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三种防渗模式在赣江下游尾闾项目的应用

CSM工法·TRD工法 2023年2月7日 项敏 2137


▍摘 要

【摘要】赣江下游尾闾综合整治工程的主支、北支、中支、南支四个枢纽地质情况非常复杂，其河床属于多年冲积层，覆盖层厚度最深达到50m，且由10多种地层构成，显二元结构，常规的高喷灌浆和帷幕灌浆无法做到封闭防渗（围堰防渗高度达到60m），经过多方位对比，在赣江下游尾闾工程中设计给出了三种符合地层的防渗形式（渠式切割等厚度水泥土搅拌墙（简称TRD）、铣削深搅等厚度水泥土搅拌墻（简称CSM）、液压抓斗法混凝土防渗墙）。三种施工工法在赣江下游尾闾工程中均得到了成功的应用，在施工中收集了三种工法各种工况下存在的局限性，根据不同的施工场地和覆盖层发育状况进行综合判定，形成了总结，希望对类似工程可起到一定借鉴作用。
 
【关键词】渠式切割；铣削深搅；等厚度水泥土搅拌墙；液压抓斗法混凝土防渗墙；局限性
 
▍1 工程概述

赣江是长江主要支流之一，位于长江中下游南岸，通过鄱阳湖与长江相连，是江西省最大河流。
 
赣江下游尾闾综合整治工程由主支、北支、中支、南支等四个枢纽工程和扬子洲、焦矶头两个洲头防护工程组成，以抬高赣江枯水期水位，并稳定四支分流比，主要任务是调控枯期赣江下游尾闾河道水位，以维护城市水生态空间格局，彰显南昌市水生态、水文化及水城景观的特色，提升城市品位，并为优化区域水资源配置格局，改善取用水条件、促进航运发展奠定基础。
 
主支枢纽建筑物主要由泄水闸、双线3000t级船闸、鱼道及连接坝段等组成，闸址轴线总长1346.70m，闸顶高程25.000m：泄水建筑物为平底闸，底槛高程6.000m，由一区8孔常规闸（单孔净宽30 m）、二区2孔大孔闸（单孔净宽75m）、三区7孔常规闸（单孔净宽30m）组成船闸闸室有效尺度为320m×34mx6.9m（有效长度×有效宽度×门槛水深）。
 
北支枢纽主体建筑物中进水闸、角道及连接段组成，轴线总长510.76m，闸顶高程24.000m；泄水建筑物为7孔（每孔净宽50m）底轴驱动翻板闸，闸槛高程12.000m。
 
中支枢纽主体建筑物由泄水闸、鱼道及连接段组成，轴线总长888m，闸顶高程24.000m；泄水建筑物为7孔气动盾形闸门挡水的平底闸，泄流净宽为7×75m+2×15m+45 m=600m，闸槛高程11.500 m；右岸预留1000t级船闸位置。

南支枢纽主体建筑物由泄水闸、2000t级单线船闸、鱼道、滩地过流段和连接段组成，闸轴线总长1190.16m；泄水建筑物为6孔（每孔净宽50m）底轴驱动翻板闸和1孔25m气动盾型闸，闸槛高程11.500m；船闸闸室有效尺度为230m x 23mx4m（有效长度×有效宽度x门槛水深）。

三种防渗模式在赣江下游尾闾项目的应用

工程施工总工期为60个月，从2022年1月1日开始，至2026年12月31日结束。
 
 ▍2 地质条件

四支枢纽闸址区揭酵地层岩性主要为第四系全新统冲积层、上更新统冲积层及第三系泥质粉砂岩。其岩性、工程特性及埋藏条件自上而下如下。
 
全新统冲积层：广泛分布于河床、滩地及I级阶地，上部以粉质粘土、淤泥质粘土、壤土为主，下部为砂类土及圆砾，具明显二元结构。
 
四支枢纽闸址区揭露地层主要为第四系全新统冲积层。自上而下依次为：
1 淤泥质粘土：厚0.4—3.7m不等。
2 壤土：厚度0.6—4.0m．平均厚度为2.55m。
3（粉质）粘土：主要分布在左右两岸滩地及阶地地表层。
4 粉细砂：层厚一般为0.9～11.5m，平均1.17m
5 淤泥质粘土：厚度0.4～11.1m，平均层厚为5.26 m.
6 粉细砂：厚度：0.4X.4m.矿均层与为2.1m
7 中砂：厚度：0.5～8.0m.平均层与为3.15m
8 粗砂：厚度：0.5～5.8m.平均层厚为2.59m
9 砾石：厚度：0.5-17.2m，平均层旧为6.13m。
10 圆砾：圆砾底部高程为-30.000~-35.000m，其底部为强风化岩层、弱风化岩层（顶部高程-45.180~-39.660m）。
 
第四系上更新统冲积层：均被第四系全新统松散堆积层掩埋，侵蚀破坏较剧，构成内叠阶地。上部以粘土为主，下部为含泥圆砾，具明显二元结构。
 
第三系（E）泥质粉砂岩，呈紫红色，层状构造，泥质、钙质胶结，遇水易软化及泥化。地表未见出露，下伏于第四系松散堆积物之下。

三种防渗模式在赣江下游尾闾项目的应用

三种防渗模式在赣江下游尾闾项目的应用

三种防渗模式在赣江下游尾闾项目的应用

图片来源：《江西某工程深厚卵砾地层TRD工法减阻措施及埋钻处理》

 ▍3 工程防渗布置概况

TRD等厚度水泥土防渗墙：主支、南支围堰防渗（主支和南支围堰均为重力式沙料围堰），墙厚0.8m，墙深入岩1m。
 
CSM双轮搅等厚度水泥土防渗墙：中支、北支围堰防渗（中支和北支围堰均为重力式沙料围堰），墙厚0.8m，墙深入岩1m。
 
液压抓斗法混液土防渗墙：四支堤防加固防渗、四支泄水闸和船闸轴线防渗墙，墙厚0.6m，墙深入岩1m。
 
其中TRD和CSM为等厚度水泥上搅拌墙两种不同施工法。
 
 ▍4 工艺简介

4.1 TRD工法
将满足设计深度的附有切割链条以及刀头的切割箱插入地下，在进行纵向切割横向推进成槽的同时，向地基内部注入水泥浆以达到与原状地基的充分混合搅拌在地下形成等厚度连续墙的一种施工工艺。
 
施工方法分为一步施工法、两步施工法和三步施工法，考虑到本工程地质条件复杂和墙体深度较深，采用三步施工法。
 
TRD施工工艺流程如图1所示。
 
三种防渗模式在赣江下游尾闾项目的应用


4.2 CSM工法
采用反向循环原理，两组铣轮正转铣削地层，通过导杆施加向下的推进力，向下铣削搅拌的同时，注入泥浆和压缩空气，到设计深度后，反转上提两组铣轮，通过底部注浆孔向槽内注入水泥、膨润土等材料制备的浆液与成槽内的拌和土体均匀混合，形成水泥土搅拌墙。
 
CSM施工工艺流程如图2所示
 
三种防渗模式在赣江下游尾闾项目的应用


4.3液压抓斗成槽工法
 
在拟建防渗墙的地面上，先构筑导墙，液压抓斗沿导墙壁挖土，并以倾斜仪测定抓斗的垂直度．然后通过操作纠偏液压推板调竖液压抓斗的垂直状况，以控制成墙精度。
 
在挖槽同时用泥浆护壁，防止学面土体坍落。在成槽结束后，通过扫孔清孔工序，清除档底浮土，提高墙体承载力。最后进行混凝土浇筑。
 
液压抓斗防渗墙施工工艺流程如图3所示。
三种防渗模式在赣江下游尾闾项目的应用
 
 ▍5 工程应用

根据赣江下游尾闾综合整治工程现场工艺性试验，以及工程实际施工过程中总结出来的施工经验，以上施工工法在深厚砂卵砾石地层施工过程中确实存在一定的局限性，需要根据不同的施工场地和覆盖层发育状况进行综合判定，各工艺优缺点如下。
 
5.1 TRD防渗墙
 
TRD防渗墙的工艺优点主要包括以下几方面。

(1)适用范围广：整机高度低，安全性高，特别适宜架空高压线下方等高度受限部位施工。
(2)高精度施工：在水平方向和垂直方向可以进行高精度施工。
(3)连续墙深度方向的品质均一，离散性小。
(4)适用于软土、粘土、砂卵砾石、风化岩层。
(5)连续施工、无接头、止水效果好。
(6)成墙效果好，墙体厚度等厚。
(7)造价低，工效较高。
(8)废浆量较少，对环境影响一般。
(9)地下水对TRD影响较小，是其突出优点。
 
除上述优势外，TRD防渗墙的工艺还存在以下缺点，具体如下。
 
(1)对于密实的卵砾石层，一般需要引孔辅助.
(2)胶结好的岩层，TRD设备无法钻穿入岩，需采用其他辅助工艺。
(3)施工过程中，偶遇特殊地层系高强度致密性胶结砾石层，TRD在该地层作业时，因该地层坚硬，经常会导致TRD链条卡阻无法转动。
(4)在地底岩层陡然高低起伏过大时，不能准确判断是否入岩1m；岩层陡升时往往切割不动需要提升切割箱，岩层陡降时不能准确判断是否进入岩层而存在局部悬挂。只有加密勘探孔才能尽量确保准确。
(5)在厚度超过10m圆砾层施工时，TRD设备机具磨损加剧，设备保养更频繁。
(6)TRD超过40m深度存在明显降效。
(7)在圆砾含量少地段，施工效率可达到7～12m/d，在圆砾含量多地段，施工效率仅3～5m/d。其工法在主支围堰地段施工效率仅3～5m/d，在南支围堰可达到7～12m/d；
 
5.2液压抓斗混凝土防渗墙

液压抓斗的优点主要包括以下几个方面，具体如下。

(1)适用于砂卵砾石地层，密实状和半胶结状砾石层均可以抓取出来。
(2)根据抓取情况，可以直接肉眼判定入岩情况（红色泥质粉砂岩）。
(3)液压抓斗施工效率稳定，可长期保持在5-7.5 m/d左右。
(4)液压抓斗对地层的适应明显强于TRD，特别是对圆砾层的适用性。
 
除此之外，其还存在以下几方面的缺点，具体分析如下。
 
(1)对于粉细砂地层容易出现槽段垮塌现象，需泥浆护壁、外运渣料，对环境影响较大。
(2)对地下水敏感，特别是在粘土、淤泥和粉细砂地层，若出现地下水上涌，极易出现槽段垮塌现象，无法成槽。
(3)设备重施工场地地基承载力要求高，需要修筑导墙。
(4)需提前进行混凝土导墙施工，混凝土等强7d，准备工期长。
(5)成槽工序较为繁琐，槽段接头部位需单独处理，一般采用接头管法或钻凿法。
 
5.3 CSM双轮搅防渗墙
 
CSM工艺优点分析如下。

(1)设备成桩尺寸、深度、注浆量、垂直度等参数控制精度高，可保证施工质量，工艺没有“冷缝”概念，可实现无缝连接，形成无缝墙体。
(2)施工过程中几乎无振动。
(3)履带式主机底盘，可360°旋转施工，便于转角施工。可紧邻已有建构筑物施工，可实现间隙施工。
(4)适用于软土、粘土、砂卵砾石、风化岩层，适用性强。
(5)止水效果较好。
(6)成墙效果好，墙体厚度等厚。
(7)造价低。
(8)废浆量较少，对环境影响般。
 
CSM的缺点分析如下。

(1)分幅施工，单幅2.8m长、搭接0.3—0.5m，存在幅之间开叉的可能性。
(2)工效较低，在赣江下游尾闾施工中，最高5m/d。
(3)对于密实的卵砾石层，一般需要引孔辅助。
(4)设备高，安全要求高。
(5)目前国内最大施工深度55m，不适用于深度大的防渗墙施工。
(6)设备自重大，施工平台地基承载力要求高。
(7)胶结好的岩层，CSM设备无法钻穿入岩，需采用其他辅助工艺。
 
 ▍6 工法对比

防渗墙形式对比见表1。
三种防渗模式在赣江下游尾闾项目的应用
 
▍7 结束语 ‍‍‍

渠式切割等厚度水泥土搅拌墙（简称TRD）、铣削深搅等厚度水泥土搅拌墙（简称CSM双轮搅）、液压抓斗法混凝土防渗墙在水利工程中处理防渗对比高喷灌浆、帷幕灌浆等更有优势，可处理地层类型、范围、深度、保障性等都有很大的提高。‍‍

三种防渗墙在赣江下游尾闾工程中均得到了成功的应用，既确保了项目工期，也在多种特殊地质情况下发挥了其应有效率。

在施工中收集了三种防渗墙各种工况下存在的局限性，根据不同的施工场地和覆盖层发育状况进行综合判定，形成了总结，希望对类似工程可起到一定借鉴作用。


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三种防渗模式在赣江下游尾闾项目的应用

主支‍‍‍

三种防渗模式在赣江下游尾闾项目的应用

南支


来源：《工程技术》

作者：赵广周

编辑整理：项敏

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