截滲墻與放淤固堤技術(shù)在堤防加固中的比較

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一、截滲墻技術(shù)在黃河下游堤防加固中的應(yīng)用
    目前黃河下游截滲墻主要有混凝土截滲墻和水泥土攪拌樁截滲墻兩種，混凝土截滲墻是在地面上進(jìn)行開(kāi)槽（造孔）施工，在地基中以泥漿固壁，開(kāi)鑿成槽形孔或連鎖樁柱孔，回填防滲材料，筑成具有防滲性能的地下連續(xù)墻。水泥土攪拌樁截滲技術(shù)是利用多頭小直徑深層攪拌機(jī)具把水泥漿噴入土體并攪拌形成水泥土，以水泥為固化劑，固化劑和土體之間發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，使土體固結(jié)成具有良好整體性、穩(wěn)定性、不透水性，并具有一定強(qiáng)度的水泥土截滲墻，達(dá)到截滲的目的。
    １．混凝土截滲墻設(shè)計(jì)及施工簡(jiǎn)況
    （１）工程結(jié)構(gòu)及技術(shù)指標(biāo)
    堤基為開(kāi)槽法連續(xù)混凝土截滲墻，一般布置在臨河堤腳外１．０ｍ，墻頂?shù)陀诘孛妫埃担?，墻底嵌入相?duì)不透水層不小于１．０ｍ，堤身在臨水面進(jìn)行削坡整修后，鋪設(shè)復(fù)合土工膜，其頂部高于設(shè)防水位１．５ｍ，底部與混凝土截滲墻用螺栓壓嚴(yán)連接復(fù)合土工膜?上部回填碾壓土保護(hù)層，寬度一般為３ｍ。有的直接在大堤頂部開(kāi)槽澆筑墻體。
    墻體厚度為０．１５～０．２ｍ，抗壓強(qiáng)度大于１．０ＭＰａ，滲透系數(shù)小于１×１０－６ｃｍ／ｓ，墻體材料一般為純混凝土。
    （２）混凝土截滲墻施工簡(jiǎn)況
    混凝土截滲墻的施工工藝有多種形式，但主要區(qū)別在造槽（孔）上，其關(guān)鍵技術(shù)是槽孔間混凝土板墻連接和控制槽（孔）垂直精度。目前黃河下游使用的造槽（孔）方法有液壓開(kāi)槽機(jī)開(kāi)槽和振動(dòng)切槽成墻技術(shù)，當(dāng)?shù)鼗谐霈F(xiàn)含有礓石的堅(jiān)硬黏土地層或散石、孤石時(shí)，使用振動(dòng)切槽成墻技術(shù)，效果較好。例如梁山岳莊截滲墻采用的就是振動(dòng)切槽成墻技術(shù)，鄄城八孔橋截滲墻采用的是液壓開(kāi)槽機(jī)開(kāi)槽。
    槽（孔）間混凝土板墻連接是保證防滲的關(guān)鍵，一般采用搭接法，即將一序槽（孔）已澆混凝土兩端各挖去１／３以上，再澆二序槽（孔）混凝土，連接較好。為了使混凝土截滲墻厚度均勻，施工中保證了各槽（孔）段之間接頭處滿足最小厚度要求，并注意鉆孔的垂直度達(dá)到一定的精度，施工中造槽設(shè)備和施工工藝均采取了相應(yīng)的措施?？傊炷两貪B墻施工只要解決好三大技術(shù)問(wèn)題，即：造槽、槽孔間板墻連接、造槽垂直精度，就能保證施工順利進(jìn)行。
    ２．水泥土攪拌樁截滲墻設(shè)計(jì)及施工簡(jiǎn)況
    （１）工程結(jié)構(gòu)及技術(shù)指標(biāo)
    設(shè)計(jì)采用在臨河堤腳修做水泥土攪拌樁截滲墻與堤坡鋪設(shè)土工膜防滲相結(jié)合的加固方案。截滲墻布置在臨河堤腳外１．５ｍ處，墻底部嵌入相對(duì)不透水層不小于１．０ｍ，深度一般為１１～１４ｍ，墻體厚度一般為０．２ｍ，滲透系數(shù)≤１×１０－６ｃｍ／ｓ，抗壓強(qiáng)度Ｒ≥０．３ＭＰａ，水泥摻入量不小于１２％。其頂部為０．５ｍ高的混凝土墻，堤腳坡面以上鋪設(shè)復(fù)合土工膜，其頂部高于設(shè)防水位１．５ｍ，底部與混凝土截滲墻用螺栓壓嚴(yán)連接，復(fù)合土工膜上部回填３ｍ寬的碾壓土保護(hù)層，形成綜合截滲墻，達(dá)到整體截滲的目的。
    （２）水泥土攪拌樁截滲墻施工簡(jiǎn)況
    多頭小直徑深層攪拌截滲樁機(jī)主要由主機(jī)和一、二級(jí)水泥漿攪拌系統(tǒng)及動(dòng)力源組成。主機(jī)主要由動(dòng)力傳動(dòng)、變速系統(tǒng)、液壓步履系統(tǒng)、塔架、深度儀、三通管調(diào)平裝置等部分組成。其施工方法為：多頭小直徑深層攪拌截滲樁機(jī)就位、調(diào)平，通過(guò)主機(jī)的動(dòng)力傳動(dòng)裝置，帶動(dòng)主機(jī)上的三個(gè)并列的鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，并以一定的推進(jìn)力使鉆桿的鉆頭向土層中下沉到設(shè)計(jì)深度，然后再提升攪拌至孔口，在上述過(guò)程的同時(shí)，通過(guò)水泥漿泵將水泥漿由高壓輸送管輸進(jìn)鉆桿，經(jīng)過(guò)鉆頭噴入土體中，在鉆進(jìn)和提升的同時(shí)，水泥漿和原土充分拌和，此過(guò)程一次成樁３根，稱為一序，然后鉆機(jī)沿軸線向前移動(dòng)，進(jìn)行下一序的施工，多次重復(fù)上述過(guò)程形成一道截滲墻。成墻方法分為三序樁成墻和二序樁成墻，其區(qū)別在于鉆頭直徑和鉆機(jī)縱向平移的距離不同，三組單序樁互相切割形成單元墻的為三序樁成墻，兩組單序樁互相切割形成單元墻的為二序樁成墻，二序樁成墻技術(shù)進(jìn)度較快。
    二、放淤固堤工程設(shè)計(jì)與施工簡(jiǎn)況
    １．工程設(shè)計(jì)概況
    根據(jù)大堤概化斷面，淤區(qū)頂部高程與２０００年設(shè)防水位平，淤區(qū)寬度按大堤概化斷面推算為１００ｍ，邊坡１∶３， 淤區(qū)沿堤線布置在背河側(cè)，淤區(qū)周圍布置圍堤，圍堤外側(cè)布設(shè)截滲溝及退水渠，淤沙完成后，進(jìn)行包邊蓋頂，在頂部沿外側(cè)修筑縱向圍堤，淤區(qū)內(nèi)每隔１００ｍ修筑格堤一道，在淤區(qū)頂面與堤坡交匯處沿淤區(qū)縱向布設(shè)排水溝一條，淤區(qū)邊坡每隔１００ｍ設(shè)一條橫向排水溝。
    ２．工程施工情況
    目前黃河下游放淤固堤工程施工機(jī)械主要有１０ＰＮＫ２０型簡(jiǎn)易吸泥船、水力沖挖機(jī)組和ＤＰＢ電泵平臺(tái)并聯(lián)式疏浚系統(tǒng)，其中簡(jiǎn)易吸泥船是在黃河下游應(yīng)用時(shí)間最長(zhǎng)、成本最低、技術(shù)較成熟的施工機(jī)械，ＤＰＢ電泵平臺(tái)并聯(lián)式疏浚系統(tǒng)是新研制的疏浚系統(tǒng)，目前屬于推廣試驗(yàn)階段。
    （１）取沙場(chǎng)的選定
    簡(jiǎn)易吸泥船和ＤＰＢ電泵平臺(tái)取沙場(chǎng)的選定主要考慮是否有利于交通、船位安裝方便，豐枯水時(shí)皆能取沙，且還淤條件較好的位置，船位一般安排在險(xiǎn)工壩頭，從河道內(nèi)直接取沙。水力沖挖機(jī)組施工的取沙場(chǎng)，一般選擇在臨河嫩灘上，以減少對(duì)當(dāng)?shù)馗氐钠茐?，且便于還淤。
    （２）施工方法
    圍堤采用推土機(jī)從淤區(qū)內(nèi)推土填筑，簡(jiǎn)易吸泥船和ＤＰＢ電泵平臺(tái)直接從河道內(nèi)取沙，輸沙距離超過(guò)２０００ｍ采用２５０ＮＤ接力泵加壓，以增加輸沙效率。水力沖挖機(jī)組采用４ＰＬ—２５０機(jī)組，用２５０ＮＤ泥漿泵輸沙，通常１臺(tái)２５０ＮＤ泥漿泵配８臺(tái)４ＰＬ－２５０小泥漿泵，輸沙距超過(guò)２０００ｍ采用２５０ＮＤ二級(jí)接力。挖嫩灘時(shí)直接由河內(nèi)取水，岸邊沖挖，沖挖的泥漿先儲(chǔ)存在集漿池，然后通過(guò)２５０ＮＤ泥漿泵輸沙至淤區(qū)，集漿池布置在地面上，大小適中，過(guò)大會(huì)引起泥沙沉淀，過(guò)小則導(dǎo)致泥漿漫溢。淤區(qū)吹填采取分段交替淤筑方式，以利于泥沙沉淀固結(jié)，排泥管布置力求平順，以減少阻力，排泥管出口不斷調(diào)整位置，保持淤區(qū)平整度。
    三、截滲墻與放淤固堤技術(shù)應(yīng)用比較
    截滲墻與放淤固堤技術(shù)的作用是一致的，即加固堤防，降低大堤浸潤(rùn)線出逸點(diǎn)，確保大堤安全。但其工程措施卻截然不同，截滲墻為臨河截滲，放淤固堤為背河導(dǎo)滲。
    １．兩種堤防加固技術(shù)的成本比較
    根據(jù)近幾年的施工情況，現(xiàn)以大堤長(zhǎng)度１ｋｍ為單位，分析計(jì)算各種工程措施的成本。
    （１）放淤固堤工程
    淤區(qū)寬度１００ｍ，高度７ｍ，工程量約為７０萬(wàn)ｍ３／ｋｍ，輸沙距２．５ｋｍ，土方單價(jià)７．５元／ｍ３，工程造價(jià)５２５萬(wàn)元／ｋｍ；考慮附屬工程及地面附著物補(bǔ)償?shù)雀鞣N費(fèi)用，綜合土方單價(jià)約１５元／ｍ３，工程總造價(jià)為１０５０萬(wàn)元／ｋｍ。
    （２）水泥土截滲墻
    墻厚０．２ｍ，墻深１４ｍ，工程量約為１４０００ｍ２／ｋｍ，單價(jià)９５元／ｍ２，工程造價(jià)１３３萬(wàn)元／ｋｍ；考慮復(fù)合土工膜和土方等各種費(fèi)用，綜合單價(jià)約２８７元／ｍ２，工程總造價(jià)為４０２萬(wàn)元／ｋｍ。
    （３）混凝土截滲墻
    墻厚０．２ｍ，墻深１４ｍ，工程量約為１４０００ｍ２／ｋｍ，單價(jià)３００元／ｍ２，工程造價(jià)４２０萬(wàn)元／ｋｍ；考慮復(fù)合土工膜和土方等各種費(fèi)用，綜合單價(jià)約４５４元／ｍ２，工程總造價(jià)為６３６萬(wàn)元／ｋｍ。
    綜上所述，放淤固堤工程造價(jià)最高，混凝土截滲墻次之，水泥土截滲墻造價(jià)最低。
    ２．兩種堤防加固技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)
    （１）放淤固堤工程
    優(yōu)點(diǎn)：工程完成后，仍可利用其土地資源，進(jìn)行淤區(qū)開(kāi)發(fā)，發(fā)展黃河經(jīng)濟(jì)，淤區(qū)坡上可栽植大量樹(shù)木，為黃河抗洪搶險(xiǎn)提供大量物料，同時(shí)改善了沿黃的生態(tài)環(huán)境。
    缺點(diǎn)：房屋拆遷等地面附著物補(bǔ)償高，占地多，一次性投資大，工期長(zhǎng)，施工中因滲水、排水問(wèn)題造成附近農(nóng)田減產(chǎn)。
    （２）截滲墻工程
    優(yōu)點(diǎn)：工程造價(jià)低，占地少，施工進(jìn)度快。
    缺點(diǎn)：截滲墻為地下隱蔽工程，施工工藝復(fù)雜，技術(shù)要求高，特別是在地基土層復(fù)雜時(shí)，施工中容易出現(xiàn)意想不到的問(wèn)題，造成施工中斷?；炷两貪B墻還容易出現(xiàn)槽壁坍塌、漏漿、墻體接縫有泥皮夾層、墻體槽間橫向傾斜等技術(shù)難題，還有待于進(jìn)一步分析研究。
    四、結(jié)論與建議
    通過(guò)長(zhǎng)期的治黃實(shí)踐證明，近期內(nèi)黃河泥沙還不可能得到有效控制，黃河河床還有可能繼續(xù)抬高，黃河大堤還存在繼續(xù)加高的可能性，截滲墻工程在將來(lái)大堤加高時(shí)存在上接困難，同時(shí)墻體和復(fù)合土工膜還存在壽命問(wèn)題。因此有計(jì)劃地在下游放淤固堤，長(zhǎng)期開(kāi)展挖河固堤，結(jié)合引黃供水沉沙淤高背河地面，淤筑“相對(duì)地下河”，應(yīng)是防洪的長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略部署。放淤固堤工程既減少了河床泥沙，又加固了堤防，雖然一次性投資大，但通過(guò)淤背區(qū)開(kāi)發(fā)，廣泛種植生態(tài)林，效益十分可觀，符合治黃的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益，仍然是黃河下游加固堤防的首選措施。