新技术新工艺新材料在湖北长江干堤基础处理中的应用

徐少军 易军 李明清

　　长江干流流经湖北省1061公里，两岸长江堤防(主要是一、二级堤防)长1745公里，约占整个长江干流堤防总长的60%，其中一级堤防长470余公里。勘探资料表明，湖北长江堤防基本建立在黏士覆盖层极薄的古云梦遗址之上，堤基多具二元结构，有409公里存在不同程度的基础问题，基础覆盖层小于5米的有118公里，有的沙层还出露在外。每遇汛期，多发生管涌等重大险情，严重威胁大堤安全。在1998年长江流域的特大洪水中，全省长江干堤共出现重大基础险情(管涌)320处，其中溃口性险情20处，分别占重大性险情540处的60%及34处溃口性险情的59%。

　　为从根本上解决湖北的防洪问题，我们在充分科学论证的基础上，广泛应用新技术、新工艺、新材料处理堤防基础问题，在垂直防渗方面取得了较为成功的经验。所有处理过的砂基础堤段经过1999年长江大洪水的考验，证明处理是有效、成功的。现将新技术、新工艺、新材料在湖北长江干堤堤防应用的情况总结如下。

　　第一类为压缩充填，即采用相应的设备，将基础土体向两侧压缩形成空间，其间充填防渗材料形成防渗墙。

　　超薄防渗墙：1998年汛后在监利县南河口堤段(桩号587+500～590+800)实施的超薄防渗墙成墙深度为15～20米，墙体厚度仅为7.5厘米。成墙28天后渗透系数K<10-7厘米每秒，抗压强度R>1.0兆帕。施工方法是：用液压振动锤将H型钢桩震入到设计深度，然后拔出H型桩同时注入水泥浆，形成一个槽段后将履带式造孔机移到下一槽段，将H型桩一边顺着前一个槽段冀缘部分震人后再灌注，使槽与槽之间形成连续性防渗墙。此方法采用德国宝峨公司技术，电脑监测施工全过程，操作简单，施工进度快，每台班可造墙1000平方米以上，墙体较薄且具柔性，可适应微小变形。单位造价(含设备摊销费)为190元，如果地质条件合适，施工长度长，工程量大，单位造价还可降低。

　　振沉根桩：洪湖套口(桩号458+000～458+800)实施的振沉板桩成墙深度为18米，成墙厚度为20厘米。其施工方法也是用振动锤将矩形的钢板桩震入地下，达到设计深度后，用3PN立轴泥浆泵将水泥浆通过高压管输送到钢板桩，经桩尖处特别设计喷门喷出。一边灌浆，一边缓慢提升钢板桩，直到完成全桩灌注。施工时以36根桩为一小段，每小段跳桩分序进行，在各小段之间用“外梆桩”的形式，使之成为完整、连续的防渗墙。成墙28天后，渗透系数K<10-7厘米每秒，抗压强度R>6.0兆帕。此方法每台班可造墙200平方米以上，每平方米造价可控制在150元以下，墙体两侧土体经板层压缩后，与墙体一同起防渗作用，防渗效果好。1999年洪水期实施堤段未出现新险情。

　　钢板桩：荆江大堤观音闸堤段(桩号740+342～741+288)和洪湖长江干堤燕窝堤段(桩号429+786～431+000)堤基实施钢板桩防渗墙工程，以治理两段堤防堤基渗透破坏险情，增强堤防抵御洪水的能力。钢板桩施工工序为：先开挖施工平台，安装施工墙架，再将20米长的FSP-ⅢA和FSP-ⅣA型钢板桩按槽型钢板的套接顺序逐一打入地基，形成完整的钢板桩防渗墙。本工程钢板桩采用单根打入法施工、施工速度快，墙架高度相对较低，位于斜坡上的钢板桩需要二次打桩，必要时采用氧割切断钢板桩，打桩前需对钢板桩逐根检查，对锈蚀、变形的应及时调换，以减小板桩锁口阻力。为防止钢板桩倾斜，在一根桩打入后，把它与前一根焊牢，可避免先打入钢板桩被后打入的钢板桩带入土中，以保证钢板桩防渗墙达到设计效果。

　　第二类为材料置换，即采用相应的施工方法，用防渗材料置换原透水基础。

　　液压抓斗开槽建墙：监利县姜家门堤段(桩号547+000～548+000)和黄州长孙堤(桩号5+850～6+850)实施的液压抓斗开槽建墙，成墙深度为18～30米，成墙厚度为30厘米。其施工方法是：用WY-300型液压抓斗造孔，槽孔抓取时一般使用膨润土或粘土泥浆护壁以防槽孔坍塌，槽孔分成间隔的Ⅰ、Ⅱ期槽孔。在Ⅰ期槽孔成槽后，将接头管置入槽孔两端，依据初凝时间，浇筑混凝土的速度、气温等因素，确定起拔时间，全部拔出后形成接头子孔，等Ⅱ期槽孔浇筑时，混凝土嵌入Ⅰ期槽孔形成连续墙。成墙28天后，渗透系数K<10-7厘米每秒，抗压强度R>2.0兆帕。本方法抽槽后混凝土防渗墙墙体连续，实施堤段1999年洪水期末出现新险情，但本方法工效较低，成墙速度较慢，每台班造墙不足100平方米，造价也较高，单位面积造价为250元左右。

　　垂直销膜：洪湖燕窝堤段(桩号431+000～431+322、432+422～433+000)和洪湖市王洲堤段(桩号494+300～496+000)实施的垂直铺膜，铺膜深度10～20米，开槽宽度为21厘米，土工膜厚0.3～0.5厘米。其施工方法是：在PCY-15型垂直铺膜开槽刀杆的往复运动下，刮刀不断切割土层，同时，高压水泵提供的高压水经高压水管和刀杆空腔从喷嘴射出，不断地冲切土体。土体在刮刀和高压水共同作用下，经搅拌形成泥浆起固壁作用并流向沟槽后方。铺膜装置位于开槽机后方，施工时把竖向固定杆插入缠有土工膜的钢管内，放入沟槽至槽底，牵引绳系在开槽机底架后部随机器前进，土工膜就可平顺铺在槽内。沟槽由泥沙淤积和人工回填。铺膜后渗透系数K<10-7厘米每秒。本方法施工工艺简单，铺膜速度快，每台班可铺膜500平方米，造价为每平方米60～100元。1999年汛期因铺膜顶部封闭未完成，王洲堤段出现几处管涌险情。

　　射水法造墙：1999年汛前，分别在黄石市凉亭山堤段(桩号57+986～57+290)、西塞堤段(桩号42+800～43+000)、洪湖市田家口(桩号445+953～446+600)及武汉市丹水池堤段(桩号49+470～50+023)进行的射水法造墙。造墙深度为10米以上，墙体厚度22厘米。其施工方法为：利用水泵及成型器中的射水喷嘴形成高速泥浆水流来切割地层，水土混合回流，泥砂溢出地面，同时利用卷扬机带动成型器上下往复运动，进一步切割土层并由成型器下沿刀具切割修整孔壁形成具有一定规格尺寸的槽孔，槽孔由一定浓度的泥浆固壁，槽孔成型后采用导管法水下混凝土浇筑建成混凝土单槽，先单序号跳槽造孔浇筑，待混凝土槽板初凝后，建造双序号槽孔，在建造双序号槽孔的过程中，成形器的偶向水喷咀不断冲洗单序号槽板侧面，形成两侧冲干净的混凝土面槽孔，经过双序号浇筑与单序号槽板连成连续混凝土墙体。成墙28天后，渗透系数K<10-7厘米每秒，抗压强度R>10兆帕。此方法施工工艺较为复杂，造价适中，工效较低，每台班造墙50～70平方米，但成墙效果好，实施本法造墙后，彻底根除了散漫、管涌等险情。

　　第三类为密实孔隙，即采用相应方法将防渗材料填至原土层的孔隙，达到防渗目的。

　　多头小口径深层搅拌桩：洪湖市中小沙角堤段(桩号490+400～492+100)实施的多头小口直径深层搅拌桩成墙深度为15米，成墙厚度18厘米。其施工方法为：先将多头小口径深层搅拌桩机就位，调平，通过主机的动力传动装置，带动主机上的三个并列钻杆转动，并以一定的推进力使钻头在土层中推进到设计深度，然后再提升搅拌至孔口。在上述过程中，通过水泥浆泵将水泥浆由高压输浆管输进钻具，在钻进和提升的同时，水泥浆和原土充分拌和。再将桩机纵移就位调平，多次重复上述过程形成一道防渗墙。成墙28天后渗透系数K<10-7厘米每秒，抗压强度R>0.5兆帕。此方法施工进度较快，每台班可造墙150平方米以上，造价较低，每平方米造价为80元左右，成墙墙体连续可靠。1999年汛期，施工堤段未出新的管涌险情。

　　SMW工法造墙：武汉市丹水池堤段(桩号50+023～52+053)实施的SMW工法造墙，成墙深度为11.6米，成墙厚度为40厘米。

　　其施工方法：用三轴型钻掘搅拌机在工地向一定深度地层进行钻掘，同时在钻头处喷出水泥土壤固化剂与地基土混合搅拌，在各施工单元之间采取重叠搭接施工。水泥土结硬后，便形成一道具有一定强度和刚度的连续完整、致密无接缝的SMW地下连续墙。成墙28天后，防渗系数K<10-7厘米每秒，抗压强度R>5兆帕。此方法施工设备为进口，价格昂贵，其成墙速度快，每台班成墙200平方米以上，成墙效果好。在实施的堤段1999年汛期未发生任何险情。

　　高喷灌浆造墙：洪湖燕窝堤段(桩号431+322～432+422)和武汉市丹水池堤段实施的高喷灌浆，造墙深度为11.6～25米，成墙厚度为22厘米。其施工方法：钻机钻孔后，下喷射管，用高压泥浆射流冲切掺搅被灌地层、在射流的冲切过程中部分土体颗粒被能量释放过程中产生的气泡携带置换出地面，同时浆液灌入地层，使地层组成成分产生变化，形成凝结体。成墙28天后，渗透系数K<10-7厘米每秒。此方法施工每台班造墙约140平方米，单位造价为每平方米200元左右。