堤防工程加固施工.ppt
《堤防工程加固施工.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《堤防工程加固施工.ppt(127页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
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、2) 防渗工程 渗流控制:控制堤身(基)内的渗流状态(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
3、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
4、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
5、,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
6、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
7、 :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(
8、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 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
9、.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 7.11.1 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
10、、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3600km: 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
11、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 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)
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、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
13、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,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。
14、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,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
15、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 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
16、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。,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
17、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 0:15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
18、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
19、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, 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
20、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
21、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
22、: 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
23、,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
24、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
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 堤防 工程 加固 施工
链接地址:https://www.31doc.com/p-3099674.html