开挖、铺设、冲击钻、回转钻、抓斗、轮铣、射水、锯槽、斗式、多头钻、定摆喷、灌浆、板桩、搅拌桩等技术；其厚度和设置方式应满足材料允许渗透坡降要求；其防渗性能、效果应符合防渗要求和适应防渗体的布置。对于截渗墙，关键是要采用薄墙和廉价的材料才能有效地减低工程造价。如采用射水、锯槽、链斗、多头搅拌桩、插板等薄墙成槽方式，并使用土工膜、塑性混凝土、自凝灰浆、固化灰浆等作为墙体材料，其单价可在 130～250 元/m2 间。定摆喷、板桩墙、搅拌桩造价也较低，其单价在 70～350 元/m2 间。对于砂卵砾石含量较高、粒径较大的地层，则应考虑冲击钻、回转钻、抓斗、轮铣等成槽方式的截渗墙，其单价可在 200～800 元/m2 间。根据堤防工程的特点，对该类地层险工段的防渗处理也可考虑单排灌浆帷幕防渗或劈裂灌浆，配合其它渗流控制措施可以达到一定的渗流控制标准，其单价可在50～150元/m2 间。 5.堤基防渗体应布置在临水堤脚或堤顶偏临水侧，并与堤身防渗体有效连接，且符合变形协调的要求。（二）地基加固方法的选择 1.首先应分析采用天然地基的可行性，如有可能应尽量采用天然地基。 2.根据建筑物对地基的要求和地基条件，确定需要进行处理的范围和处理要求。 3.地基处理方法必须满足堤防对地基的设计要求，主要指天然地基经处理后应能达到的物理力学指标。 4.对天然地基的条件、处理要求、工程费用及材料来源等各方面进行综合考虑，以确定合适的地基处理方法。 5.地基处理方法原则上一定要技术上可靠、经济上合理，又能满足施工进度要求。通过分析比较可以采用一种处理方法，也可以采用由两种或两种以上的处理方法组成综合的处理方案。 6.注意节约能源，注意环境保护，避免因地基处理而对地面水和地下水产生污染，振动噪音等对周围环境产生不良影响

(三)几种垂直防渗与地基加固方法的比较垂直防渗与地基加固的方法较多,但在堤防除险加固工程中,比较适用的有灌浆法、防渗墙法、髙压喷射灌浆法、深层搅拌法和振冲法等几种,其中灌浆法、防渗墙法髙压喷射灌浆法和深层搅拌法既可以做成防渗墙,处理地基渗漏问题,也可以用于地基加固。而振冲法、强夯法、排水固结法等可应用于新建或改建堤防工程中。几种垂直防渗与地基加固方法的特点及适用范围见表5-1。表5-1几种主要垂直防渗与地基加固方法的比较加固方法特点和功能适用范围备注灌浆法适应性广,不受地基加固深度的限制。砂砾石和湿陷性黄土地既可用于地基加固,又可用于砂砾石基基础的防渗帷幕灌浆。防渗墙法用于堤防的垂直防渗各类砂性土,粘土及湿陷性黄土等高压喷射注浆法用于加固地基,采用定喷和摆喷法可组各种粘性土、冲填土、粉地下水流速过大成防渗帷幕。细砂、砂砾石等基础处物的岩溶地段以理士层不宜采用深层搅境拌法用于加固地基,成桩深度30m,也可用各种粘性土,冲填土,砂 (水泥土加固于组成水泥士挡墙,形成隔水帷幕,成性土性地基墙深度可达18m,造价低振冲法提高基础的抗滑稳定及抗震防液化能砂性土及粘性土地基加对饱和超软粘士固度<20KPa)地基挤密砂桩法冋防止松散砂土振动液化,对软弱粘性新建或改建堤防工程砂已建堤防工程婓士可提高承载力。性土和软弱粘土地基的加固强夯法同上同上同上排水固结法解决地基沉降和稳定问题。新建或改建工程软粘土地基处理虽然常用的几种地基加固方法可以用来加固堤身,但往往在经济上是不合理的。堤身问题可以按照堤防工程施工规范的有关要求,采用人工翻建的方法重新填筑,施工质量是可以得到保证的,而且还可以利用当地的农闲劳动力,以工代赈。第二节灌浆加固与防渗技术灌浆技术是利用压力将能固结的浆液通过钻孔注入岩土孔隙或建筑物的裂隙中,使其物理力学性能改善的一种方法。、灌浆分类

（三）几种垂直防渗与地基加固方法的比较垂直防渗与地基加固的方法较多，但在堤防除险加固工程中，比较适用的有灌浆法、防渗墙法、高压喷射灌浆法、深层搅拌法和振冲法等几种，其中灌浆法、防渗墙法高压喷射灌浆法和深层搅拌法既可以做成防渗墙，处理地基渗漏问题，也可以用于地基加固。而振冲法、强夯法、排水固结法等可应用于新建或改建堤防工程中。几种垂直防渗与地基加固方法的特点及适用范围见表 5－1。表 5－1 几种主要垂直防渗与地基加固方法的比较加固方法特点和功能适用范围备注灌浆法适应性广，不受地基加固深度的限制。既可用于地基加固，又可用于砂砾石基础的防渗帷幕灌浆。砂砾石和湿陷性黄土地基。防渗墙法用于堤防的垂直防渗各类砂性土，粘土及湿陷性黄土等高压喷射注浆法用于加固地基，采用定喷和摆喷法可组成防渗帷幕。各种粘性土、冲填土、粉细砂、砂砾石等基础处理。地下水流速过大，无填充物的岩溶地段以及永冻土层不宜采用。深层搅境拌法（水泥土加固法）用于加固地基，成桩深度 30m，也可用于组成水泥土挡墙，形成隔水帷幕，成墙深度可达 18m，造价低。各种粘性土，冲填土，砂性土性地基振冲法提高基础的抗滑稳定及抗震防液化能力。砂性土及粘性土地基加固。对饱和超软粘土（抗剪强度<20KPa）地基要慎用。挤密砂桩法可防止松散砂土振动液化，对软弱粘性土可提高承载力。新建或改建堤防工程砂性土和软弱粘土地基的加固。已建堤防工程要慎用。强夯法同上同上同上排水固结法解决地基沉降和稳定问题。新建或改建工程软粘土地基处理。虽然常用的几种地基加固方法可以用来加固堤身，但往往在经济上是不合理的。堤身问题可以按照堤防工程施工规范的有关要求，采用人工翻建的方法重新填筑，施工质量是可以得到保证的，而且还可以利用当地的农闲劳动力，以工代赈。第二节灌浆加固与防渗技术灌浆技术是利用压力将能固结的浆液通过钻孔注入岩土孔隙或建筑物的裂隙中，使其物理力学性能改善的一种方法。一、灌浆分类

1.按照灌浆的作用来划分（1）固结灌浆；（2）帷幕灌浆；（3）接触灌浆。 2.按照基础的构成来划分（1）砂砾石灌浆；（2）岩石灌浆。 3.按照灌浆材料来划分（1）水泥灌浆；（2）水泥粘土灌浆；（3）化学灌浆。 4.按照使用的压力来划分（1）常压灌浆；（2）高压灌浆。 5.按照灌浆工艺所依据的理论来划分（1）渗入性灌浆；（2）劈裂灌浆；（3）压密灌浆还有其他不同的分类方法，如常见到的有充填灌浆、裂缝灌浆、应急灌浆、纠偏灌浆、界面灌浆等等。二、灌浆材料用于堤防工程的灌浆技术，是在灌浆压力作用下，浆液克服各种阻力而渗入孔隙和裂隙，压力越大，吸浆量及浆液扩散距离就大，因此又称渗入性灌浆。这种灌浆是在地层结构不被破坏的条件下渗入地层，因而浆液的颗粒尺寸必须小于土的孔隙尺寸，也就是说，浆液必须满足地层的可灌性条件，因此浆材的选用尤为重要。适合于堤防灌浆的材料主要有以下几种： 1.水泥浆水泥浆是由水泥和水混合经搅拌而制成的浆液.为了改进浆液性能，有时需要在浆中加入少量的添加剂。水泥浆液具有来源丰富，价格便宜，浆液结石体抗压强度高、抗渗性能好、工艺设备简单、操作方便等优点，但是水泥浆液是一种颗粒状的悬浮材料，受到水泥颗粒粒径的限制，通常用于粗砂层的加固。 2.粘土浆粘土浆是粘土的微小颗粒在水中分散，并与水混合形成的半胶体悬浮液。选择灌浆用的粘土，一般有如下几个要求：塑性指数 17；粘粒（粒径小于 0.005mm）含量不小于 40％～50％；粉粒（粒径 0.005～0.05mm）含量一般不多于 45％～50％；含砂量（0.05～0.25mm）不大于 5％。粘土浆的结石强度和粘结力都比较低，抗渗压和冲蚀的能力很弱，故仅在低水头的防渗工程上才考虑采用纯粘土浆灌浆

在粘土浆液中,加入水玻璃溶液,可配制成粘土水玻璃浆液,水玻璃加量为粘土浆的10%—15%,浆液的凝结时间可缩短为几十秒至几十分,固结体渗透系数为10-5~10-6cm/s。 3.水泥粘土浆水泥粘土浆是由水泥和粘土两种基本材料相混合所构成的浆液。水泥和粘土混合可以互相弥补缺点,构成性能较好的灌浆浆液水泥粘土浆液较单液水泥类浆液成本低,流动性、抗渗性好,结石率髙, 目前大坝的砂砾石基础的防渗灌浆帷幕,几乎都是采用水泥粘土浆灌注的。 4.水泥一水玻璃浆液水泥一水玻璃浆液是以水泥和水玻璃溶液组成的一种灌浆材料。它克服了水泥浆液凝结时间过长的缺点,水泥一水玻璃浆液的胶凝时间可以缩短到几十分钟,甚至数秒钟。可灌性比纯水泥浆也有所提髙, 尤其适合在动水状态下粗砂层地基的防渗加固处理 5.水泥砂浆在对较大缺陷的部位灌浆时,可采用水泥砂浆灌浆,一般要求砂的粒径不大于1.0mm,砂的细度模数不大于在水泥砂浆中加入粘土,组成水泥粘土砂浆,水泥起固结强度作用,粘土起促进浆液的稳定作用,砂起填充空洞的作用。水泥粘土砂浆适用于静水头压力较大情况下的较大缺陷,大洞穴的充填灌浆。 6.水玻璃类浆液水玻璃类浆液是由水玻璃溶液和相应的胶凝剂组成。灌入地层后,经过化学反应生成硅酸凝胶,在土(砂)的孔隙中充填,达到固结和防渗堵漏的目的。水玻璃浆液的粘度小,流动性好,在用水泥浆或粘土水泥浆难于处理的细砂层和粉砂层地基,可使用水玻璃浆液。在堤防基础的加固及防渗处理施工中,浆液的可灌性是决定灌浆效果的最重要参数堤基灌浆可以用下式评价其可灌性 M=D15/d5 5-1) 式中:M为灌入比;D5为受灌地层中15%的颗粒小于该粒径(m);ds为灌注材料中85%的颗粒小于该粒径(m)。 M>15可灌注水泥浆;M>10可灌注水泥粘土浆。如可灌性不好,可采用水玻璃类浆液灌浆。几种灌浆材料的主要特点见表5-2 表5—2几种灌浆材料的主要特点

在粘土浆液中，加入水玻璃溶液，可配制成粘土水玻璃浆液，水玻璃加量为粘土浆的 10％— 15％，浆液的凝结时间可缩短为几十秒至几十分，固结体渗透系数为 10− 5～10− 6cm/s。 3.水泥粘土浆水泥粘土浆是由水泥和粘土两种基本材料相混合所构成的浆液。水泥和粘土混合可以互相弥补缺点，构成性能较好的灌浆浆液。水泥粘土浆液较单液水泥类浆液成本低，流动性、抗渗性好，结石率高，目前大坝的砂砾石基础的防渗灌浆帷幕，几乎都是采用水泥粘土浆灌注的。 4.水泥— 水玻璃浆液水泥— 水玻璃浆液是以水泥和水玻璃溶液组成的一种灌浆材料。它克服了水泥浆液凝结时间过长的缺点，水泥— 水玻璃浆液的胶凝时间可以缩短到几十分钟，甚至数秒钟。可灌性比纯水泥浆也有所提高，尤其适合在动水状态下粗砂层地基的防渗加固处理。 5.水泥砂浆在对较大缺陷的部位灌浆时，可采用水泥砂浆灌浆，一般要求砂的粒径不大于 1.0mm,砂的细度模数不大于 2。在水泥砂浆中加入粘土，组成水泥粘土砂浆，水泥起固结强度作用，粘土起促进浆液的稳定作用，砂起填充空洞的作用。水泥粘土砂浆适用于静水头压力较大情况下的较大缺陷，大洞穴的充填灌浆。 6.水玻璃类浆液水玻璃类浆液是由水玻璃溶液和相应的胶凝剂组成。灌入地层后，经过化学反应生成硅酸凝胶，在土（砂）的孔隙中充填，达到固结和防渗堵漏的目的。水玻璃浆液的粘度小，流动性好，在用水泥浆或粘土水泥浆难于处理的细砂层和粉砂层地基，可使用水玻璃浆液。在堤防基础的加固及防渗处理施工中，浆液的可灌性是决定灌浆效果的最重要参数堤基灌浆可以用下式评价其可灌性： M=D15/d85 ( 5-1) 式中：M 为灌入比；D15 为受灌地层中 15％的颗粒小于该粒径(mm)；d85 为灌注材料中 85％的颗粒小于该粒径(mm)。 M 15 可灌注水泥浆；M  10 可灌注水泥粘土浆。如可灌性不好，可采用水玻璃类浆液灌浆。几种灌浆材料的主要特点见表 5— 2 表 5— 2 几种灌浆材料的主要特点

名称主要特点适用范围备注泥浆施工简单、方便;浆液凝结时粗砂地基的防渗加固冋灌性差间较长粘土浆材料来源广,价廉:强度低堤身的防渗加固水泥粘土浆价格低,使用方便。粗砂地基的防渗加固可灌性比水泥浆好水泥一水玻施工要求高,浆液凝结时间恸水状态下粗砂地基在特殊情况下使用璃浆液短,且容易调节的防渗加固水泥砂浆强度高,价格便宜,但施工要较大缺陷的充填加固易沉淀,可灌性差,在特殊求较高。和防渗处理情况下使用水玻璃浆液浆液粘度与水接近,可灌性细砂层和粉砂层地基在水泥等颗粒状浆液满足好,但价格较高。的防渗加固不了可灌性要求时采用上述几种材料中,除水玻璃浆液外,价格都比较低,水玻璃浆液的价格比其它浆液的价格要高一些,工程多采用水泥浆和水泥粘土浆。对一些非均质的粉砂土地基还可以采用水泥和水玻璃浆液分别灌注的方法,达到复合加固的目水泥浆液只能灌入粗砂层,而对颗粒细、孔隙小、工程特征欠佳的粉砂土地基,水泥灌浆只能进入地基土体结构受到破坏而形成的空洞或裂缝中,起不到防渗灌浆的作用,难以提髙地基的抗渗性能。而水玻璃浆液可以进入细砂层和细砂层的孔隙。采用复合灌浆方法,可取长补短,先用水泥灌浆处理,使水泥浆液先行填充地基土体中大小不一的孔洞和裂隙,经48小时的沉淀和固化,然后对同孔进行清孔,再灌注水玻璃浆液(如酸性水玻璃浆液)。这样既可以充分发挥水泥浆液强度髙的特点,又可以充分利用水玻璃浆液的优点,提髙注浆的效果。这种复合灌浆的方法,已在江苏丰县废黄河畔的范楼闸应用,粉砂土的渗透系数由 2.7-4.7×10cm/s降至1.3×107cm/s以下。三、灌浆工艺 (一)灌浆加固工艺 1.灌浆孔的布设。加固灌浆孔的布设常用方格形、梅花形和六角形,见图5-1。方格形的主要优点是便于补加灌浆孔,在复杂的地区宜采用这种方法,卜… 而梅花形和六角形布孔的主要缺点是不便于补加灌浆孔,预计灌浆后不需补加孔的地基多采用这种形式。 0 2.钻孔。钻孔可采用机钻、锥钻、。。打管等各种成孔方法

名称主要特点适用范围备注水泥浆施工简单、方便；浆液凝结时间较长粗砂地基的防渗加固可灌性差粘土浆材料来源广，价廉；强度低堤身的防渗加固水泥粘土浆价格低，使用方便。粗砂地基的防渗加固可灌性比水泥浆好水泥— 水玻璃浆液施工要求高，浆液凝结时间短，且容易调节动水状态下粗砂地基的防渗加固在特殊情况下使用水泥砂浆强度高，价格便宜，但施工要求较高。较大缺陷的充填加固和防渗处理易沉淀，可灌性差，在特殊情况下使用。水玻璃浆液浆液粘度与水接近，可灌性好，但价格较高。细砂层和粉砂层地基的防渗加固在水泥等颗粒状浆液满足不了可灌性要求时采用上述几种材料中，除水玻璃浆液外，价格都比较低，水玻璃浆液的价格比其它浆液的价格要高一些，工程多采用水泥浆和水泥粘土浆。对一些非均质的粉砂土地基还可以采用水泥和水玻璃浆液分别灌注的方法，达到复合加固的目的。水泥浆液只能灌入粗砂层，而对颗粒细、孔隙小、工程特征欠佳的粉砂土地基，水泥灌浆只能进入地基土体结构受到破坏而形成的空洞或裂缝中，起不到防渗灌浆的作用，难以提高地基的抗渗性能。而水玻璃浆液可以进入细砂层和细砂层的孔隙。采用复合灌浆方法，可取长补短，先用水泥灌浆处理，使水泥浆液先行填充地基土体中大小不一的孔洞和裂隙，经 48 小时的沉淀和固化，然后对同一孔进行清孔，再灌注水玻璃浆液(如酸性水玻璃浆液)。这样既可以充分发挥水泥浆液强度高的特点，又可以充分利用水玻璃浆液的优点，提高注浆的效果。这种复合灌浆的方法，已在江苏丰县废黄河畔的范楼闸应用，粉砂土的渗透系数由 2.7-4.7×10-4 cm/s 降至 1.3×10-7 cm/s 以下。三、灌浆工艺（一）灌浆加固工艺 1.灌浆孔的布设。加固灌浆孔的布设常用方格形、梅花形和六角形，见图 5－1。方格形的主要优点是便于补加灌浆孔，在复杂的地区宜采用这种方法，而梅花形和六角形布孔的主要缺点是不便于补加灌浆孔，预计灌浆后不需补加孔的地基多采用这种形式。 2.钻孔。钻孔可采用机钻、锥钻、打管等各种成孔方法

2.压水试验设检查孔做压水试验，以单位吸水量值表示幕体的渗透性。四、堤身劈裂灌浆劈裂灌浆是利用堤身的最小主应力面和堤轴线方向一致的规律，以土体水力劈裂原理，沿堤轴线布孔，在灌浆压力下，以适宜的浆液为能量载体，有控制地劈裂堤身，在堤身形成密实、竖直、连续、一定厚度的浆液防渗固结体，同时与浆脉连通的所有裂缝、洞穴等隐患均可被浆液充填密实。适应于处理堤身浸润线出溢点过高、有散浸现象、裂缝（不包括滑坡裂缝）、各种洞穴。堤身劈裂灌浆防渗处理，多采用单排布孔。孔距 5～10m。在弯曲堤段应适当缩小孔距。劈裂灌浆和锥探充填灌浆浆液多采用土料浆，参见表 5－3、5－4。根据不同的需要可掺入水泥、各种外加剂。表 5－3 浆土料选择表项目劈裂灌浆充填灌浆塑性指数（%）粘粒含量（%）粉粒含量（%）砂粒含量（%）有机值含量（%）可溶盐含量（%） 8～15 20～30 30～50 10～30 ＜2 ＜8 10～25 20～45 40～70 ＜10 ＜2 ＜8 灌浆孔口压力以产生沿堤线方向脉状扩散形成一连续的防渗体，但又不得产生有害的水平脉状扩散和变形为准，需要现场灌浆试验或施工前期确定。堤防灌浆口压力多在 0.1～1MPa 间。堤身劈裂灌浆应“少灌多次”，分序灌浆，推迟坝面裂缝的出现和控制裂缝的开度在 3cm 之内，并在灌后能基本闭合。每孔灌浆次数应在 5 次以上，每次灌浆量控制在每米 0.5～1m3之间。形成的脉状泥墙厚度应在 5～20cm 之间。一年后脉状泥墙的容重应大于 14kN/m3，一般可达 15～17 N/m3，水平向渗透系数达 10-6～10-8cm/s。考虑到堤身应力，劈裂灌浆应在不挡水的枯水期进行，同时应核算灌浆期堤坡的稳定性，进行堤身变形、裂缝等观测，以策安全。对于较宽的堤防，也应核算堤身应力分布，避免贯穿性横缝产生

《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

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