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1、堤防工程加固施工,主要内容,1.概述2.防渗工程设计3.置换法防渗技术4.高压喷射浇灌浆防渗技术5.深层搅拌法6.挤压法防渗技术7.垂直铺塑防渗技术8.劈裂灌浆技术9.排水减压井10.放淤和吹填技术11.安全监测,（1）渗流险情型式 堤防险情多以险情的性状形态来定名的。堤身:散浸、渗水、脱坡、漏洞、跌窝等堤基:管涌、泡泉、泉眼、隆起、沙沸等,7.1 概述,“管涌”:堤防工程中常说的管涌较之学术名词“管涌”有着本质的差别。学术上“管涌”：渗流介质中的细料随渗透水流在粗料所形成骨架的孔隙中的移动。堤防工程中的“管涌”：涵盖了所有渗流破坏型式。,7.1 概述,（2）防渗工程渗流控制：控制堤身（基）内
2、的渗流状态（渗流水头、渗流坡降、渗流量）都在允许范围内，不发生渗流破坏，保证大堤安全。渗流控制的总原则：“前堵后排、保护渗流出口”。渗流控制措施的型式主要有：铺盖、防渗斜墙、垂直防渗墙、锥探灌浆、盖重、淤背、填塘、减压井（沟）、滤层等。,7.1 概述,（1）设计原则和要点防渗工程设计应遵循以下原则：工程措施应有较高的安全度且有利于施工和维护；工程措施的选择应因地制宜、导压兼施；尽量减少对水环境的影响；大力推广新技术、新工艺和新材料。防渗工程设计首先是依据险情、地质条件及渗流稳定计算成果，确定治理范围。其次是在上述原则的指导下，在确定的范围内，在流域防洪规划制定的防洪标准（设计洪水位）条件下，结
3、合堤防险情的类型、地质条件、外滩宽窄、堤内居住及耕作情况，综合考虑、分析比较，选择治理措施。,7.2 防渗工程设计,渗流控制标准,根据渗流理论和相关规范，堤防渗流控制原则：（1）控制围堤浸润线和下游承压水头，保证坝体和坝基的渗流稳定；（2）控制坝体和坝基的渗透坡降，防止渗透变形破坏，保证下游边坡和下游地面的渗流稳定，其抗渗水力比降和渗透流速满足稳定要求；（3）控制围堤渗流量，尽量减少渗漏损失。,渗流控制标准,堤身具体结构和堤基土层出发，渗流控制标准主要有以下方面：堤坡出逸高度控制原则 围堤为细砂吹填或管袋充填而成，边坡出逸位置较高，对堤坡渗流稳定和边坡抗滑稳定不利。出逸坡面渗水将使得坡面土体剥
4、落流失逐渐发展而造成破坏，与滑坡过程类似，为一个缓慢的过程。而当库水位较高时外侧潮位为非稳定变化时，在相对高潮位时围堤内浸润线会较高，同样在外侧边坡出逸位置也可能较高，因此边坡出逸应加以控制，主要控制边坡出逸高度，应采取有效措施尽量避免在边坡出逸，实在不行则必须采取滤层保护边坡稳定措施。本工程需要研究合适的反滤措施确保砂堤边坡渗流稳定性。,渗流控制标准,堤坡出逸坡降控制原则 由于无防渗情况下边坡出逸位置较高，因此边坡出逸应加以控制，其出逸坡降可按无粘性土边坡出逸坡降计算。当渗流从下游坡出逸时，由于自由面与坡面相切，忽略凝聚力时，渗出点的渗透坡降为：（为下游坡角）堤坡渗出点的临界渗透坡降可按下式
5、计算25：Jc=1（tg-tg）cos/+C/式中，为水容重，取=10kN/m3；1为土的浮容重，C为出口段坝体填土的凝聚力，为土的内摩擦角，根据有关文献，取1=10.2kN/m3，C=0Pa，=32；为下游坡角，1：2.5的坡，tg=0.4（1：2，tg=0.5），cos=0.928。将所有变量代入式中，可求得Jc,渗流控制标准,渗流控制设计中需要J Jc。这里的J可以考虑滤层措施的功效。由于在理论上堤脚的出逸坡降是无限大的，因此，从渗流控制的观念来控制堤坡出逸，则是对可能出逸位置以下边坡实施合适的反滤保护措施，只要反滤保护措施得当，则堤坡出逸的渗流是稳定的。,渗流控制标准,有渗流的均质土坡
6、稳定安全系数控制原则 在浸润线以下的土体除了受到重力作用外，还受到由于水的渗流而产生的渗透力作用。如果水流方向与水平面呈夹角，则沿水流方向的渗透力F=wj。在坡面上取土体V中的土骨架为隔离体，其有效的重量为W=V。分析这块土骨架的稳定性，作用在土骨架上的渗透力为F=jV。因此，沿坡面的全部滑动力，包括重力和渗透力为，坡面的正压力为，则土体沿坡面滑动的稳定安全系数为,渗流控制标准,堤后地面和坡脚渗流坡降控制标准（1）允许垂直渗透坡降控制（2）允许水平渗透坡降控制（3）表层弱透水堤基渗透变形控制渗漏量控制原则:QQ允,7.2.2垂直防渗措施,堤防工程的垂直防渗有混凝土防渗墙、垂直铺膜及劈裂灌浆等措
7、施。“98洪水”后，防渗墙、垂直铺膜在加固技术、施工设备、墙体材料等方面有着快速的发展和应用。例如：在长江中下游堤防加固中，各种材料的防渗墙，累计长度已达370余km、总面积420万m2。垂直防渗方案确定后，其主要的设计指标是墙深、墙厚及墙体材料。截止目前，堤防中常用的薄防渗墙（墙厚30cm）、垂直铺塑以及劈裂灌浆等技术均无规范可循。本章仅就使用较多的薄防渗墙作一简要介绍。,7.3 置换法防渗技术,7.3.1 概述7.3.2 抓斗法成墙7.3.3 锯槽法7.3.4 射水法成墙7.3.5 导管（气举）反循环,7.4 高压喷射浇灌浆防渗技术7.4.1 概述7.4.2 高压喷射灌浆作用机理7.4.3
8、 高压喷射灌浆防渗体的性能及影响因素7.4.4 高压喷射灌浆施工,7.6 挤压法防渗技术7.6.1 振动沉模法7.6.2 超薄防渗墙工法7.7 垂直铺塑防渗技术7.7.1 概述7.7.2 工作原理及技术要求7.7.3 施工设备7.7.4 施工7.7.5 材料7.7.6 质量保证和要求,7.8 劈裂灌浆技术7.8.1 概述7.8.2 试验7.8.3 设计7.8.4 施工7.8.5 质量检查7.9 排水减压井7.9.1 减压井设计7.9.2 减压井施工,7.10 放淤和吹填技术7.10.1 概述7.10.2 引洪放淤技术7.10.3 机械放淤技术7.10.4 机淤施工技术要求7.11 安全监测7.
9、11.1 监测目的和内容7.11.2 渗流监测仪器和安装方法7.11.3 观测频次7.11.4 工程实例,长江重要堤防的防渗工程李思慎,长江水利委员会长江工程建设局,目 录,1 堤防概况和险情,2 防渗工程设计理念与方法,3 施工技术和施工设备,4 质量控制、评价及运行效果,6 经验与展望,5 重大技术问题研究,1 堤防概况及险情,长江中下游防洪体系：以堤防为基础，三峡工程为骨干，干支流水库、蓄滞洪区、河道整治相配套，结合封山植树、退耕还林、平垸行洪、退田还湖、水土保持等措施以及其它非工程措施构成的综合防洪体系。（国务院文件 国发199912号）长江中下游堤防总长3万余km。长江干流堤防长约3
10、600km：其中一级堤防长约560km（武汉、荆江大堤等）；二级堤防长约2480km（同马、黄广、荆南长江干堤等）；三、四级堤防长约536km。保护面积：12.6万km2、耕地9000多万亩、人口7500余万人（1997年）及重要工 矿企业、交通。,1.1 概况,1 堤防概况及险情,渗透、崩岸、漫顶 1998年长江中下游堤防工程险情统计,1.2 险情,1.2 险情,1 堤防概况及险情,f6,98石首人民大垸鱼尾洲重大管涌险情,1.2 险情,1 堤防概况及险情,f6,f7,98荆江大堤杨家湾重大管涌险情,1.2 险情,1 堤防概况及险情,f6,f7,长孙堤内管涌导致民房开裂倒塌,1.2 险情,1
11、 堤防概况及险情,f6,f7,f5,同马大堤排水沟内冒沙,f1,视图,荆江大堤沙市巡司巷冬堤街残迹,f2,视图,荆江大堤堤内隐患,f3,视图,荆江大堤沙市巡司巷堤内隐沟、砖墙,f4,视图,堤身内取出的白蚁菌圃,1.3 堤防特点,1.3.1 堤防历史悠久、堤身组成复杂（1）堤身土质杂乱、填筑质量差 目前，长江干流堤防断面一般高约（612）m、堤顶宽（812）m、两边坡1:3。但若追溯它们的初始状态，堤身高度仅（12）m，在其不断加高培厚的过程中，由于人们的认识水平和生产力条件，普遍存在土质杂乱、填筑质量差等缺陷，许多堤段形成所谓“金包银”的复式断面。,1.3 堤防特点,1.3.1 堤防历史悠久、
12、堤身组成复杂（2）溃口复堤及其它原因在堤身内存在块石、碎石 堤防的历史就是与洪水不断抗争的历史，溃口后的复堤往往不能把抢险时的块石杂物等清除干净而留在堤身内部；此外，在堤身加高时，原堤顶路面未能很好处理，其碎石、块石等亦遗留下来。隐蔽工程防渗墙施工时曾在多个堤段遇到这些情况，其中最大石块的直径竟达1.3m。,1.3 堤防特点,1.3.1 堤防历史悠久、堤身组成复杂（3）人类活动遗迹 先辈们一般沿堤而居，他们在修筑堤防的同时又给堤防的后续加高加固留下了隐患。新中国成立以来的堤防加固过程中，曾多次在堤身内发现残垣断壁、阴沟粪池以及棺木遗骸。98洪水期间，荆江大堤沙市巡司巷段堤内渗水，汛后挖开堤身，
13、先人居住的断壁、阴沟清晰可见。另外，现代的人们又为堤身增加了几许困惑，如堤身埋设有通讯光缆（军缆）、堤顶建有公路（非水利部门专用的防汛公路）、高压线沿堤或越堤而过，为堤防 加固建设带来困难。,荆江大堤沙市巡司巷冬堤街残迹,1.3 堤防特点,1.3.1 堤防历史悠久、堤身组成复杂（4）生物活动、洞穴隐蔽 由于气候、土质、植物等条件优越，长江中下游干堤堤身内常有白蚁、蛇、鼠打洞藏身、繁衍，极大地威胁着堤防安全。其中尤以白蚁危害最大，白蚁活动处，堤内蚁巢、蚁道四通八达。解放后虽采用过毒杀、烟熏、灌浆等措施进行大规模、大范围的灭除活动，但由于白蚁自身繁殖力强，复发率高，至今仍难以完全消除。1996年，
14、洪湖长江干堤周家咀段发生堤顶塌陷、堤身多处漏洞、渗水浑浊的重大险情就是白蚁所致。,堤身内取出的白蚁菌圃,1.3 堤防特点,长江中下游堤防主要座落在第四纪冲积平原上，堤基表层相对弱透水层厚一般在（18）m，下部通常为深厚的砂及砂卵石层，汛期江水通过砂及砂卵石层流向堤内，威胁堤基的渗透稳定并在地质条件差的部位造成险情。防渗工程堤基地质结构分类表,1.3.2 堤防历史悠久、堤身组成复杂,1.3 堤防特点,防渗工程堤基地质结构分类表,1.3 堤防特点,2.2 堤基地质条件复杂,.,1:3,.,.,均质地层（砂、粘土层）,1.4 堤防的渗流险情,1.4.1管涌的成因及危害,二元结构地层等势线图,1.4
15、堤防的渗流险情,1.4.1 管涌的成因及危害,二元结构地层等势线图,1.4 堤防的渗流险情,堤基管涌多表现为冒水翻砂、泡泉、脓疮、土层隆起、大面积砂沸等，在所有渗透险情中，管涌是最危险的，尤其是堤脚附近的管涌更易发展成灾难性后果。管涌险情不仅出现频率高（在所有主要险情中，管涌占有一半），而且是导致大堤溃决的主要险情。1998年汛期湖北省境内34处溃口性险情中，管涌占有26处。而98汛期长江中下游堤防的7处溃口，因堤基管涌溃决的就有5处。簰洲湾堤防（民垸堤）的溃决，其主要原因是堤基为粉细砂层，当外江水位达到一定值时，砂层开始浮动并出现大范围的管涌群（学术定义应为流土），堤基失稳、大堤迅速溃决。,
16、1.4.2 管涌的成因及危害,1.4 堤防的渗流险情,九江长江干堤的溃决，原因是多方面的（堤外坡脚被人为破坏、堤基有易冲蚀的土层未做处理、汛期水位高持续时间长、险情发现不及时等），其中，堤身下（堤基表层）的0.5m1m厚的粉质壤土则为管涌的产生提供了物质条件。,1.4.2 管涌的成因及危害,8月7日 12:45发现 13:45堤项塌陷 14:00溃口62m,1.4 堤防的渗流险情,公安县孟溪大垸河堤的溃决，其直接原因是防守失职，同样堤身下近5m厚的砂及砂壤土层也是产生管涌的不良地质条件。,1.4.2 管涌的成因及危害,7月4日 小泉眼7月25日拳头大洞浑水，处理此后未见险情记录。8月7日 0:
17、15巡堤发现 1m管涌 0:20大堤下沉 0:40溃口30m,1.5 渗流控制,：铺盖、斜墙、锥探灌浆、劈裂灌浆、填塘、吹填、盖重、反滤层、减压井（沟）等。吹填、环境、复耕,荆南长江干堤吹填区,安庆江堤吹填区,1998年长江发生了大洪水并造成重大损失。洪水过后党中央、国务院立即作出决定，利用国债、拨出巨资加固长江堤防，并将其中一、二级等重点堤防的穿堤建筑物、防渗处理、抛石固基等施工难度大、技术要求高的工程（简称隐蔽工程）由长江水利委员会负责组织建设。经近4年的精心建设，隐蔽工程已于2003年汛前建成，并经46年的运行，工程经受住了考验，达到了设计要求。2005年10月下旬，通过了由水利部组织的
18、竣工验收。,防渗处理,护岸工程,穿堤建筑物（涵闸加固）,防渗处理,视图,隐蔽工程分布示意图,长江重要堤防隐蔽工程建设内容包括：湖北、湖南、江西、安徽四省的长江干流堤防及湖北汉江遥堤、江西赣抚大堤等长江重要堤防的堤身堤基防渗工程、穿堤建筑物和护岸工程；长江干流重要河道河势控制工程；荆江分洪区南闸加固工程等共36个项目。,涉及长江中下游干流堤防、汉江遥堤、赣抚大堤等堤长共2732.055km，其中长江干堤2502.274km，汉江遥堤、赣抚大堤等堤长229.78km，河道崩岸护岸长1077.446km。工程设计总投资149.01亿元。,隐蔽工程的防渗处理涉及湘、鄂、赣、皖四省重点堤防2000余km
19、，防渗处理工程累计沿堤线长367.46km，其中垂直防渗315.85km、水平防渗61.51km（局部重合）。完成主要工程量有：土方（含吹填）1082万m3、薄防渗墙420万m2、土工布（膜）45万m2、锥探灌浆312万m、减压井455口。隐蔽工程的防渗处理不仅提升了堤防建设的科技含量、提高了长江重要堤防的抗洪能力，同时也为今后的堤防建设提供了丰富的科技成果和建设经验。,防渗处理,2 防渗工程设计理念与方法,防渗工程设计首先是根据地质条件、险情及渗流稳定分析的成果，确定治理范围。防渗工程设计的总原则是“前堵后排，保护渗流出口”，同时还应遵循以下原则：（1）工程措施应有较高的安全度、施工方便、利
20、于管养且投资较省；（2）工程措施的选择应因地制宜，截流、排渗、压渗等可单独使用亦可兼施并举；（3）尽量减少对环境的影响；（4）大力推广新技术、新工艺、新材料，应用新设备。,2.1 设计原则和要点,2 防渗工程设计理念与方法,新中国成立以来，长江的堤防建设一直在探索适用、有效的渗流控制措施，主要有：培厚堤身、翻挖回填、锥探灌浆、吹填（填塘、盖重）、反滤、减压井（沟）等，铺盖、劈裂灌浆也有应用。防渗墙作为一项防渗技术在水库大坝中早已应用，过去堤防加固未曾应用，主要是墙体太厚（60cm），造价太高。随着技术的发展、堤防建设的需要，上世纪末，薄防渗墙（厚度30cm）技术以及塑性混凝土、水泥土等新材料出
21、现了，大量的新设备、新工艺也纷纷涌现，为堤防防渗加固工程提供了更多有效的技术支撑。98大水后隐蔽工程的防渗处理措施，用得最多的是垂直薄防渗墙，其次是吹填、减压井、锥探灌浆，土工膜斜墙、排水盲沟也有少量应用。本文仅就垂直薄防渗墙及吹填的设计进行讨论。,2.2 设计方法,2 防渗工程设计理念与方法,2.2.1 垂直薄防渗墙（1）墙体厚度 隐蔽工程采用了一种简化的墙厚计算方法，即：D=h/J允 式中：D为墙厚，h为全水头，J允为墙体允许比降。计算式仅就墙体的渗透稳定性来考虑的，其防渗效果还要通过有限元分析给予验证。由于公式中采用了全水头而非墙体两侧的水头差，再加之墙体两侧土体的反滤作用，因此计算的墙
22、厚有着足够的安全性。根据长江的具体情况，计算出的厚度为（1220）cm，考虑施工设备及工艺水平，设计取墙厚为（2030）cm。,2.2 设计方法,2 防渗工程设计理念与方法,2.2.1 垂直薄防渗墙（2）墙体深度 悬挂式：防渗墙未截断透水层、未达到弱透水层或相对弱透水层谓之悬挂防渗墙。分析计算表明，对长江堤防而言，因其地层结构的特点，悬挂式防渗墙对堤基的防渗作用不大，隐蔽工程中多用作堤身防止散浸及堤身堤基的接触渗透。研究还表明，悬挂式墙不能阻止渗透破坏的产生，但对渗透破坏的发展有一定的遏制作用。,2.2 设计方法,2 防渗工程设计理念与方法,2.2.1 垂直薄防渗墙（2）墙体深度 半封闭式：在
23、多层地基中，截断上部透水层并达到中部相对弱透水层的谓之半封闭防渗墙。隐蔽工程中半封闭防渗墙应用最多且效果好，并且对地下水环境一般不会产生大的影响。,2.2 设计方法,2 防渗工程设计理念与方法,2.2.1 垂直薄防渗墙（2）墙体深度 全封闭式：截断透水层直达基岩的防渗体谓之全封闭防渗墙。应该说所谓全封闭也只是一个相对概念，因为基岩并非不透水，而墙体轴线长度也是有限的。全封闭墙体深度一般都较大，并有可能对地下水环境带为影响。隐蔽工程全封闭防渗墙应有较少，总长仅14.8km，单段最大长度2km，单段平均长度1.2km，最大深度38m。目前尚未发现对地下水环境有大的影响。,2.2 设计方法,2 防渗
24、工程设计理念与方法,2.2 设计方法,2.2.1 垂直薄防渗墙（3）墙体材料 随成墙工法不同，防渗墙墙体材料主要有塑性混凝土、水泥土、水泥砂浆三种，此外还有少量特殊的柔性材料。这些材料的参数主要有：渗透系数、允许比降和抗压强度。作为防渗墙，其功能就是防渗，因此其渗透性指标是主要的且是第一位的。就渗流理论而言，防渗效果更取决于防渗墙与其两侧土体的相对渗透性（即二者渗透系数之比），相对渗透性愈小，防渗效果愈好。,2 防渗工程设计理念与方法,2.2 设计方法,2.2.1 垂直薄防渗墙（3）墙体材料 关于塑性混凝土、水泥土等材料的渗透稳定性问题，目前尚无理论研究成果，通常还是参照无粘性土的概念用允许比
25、降来衡量，隐蔽工程也是这样做的。应该指出，塑性混凝土、水泥土较之无粘性土有着本质的差别，如何引伸原允许比降的概念，尚有许多问题需要研究。目前的认识是，参照无粘土的试验方法可得出很高的破坏比降，再加之墙体两侧土体的反滤作用，防渗墙体的允许比降将会达到很高的数值，甚至认为允许比降已没有直接的工程意义。,2 防渗工程设计理念与方法,2.2 设计方法,2.2.1 垂直薄防渗墙（3）墙体材料 垂直防渗墙纵向仅承受自重而无其它荷载作用，水平方向除承受渗水压力外，还有墙体两侧的土压力。两侧土压力的作用会提高墙体的抗压强度、减小变形。鉴于前叙堤防特点，通常情况下，堤防防渗墙不会因强度问题而破坏。同一种材料，渗
26、透系数、允许比降及抗压强度这三个参数之间应是协调的。以上分析说明，渗透系数是防渗墙必须满足的主要指标，而允许比降和抗压强度在正常情况下均可满足要求，作为次要指标是合适的。在初步确定了墙厚、墙深及墙体材料参数后，还应通过渗流有限元计算，以评价防渗效果，或作必要的修改。一般可不进行变形或应力应度分析。,2 防渗工程设计理念与方法,2.2 设计方法,2.2.2 吹填盖重（1）吹填的宽度和厚度 根据勘探得到的剖面图进行有限元计算，以及规范推荐的透水盖重计算式，可方便地得到宽度和厚度值。但计算宽度往往达到数百米，这不仅需要巨大的吹填工程量，而且占压太多的耕地也是不能接受的。经分析比较隐蔽工程的吹填宽度一
27、般为100150m，最大不超过200m，若不能满足要求，再辅以减压井，以达经济、高效、安全之目的。,2 防渗工程设计理念与方法,2.2 设计方法,2.2.2 吹填盖重（2）复耕 为了解决吹填占压耕地、影响环境的问题，笔者上世纪末在荆南长江干堤的可行性研究中提出复耕技术。即，在吹填前将一定深度原耕值土剥离并推铲至指定区域，待吹填至设计高程处，再将该土平铺其上以利复耕。这里关键的问题是复耕土的厚度如何确定，通常应以农作物的根系深度及当地的耕作条件来考虑，但水稻田是必须改变的。隐蔽工程吹填堤段的复耕土厚为0.40.5m，现在看来若再适当加厚0.05m0.1m，效果可能会更好。,荆南长江干堤吹填区,3
28、 施工技术和施工设备,3.1 开槽转换法,在堤身（基）内开槽弃土并置换塑性混凝土或其它防渗材料从而形成一道连续防渗墙。开槽设备有抓斗、射水、锯槽及气举反循环四类，灌注混凝土设备基本相同。,抓斗工法 按工作原理抓斗斗体可分液压式和机械式两种，液压式在土、砂地层中工效较高，而机械式可进行冲抓作业，较适用卵石和软岩地层。薄型抓斗成墙最大深度可达40m，其工效一般在100150m2/台日，但若遇密实粉细砂工效仅50m2/台日。隐蔽工程中，抓斗工法多用于深度大于20m的防渗墙施工，浅墙则因其造价高而不具竞争力。,意大利抓斗,射水法施工 最大深度可达30m。射水法是利用成型器的重力冲击作用及成型器底部喷嘴
29、射出的泥浆射流破坏土层结构，使槽孔底部碴浆经反循环管抽排至沉碴池，同时成型器不断修整槽形。其成型槽孔厚为2245cm。抓斗法、射水法造墙质量一般都可得到保证，但因其都采取序槽、序槽的施工程序，因此也不可避免地存在接缝，接缝质量的好坏将直接影响墙体质量，应予注意。,射水机,锯槽工法 锯槽工法锯槽法源自东北及黄河流域，隐蔽工程第一次将其引入长江堤防建设。锯槽法可实现真正的连续开槽，成槽质量好，但浇筑混凝土时仍需进行隔离以分割槽段。隔离方法有刚性隔离及土工布袋隔离两种，隐蔽工程多用后者，施工方便、造价便宜，质量也有保证。锯槽法造价和射水法基本一致，但工效较低，对粘性较大的土层工效更低；若遇砂卵石层或
30、溃口段等部位，锯槽甚至难以进行。锯槽法在隐蔽工程中，墙深一般在25m以内，墙厚(0.220.4)m。,链斗式锯槽机,气举（导管）反循环法,气举反循环工法示意图,气举反循环工法可实现真正的连续成槽，且适用砂卵石等多种地层。其成槽深度与抓斗同，但工效更高。该工法所用设备简单，这有利于降低造价。隐蔽工程引入该工法在安徽无为大堤、湖北咸宁长江干堤试验约5000m2防渗墙施工，最大深度达到37m,取得了良好效果。,f17,导管（气举）反循环施工,在隐蔽工程中得到大力推广应用，其成墙面积约占防渗墙总面积的53%。深层搅拌法在引入长江之初为三头搅，造墙深度一般控制在(1315)m，墙厚(1520)cm。通过
31、隐蔽工程的应用，该项技术变得到了发展与完善，其最大墙深已达22m，厚2030cm；搅拌机具也由3头发展到4头、5头、6头。6头搅拌采用6头联动，减少墙体接头达5/6，大大提高了墙体的连续性、完整性;注浆控制系统采用多管分别计量，提高了精度，从而保证了墙体质量。值得一提的是在引进、吸收国外先进技术的基础上，江苏省水利厅开发的ESMTW/MSMTW工法增加了一送气管，大大改善了墙体的均匀性。深层搅拌的工效随不同土性变化较大，实际实施约在(45200)m2/台班。,3 施工技术和施工设备,3.2 深层搅拌法,深层搅拌法的优点是造价低、设备轻便，对深度小于20m的防渗墙该法具有较强的竞争力。深搅法目前
32、存在的主要问题是，设计只提供一套水泥土防渗墙参数指标，施工也是用同一机具一套施工工艺，而现场施工可能要穿过不同土层并形成水泥土防渗墙。对多层地基，防渗的对象当然是透水砂（卵石）层，设计指标也是对这一层而言。其它层位（例如粘土、淤泥、壤土等）本不需防渗，只是为了达到透水层而穿过的层位。由于只有一套设计指标，这就给质量检测与评价带来困难。对此，应进一步研究。,3 施工技术和施工设备,3.2 深层搅拌法,六头搅拌桩机,施工设备,挤压法就是在振动锤的击打下将板桩或模板挤压到土体中，起拔时形成空间并同时注入浆体（水泥浆、砂浆或其它防渗材料）。板桩灌注墙、（宝峨）超薄防渗墙、振动沉模板、振切均属此类。挤压
33、法的墙厚较薄，一般为15cm，而超薄防渗墙厚仅7.5cm。为了检验这一工法的可靠性，经水利部批准长江重要堤防隐蔽工程建设管理局在洪湖监利长江干堤选取一段作为试验工程。对超薄防渗墙、振动沉模板进行测评。测评认为这两种设备可在长江堤防防渗工程中应用。其中超薄防渗墙的最大深度可达25m，而振动沉模板的深度则不大于17m。,3 施工技术和施工设备,3.3 振动挤密法,振动挤压工法,振动切槽成墙机,德国宝峨振动成槽薄防渗墙设施,高压喷射工法,3.3 防渗墙的无损检测3.4 吹填的陆上接力技术 湖北荆南长江干堤李家花园段吹填工程量约200万m，其中30万m3砂源为中粗砂（d50=0.35mm），最大吹程6
34、.8km（大部分为陆上输送），管线最大爬高15m，有效工期仅3个月。长江清淤疏浚工程有限公司等单位提出采用国产5003/h挖泥船作为取砂船，IHC1600挖泥船主浮箱作为陆上接力泵站方案，并成功的解决了有关技术难题，工程得以顺利进展。三个国内第一；第一次采用两条功率不同、泥泵额定流量和扬程均不相同的挖泥船进行水陆串接；第一次将挖泥船作为陆上接力泵站使用，而且接泵站的位置受现场客观条件的限制无法放置于理论最适合的位置；第一次采用单级接力泵把d30=0.35mm以上较粗颗粒沙料输送至6km以外。,隐蔽工程积极慎重地采用了一些护岸新技术并在部分河段实施，检验其护岸效果，以便在今后的护岸工程中推广应用
35、。主要应用或试用了铰链混凝土沉排、模袋混凝土（砂）、钢丝网石笼、土工布垫抛石及土工布砂袋等。目前这些新技术的造价都高于抛石，但其使用年限应较抛石的护岸年限长（铰链混凝土沉排在武汉天兴洲已应用20年），就其总体经济分析应该还是可以接受的，甚至是更经济的。当然随着科学的发展，技术的进步，新技术、新材料的造价应该不断降低。,护岸工程的“三新”技术,1 铰链砼沉排,铰链混凝土沉排在护岸新技术中是最成熟的。突出特点是集柔性与整体性于一体，能较好的适应河床变形，确保坡脚稳定，并且基本上不需维修；同时还有可工厂化生产、机械化施工、质量易于控制等优点，具有较大的应用前景。,铰链混凝土沉排施工主要步骤有：系排梁
36、绕筑、混凝土块予制、铺设土工布、铺设混凝土予制块、水下沉排。施工质量的控制要素主要是：予制块质量、“U”钢筋扣连接（螺丝要点焊）及排体间的搭接宽度（一定要水下检查）。,铰链砼施工,2 模袋砼及模袋砂,模袋混凝土（砂）护岸具有整体性强，抗冲及抗风浪能力强，机械化施工程度高，施工速度快，施工质量容易控制等优点；但对河床平整度要求高，适应河床变形能力差（模袋砂稍好）；当河床有较大冲深，刚性的,模袋砼施工,模袋混凝土排前沿将悬在水流中，极易折断破坏。若在模袋混凝土排前沿加抛一定数量的块石则对保护模袋混凝土免遭折断是有帮助的。,3 钢丝网石笼,钢丝网石笼较之早年已经应用的铁丝笼更大、更柔、更适合河床底部
37、形态，更易相互咬合而成一整体，因而具有较高的抗冲性，适合在河势变化较大，水流顶冲强烈的岸段。,钢丝网笼应满足：有足够的抗拉强度，能自由起吊，沉放；网孔不能松动，以防块石滑出；网笼应有全方位的柔动性，以适应河床变形及网笼间的相互咬合；网笼应具有良好的抗腐蚀性。,钢丝石笼施工,钢丝石笼照片,4 土工合成材料的应用 土工合成材料种类繁多，前已介绍的模袋混凝土就是土工合成材料应用的一例。4.4.1 土工布垫抛石 4.4.2 土工布砂袋 以上介绍的几种护岸新技术，他们共同的特点是：施工质量易于控制、机械化施工速度快、可使用较长年限、多数可用于河势度刷烈的岸殷。当然，其共同的缺点也是明显的，首先造价普遍高
38、于抛石，这在前面已有叙述；其次新的护岸技术担心船舶抛锚破坏。这样的忧虑不无道理，但笔者认为这涉及到河道管理问题，应加大船舶抛锚管理力度，切不可因噎废食。,穿堤建筑物加固建设中的新技术,隐蔽工程中有8座穿堤建筑物加固。在部分老闸的拆除时应用微差控制爆破，对涵闸的裂缝补强采用GS胶、丙乳砂浆等多种新型材料均取得良好效果。值得的一提的是，采用计算机控制程序对船闸人字门进行现场调试，,加固中的樊口大闸,大大提高了调试精度和工效。原需调试周期一个月以上，采用本项研究成果（新技术），一周内即完成了调试任务，大大缩短了工期。在隐蔽工程工期很短的情况下，这一新技术的研究成功有着极大的实用价值。,4 质量控制、
39、评价与运行效果,4.1 质量控制,4.1.1 质量管理体系“百年大计、质量第一”始终是长江重要堤防防渗工程建设的质量方针，“项目法人负责、施工单位保证、监理单位控制、政府部门监督”的质理管理体系也得到全面落实。项目法人长江建管局建立了以局长为质量第一责任人，实行总工程师分管、工程建设部及工程建设代表处分级管理的管理体系。4.1.2 质量检测 施工、监理对防渗工程进行了自检和抽检，自检和抽检的方法视工程具体情况有机口取样、挖坑、钻孔取芯、钻孔注水等，自检和抽检量达12300余组，全部合格。竣工验收前项目法人委托具有资质的北京海天恒信土木工程检测评价有限公司进行了检测。抽检单位工程52个（占总单位
40、工程数的80%）、抽检断面132个、挖坑38个，采用无损检测和室内试验等方法，检测的各项指标均满足设计及质量评定的要求。,4 质量控制、评价与运行效果,4.2 质量评价,隐蔽工程建设除建设过程中的严格控制多项检测外，还经历了单元工程、分部工程、单位工程各个阶段验收，验收全部合格，其中单位工程优良率达84.6%。在竣工验收阶段又经历了初步验收、技术性验收和竣工验三个步骤。严格的要求铸就了高质量的隐蔽工程。竣工验收结论指出：“工程设计符合国家有关规程、规范要求，施工中采用了新技术、新材料和新工艺，工程质量满足设计要求，质量合格”。,4 质量控制、评价与运行效果,4.3 初期运行效果,总体效果 防渗
41、工程加固完成的367km堤段，其中多数是历来险情多发堤段。已建工程经历36个汛期的考验。其中2002年汛期水位相对较高，部分堤段已接近或高于设计水位。如咸宁长江干堤邱家湾段实测水位为30.61m，接近设计水位30.70m；岳阳长江干堤实测水位为32.78m（城陵矶），高于设计水位32.69m。工程运行状况良好，汛期仅少数专业人员巡查，未见较大险情。原型观测 在防渗处理的堤段，还布置有数量不等的安全监测断面，并进行了13年的监测。总体规律是汛期防渗墙前的测压管水位较防渗墙后的测压管水位高、且随江水变化灵敏、变幅大，防渗墙后测压管水位则反应滞顿；枯水期防渗墙后测压管水位又高于墙前测压管水位，形成反
42、向挡水。因各堤段地质、外滩宽窄及江水位等条件各异，实测防渗墙削减水头为0.54m不等。运行及监测结果表明，防渗工程有着较好的防渗效果。,4 质量控制、评价与运行效果,4.3 初期运行效果,总体效果 防渗工程加固完成的367km堤段，其中多数是历来险情多发堤段。已建工程经历36个汛期的考验。其中2002年汛期水位相对较高，部分堤段已接近或高于设计水位。如咸宁长江干堤邱家湾段实测水位为30.61m，接近设计水位30.70m；岳阳长江干堤实测水位为32.78m（城陵矶），高于设计水位32.69m。工程运行状况良好，汛期仅少数专业人员巡查，未见较大险情。原型观测 在防渗处理的堤段，还布置有数量不等的安
43、全监测断面，并进行了13年的监测。总体规律是汛期防渗墙前的测压管水位较防渗墙后的测压管水位高、且随江水变化灵敏、变幅大，防渗墙后测压管水位则反应滞顿；枯水期防渗墙后测压管水位又高于墙前测压管水位，形成反向挡水。因各堤段地质、外滩宽窄及江水位等条件各异，实测防渗墙削减水头为0.54m不等。运行及监测结果表明，防渗工程有着较好的防渗效果。,5 重大技术问题研究,5.1 薄防渗墙施工质量检验与评定标准,薄防渗墙没有现行的规程规范可循，塑性混凝土、水泥土又属新材料，因此不同的设计人员提出的技术要求存在差异，这给施工质量的检验与评定带来了困难。对此，项目法人编制长江重要堤防隐蔽工程薄防渗墙施工质量技术检
44、验标准，并经上级主管部门批准。（1）防渗墙材料物理力学指标 注：0i10,5 重大技术问题研究,5.1 薄防渗墙施工质量检验与评定标准,（2）薄防渗墙施工质量应进行综合分析评价，尤其应抓好施工过程的质量控制，注重原材料、关键工序的控制与检测。在单位工程验收阶段，应以施工过程质量控制、质量检测与评定资料为基础，有条件时应考虑增加必要的成品取样检测、开挖检查、无损检测，并结合安全监测资料分析及实际洪水条件下的运行情况，进行综合分析提出评定意见。,5 重大技术问题研究,5.2 同马大堤防渗施工中局部堤段堤身裂缝问题,同马大堤北场堤段堤高7m8m，内外坡1：3，堤身填土主要是粉质粘土、砂壤土及粉砂。设
45、计防渗墙沿堤长2600m、深15.5m24.5m。在锯槽法施工过程中先后出现27条规模不等的裂缝（宽1mm40mm、长5m99m），总长约1000m。防渗墙施工过程中堤身产生裂缝的机理及其对大堤稳定的影响研究成果：（1）堤身出现裂缝的机理主要是，作用在槽孔壁上的泥浆压力，使槽孔端部土体的小主应力由压应力变为拉应力，当此拉应力达到土体的抗拉强度时，槽端将产生裂缝。随之泥浆进入裂缝并产生劈裂作用，导致裂缝进一步发展。但泥浆液面会随裂缝的扩展而降低，端部拉应力也会逐渐减小，直至裂缝停止发展。（2）产生裂缝的主要因素是：泥浆密度、堤身填土土质和干密度、槽孔长度等。（3）稳定计算结果表明，在各种不利工况
46、下，堤身稳定安全系数均可满足规范要求。,5 重大技术问题研究,5.3 垂直防渗对地下水环境影响的研究 研究方法：专题研究从现场和室内两方面进行。现场工作主要有典型区域地下水环境现状调查、水文地质勘察、地下水位和水质监测；室内工作主要有二维、三维数值模拟计算及模型参数试验，对比模拟防渗墙建设前后的地下水运动规律。,5 重大技术问题研究,5.3 垂直防渗对地下水环境影响的研究 研究成果：（1）防渗墙建设对堤线附近地下水环境有无影响及影响的程度与堤防区的地形、水网分布以及区域地下水的补给、径流、排泄条件，防渗墙的结构型式、长度、深度等密切相关。（2）对典型堤段的水文地质勘察、地下水监测及地下水环境调
47、查，尚未发现防渗墙对地下水环境的影响。（3）防渗墙建设一般也不会造成或加剧渍害。在某些条件下堤线附近潜水含水层的水位可能会抬高到区域地下水位的水平，理论分析其影响范围仅限于离堤300m范围以内，如果发生或加剧渍害，增加一些排渍设施或改种耐渍能力强的作物是可能解决的。（4）半封闭防渗墙一般不会对合法水源地产生影响。全封闭防渗墙对地下水水源地产生的影响一般仅限于离堤1.5km范围内。（5）环境问题通常都要较长时间方能显现，本项研究所得出的一些初步结论还需要时间的检验。建议下一步还应继续监测、研究。,5 重大技术问题研究,5.4 防渗墙无损检测研究 传统无损检测方法：地质雷达法、可控源音频大地电磁测
48、深（CSAMT）法，垂直声波反射法，高密度多波列地震影像法、弹性波层析成像法、电磁波层析成像法、高密度电阻率法、瞬态瑞雷面波法等。隐蔽工程研究采用的无损检测方法：以CSAMT法为主，高密度多波列地震像法（或垂直声波反射法）为辅，对堤防防渗墙进行扫描探测，利用自行研制的软件对其进行数据处理和成像，检测出异常后有针对性的布置少量钻孔并辅以井间弹性波CT的无损检测技术方案。新方法的效果：（1）经湖北黄冈长江干堤、咸宁长江干堤的检验，这一检测方法有较高的可靠性。（2）已通过湖北省科委组织的鉴定。,5 重大技术问题研究,5.5 减压井淤堵机理及可拆卸式新型减压井研究,主要研究内容和方法：（1）减压井应用
49、现状及淤堵研究的调研（2）减压淤堵机理研究（3）减压井淤堵应对措施的模拟试验（4）工程应用与检验,减压井能有效控制堤坝基础渗流状态，且造价低，占地少，施工简便；减压井淤堵现象普遍存在，使用年限不长，制约了减压井的推广应用；有些堤防工程不得不采用减压井措施；减压井淤堵机理没有研究清楚，应对措施不力；长江科学院、南科院40多年持续不断地关注减压井淤堵问题，始终处于研究前沿地位；长江重要堤防隐蔽工程建设列出减压井淤堵研究专题；,淤堵机理的模型试验研究,（1）试验设计浸泡模型水平一维模型垂向一维模型径向简单模型径向综合模型（2）机械淤堵5种试验方案:水平一维模型：滤料与堤基砂的关系径向简单模型：滤网与
50、滤料的关系垂向一维模型：浑水倒灌对滤层淤堵影响程度径向简单模型：浑水中抛填滤料对滤层渗透性 和淤堵的影响径向综合模型：模拟减压井结构、地层砂、滤料、滤网以及径向水流条件下减压井 机械淤堵机理,减压井淤堵径向试验模型,2、淤堵机理的模型试验研究,（3）化学淤堵5种方案 掺铁滤料浸泡模型：模拟间歇运行静水环境，铁对滤层的淤堵影响。垂向一维模型：掺铁砂样与滤料的强化淤堵试验，分别进行连续渗透和间歇渗透，分析间歇运行对减压井淤堵的影响。垂向一维模型：砂与滤料，采用葡萄糖溶液渗透，研究地层中铁溶解和迁移规律及淤堵形成机理。垂向一维模型：试验1，采用氢氧化铁溶液分别对反滤料或泡沫过滤体进行渗透，试验2，采
