垂直铺塑技术在大辽河水沙开发中的应用

垂直铺塑技术在大辽河水沙开发中的应用

大洼县西安沙基是清河右岸砂基大坝防渗的主要工程之一。该坝段在洪水季节两侧的水库脚和库坑存在不同程度的渗透和破坏。因此通过防渗措施来消除该堤段因渗流破坏造成堤防崩溃的隐患十分必要。垂直铺塑技术是20世纪80年代初开始研制发展起来的一项新的防渗技术,经过20余年的发展和革新,该技术已日趋成熟,并广泛应用于水库大坝和江河、湖泊大堤的防渗加固工程。现将垂直铺塑技术在大辽河石岸大洼县西安砂堤砂基防渗中的应用介绍如下,以供参考。1沿溪砂堤段大洼县西安砂基防渗工程位于大辽河下游右岸,大堤断面桩号DY32:0+500~DY32:1+500之间,总长度1000m,为大洼县辽河右岸砂基砂堤防渗重点险工段之一,堤防等级为二级。该堤段地势平坦,地貌单元比较单一,属辽河冲积平原,河道宽100~240m左右(枯水期),局部蛇曲发育,堤顶宽6.0m左右。大洼县西安农场砂堤段是大洼县防渗重点堤段,抗洪抢险的重点险工。该堤段历年来洪水期背水侧堤脚、堤坑都存在着不同程度的渗透破坏险情。特别是1995年特大洪水期间,当洪水进入大辽河后,由于受到套堤阻水和潮水顶托,大辽河洪水20多天居高不下,西安砂堤段背水侧堤脚、堤坑多处出现了不同程度的渗水,其中较严重的渗漏段出现了冒水、翻砂的现象,严重威胁大堤防洪渡汛安全,险情十分严重。因此通过防渗处理的手段来消除该堤段因渗流破坏造成堤防崩溃的隐患是十分必要的。2垂直石膏防护技术的原理和特点2.1土工膜搭接设计垂直铺塑防渗技术是利用水冲、链斗或往复式锯槽机,在迎水坡堤脚处顺堤轴线方向垂直形成一条连续的槽孔,并以泥桨护壁,可采用铺膜机机械置膜或人工方式置膜,槽内土工膜采用顺水搭接方式,最后回填松散干净的粉质壤土,形成防渗帷幕。通过垂直防渗膜与迎水堤坡防渗膜相接,形成堤防整体防渗体系,阻止堤基、堤防的渗流以确保渗透稳定,消除“管涌”和“流土”等渗透破坏现象。2.2垂直放置技术的特点2.2.1槽孔外部设计开槽机是垂直铺塑防渗技术施工开槽的主要设备,是根据防渗技术要求和有利于施工2个方面研制而成,槽孔的深浅、宽窄可以调节,能够满足不同工程设计要求。机械结构简单,操作方便,施工速度快,造孔经济适用。2.2.2防渗材料效果好,一般见表1垂直铺塑防渗技术所采用的防渗材料一般为土工膜。这类材料防渗效果好,其本身渗透系数一般小于10-11cm/s,柔性好,易于施工,寿命长,在地下良好的保护状态下,其工作寿命至少在50年以上。2.2.3新型开槽机的特点垂直铺塑防渗技术之所以被广泛应用,一是新型开槽机结构简单,操作方便,施工速度快,造价低;二是防渗材料的单位面积造价较低,且易于施工。3垂直渗透设计和施工3.1防渗处理型式根据地质勘察结果分析,堤身为粉质粘土,渗透系数为7.50×10-5cm/s(弱透水性),对多年运行效果、现场调查等综合因素进行考虑,堤身不需要进行防渗处理。堤基土质至上而下为粉土、粉砂、细砂,经转化,等效渗透系数为4.36×10-4cm/s(中等透水性),堤基粘性土分布不均、堤防前后有坑塘,可能形成渗漏通道,并对多年运行效果、现场调查等综合因素进行考虑,堤基需要进行防渗处理。目前,在国内堤基进行防渗处理的方法主要有垂直铺塑法、高喷灌浆法、多头小直径搅拌桩法及水平铺盖法。由于西安砂堤段防渗工程堤坝迎水坡紧靠河滩地,缺土太多,水平铺盖长度不够,水平铺盖方法不适合该工程;高喷灌浆法与垂直铺塑相比,工程成本要高得多,每平米造价是垂直铺塑的2~3倍,且工程质量不易控制,产生的废浆对周围环境的影响较大。多头小直径搅拌桩造价为150元/m2左右,价格虽然比高压喷射灌浆法便宜,但仍高于垂直铺塑工法近1倍的价格,且施工速度慢,工效较低。通过对上述几种防渗处理型式进行技术经济比较,并结合西安砂堤整治工程的实际条件和年度计划安排,以及在“两河整治”和绕阳河砂基砂堤整治工程中处理砂堤砂基防渗工程取得的、已经得到有关专家认可的成功经验,该段堤防堤基拟采用垂直开槽铺设土工膜的结构型式进行防渗处理,可有效地增加渗径,减小堤基的渗透量,防止行洪期间堤后产生渗透破坏,确保堤防安全。防渗帷幕位置根据工程实际情况,在迎水坡堤脚附近进行开槽,形成悬挂式防渗帷幕。3.2垂直地板施工3.2.1该技术砂基防渗工程主体采用垂直铺塑防渗技术,施工机械应具有连续成槽的能力,防渗工程施工工艺见图1。3.2.2必须建造罐头堆4效率分析4.1砂基砂堤治理的经济效益截至2006年底,辽宁省辽河流域应用垂直铺塑技术进行砂基砂堤治理已取得直接经济效益1.91亿元,生态经济效益0.91亿元,防洪效益123.6亿元以上,总计经济效益可达126.42亿元以上。4.2土工膜防渗的施工效果一是节约能源、缓解交通。辽宁省堤防垂直铺塑防渗面积已经完成107.8万m2,土工膜总重量为510t,如果采用高压喷射灌浆进行防渗,所需要水泥为0.18t/m2,总重量为19.5万t,是应用土工膜防渗技术的382倍。如果采用粘土铺盖防渗,铺盖按长度30m、厚度0.6m计算,需用粘土方量约为244万m3,总重量达390万t,是应用土工膜防渗技术的7600多倍。由此可见,采用垂直铺塑防渗技术减少运输、节约能源的效果非常显著。二是方便施工管理。施工中土工合成材料容易堆放、占地少、无损耗,便于施工管理,并提高工效,使工程尽早发挥效益。随着垂直铺塑开槽设备的不断改进和完善,施工速度明显提高,日施工速度最高为1800m2。三是由于在垂直铺塑防渗工程中大量使用土工膜等土工合成材料,对与之相关的化纤工业的发展起到了积极的促进作用。四是采用该防渗技术,防渗效果好,质量易于保证,对处理砂堤渗透破坏十分有利,使沿岸人民的生命财产安全得到有力保障。4.3高压喷射灌浆技术根据辽宁省堤防工程的粗略统计,采用垂直铺塑技术同粘土铺盖相比,约少砍伐护堤地的速成林407hm2,少占用耕地100hm2;同高压喷射灌浆传统技术相比,可省去水泥用量约19.5万t,减少了矿石开采,防止了水泥生产过程中对大气环境的污染,同时避免了采用高压喷射灌浆对河道水质的污染,节省了大量工程用水,保护了河流的生态环境。垂直铺塑技术的推广应用不但产生了较大的生态效益和经济效益,而且对维护生态平衡起到了积极的作用,体现了人与自然和谐相处的治水新理念。5开槽锯施工注意事项利用垂直铺塑技术进行堤防隐患治理,具有施工速度快、质量易于保证、防渗效果好、适应变形好、运行中抗地下水冲刷能力强、造价低、利于环境保护等优点。通过垂直铺塑防渗工程施工,可有效提高河道行洪能力,减轻洪水危害,为砂基砂堤治理提供新的途径。推广应用该项技术的经济效益、社会效益、生态效益均十分明显,值得在类似地区推广应用。一是启动反循环系统及动力系统驱动开槽锯锯槽;当开槽锯由水平渐渐接近垂直即锯至要求深度时,开槽车缓缓前行;二是成槽施工时应始终保持槽内液面与槽口平齐(≤20cm),槽口坍塌可采取防护措施;三是开槽锯切削频率应根据土质、成槽深度等综合考虑,一般为25次/min左右;四是前行速度应根据排渣、落淤和开槽锯的角度变化,并结合切削频率、成槽深度来考虑,使成槽工效达到最优;五是成槽施工时可采用粘土泥浆护壁或膨润土护壁,为满足固壁需要,槽内泥浆比重应控制在1.05~1.20g/cm3左右;六是设备成槽为连续槽,可适应堤线弯曲变化开挖弯曲的连续槽,在转弯时及受堤脚树木影响时,帷幕轴线位置可以适当进行调整;七是形成的连续槽成槽深度必须满足设计与铺膜要求。当成槽长度达到10m左右时,进行置膜铺塑。3.2.3土工膜的铺设及搭接一是要求置膜连续,可以采用铺膜机进行机械置膜,也可以利用膜的自重采用人工下膜方式置膜。二是土工膜铺设时应靠向槽口一侧,上部需留有不少于0.6m长的土工膜,为防滑落槽内,将槽外的土工膜