地基处理-砂砾石地基处理（水利工程施工课件）

地基处理

混凝土防渗墙施工垂直防渗采用粘土截水墙、混凝土防渗墙及帷幕灌浆等。水平防渗多采用粘土铺盖，有时在坝下游还需采用排水减压等手段。对软粘土或冲积层，因基特点是含水量高，压缩性大，透水性小，抗压、抗剪强度低，可采用加速排水固结办法，提高其抗剪强度，如砂垫层排水、真空抽气加固、砂井预压等措施。

软基主要是指砂砾、黄土、软粘土、细砂层等地基。软基处理主要进行加固与防渗。（1）对砂砾地基的处理，主要是控制渗透流速、渗透流量，保证坝基渗透稳定。办法是采用垂直防渗与水平防渗。（2）对黄土地基,主要是湿陷性黄土,因其沉降量大，可能引起坝的失稳及开裂，可采用挖除、预先浸水或表面强夯等措施。在工程中经常遇到诸如：建筑、桥梁工程柱桩及水利工程中的坝闸地基覆盖层的防渗墙等地下结构设施，这些结构的作用和构成型虽有差异，但其施工的工艺方法却有相近之处，下面就水利工程中混凝土防渗墙的施工问题作以介绍。

槽孔（板）型的防渗墙，是由一段段槽孔套接而成的地下墙。尽管在应用范围、构造型式和墙体材料等方面存在着各种类型的防渗墙，但其施工程序与工艺是类似的，主要包括：①造孔的准备工作；②泥浆固壁与造孔成槽；

槽孔（板）型的防渗墙，是由一段段槽孔套接而成的地下墙。尽管在应用范围、构造型式和墙体材料等方面存在着各种类型的防渗墙，但其施工程序与工艺是类似的，主要包括：③终孔验收与清孔换浆；④槽孔混凝土浇筑；⑤全墙质量验收等过程。混凝土防渗墙的施工程序

终孔验收和清孔换浆下放导管,浇筑混凝土第二槽段施工开挖槽孔(采用泥浆固壁)设置导向槽在槽孔端头放入接头管拔出接头管接头处理采用“接头管法”时1制浆2造孔成槽3终孔验收和清孔换浆4防渗墙体混凝土浇筑5墙段接头的施工工艺主要内容1制浆1.1泥浆作用

在松散透水的地层和坝（堰）体内进行造孔成墙，如何维持槽孔壁的稳定是防渗墙施工的关键技术之一，工程实践表明，泥浆固壁是解决这类问题的主要方法。1.1泥浆作用（1）泥浆固壁的原理：由于槽孔内的泥浆压力要高于地层的水压力，使泥浆渗入槽壁介质中，其中较细的颗粒进入空隙，较粗的颗粒附在孔壁上，形成泥皮。泥皮对地下水的流动形成阻力，使槽孔的泥浆与地层被泥皮隔开，泥浆一般具有较大密度，所产生的侧压力通过泥皮作用在孔壁上。就保证了槽壁的稳定。1.1泥浆作用（2）泥浆除了固壁作用外，在造孔过程中，尚有悬浮和携带岩屑、冷却润滑钻头的作用；（3）成墙以后，渗入孔壁的泥浆和胶结在孔壁的泥皮上，还对防渗起辅助作用。1.2材料及要求由于泥浆的特殊重要性，在防渗墙施工中，国内外工程对于泥浆的制浆土料、配比以及质量控制等方面均有严格的要求。（1）泥浆的制浆材料主要有膨润土、粘土、水以及改善泥浆性能的掺和料，如加重剂、增粘剂、分散剂和堵漏剂等。制浆材料通过搅拌机进行拌制，经筛网过滤后，输入专用储浆池备用。1.2材料及要求（2）我国根据大量的工程实践，提出制浆土料的基本要求是：粘粒含量大于50%，塑性指数大于20，含砂量小于5%，氧化硅与三氧化二铝含量的比值以3～4为宜。配制而成的泥浆，其性能指标，应根据地层特性、造孔方法和泥浆用途等，通过试验选定。表2-3所列为新制粘土泥浆性能指标，可供参考。表2-3

新制粘土泥浆性能指标漏斗粘度（s）密度（g/cm3）含砂量（%）胶体率（%）稳定性[g/(cm3.d)]失水量（mL/30min）1min静切力（Pa）泥饼厚（mm）PH值18～251.1～1.2≤5≧96≤0.03＜302.0～5.02～47～9

泥浆的造价一般可占防渗墙总价的15%以上，故应尽量做到泥浆的再生净化和回收利用，以降低工程造价，同时也有利于环境的保护。2造孔成槽2.1造孔准备造孔前必须根据防渗墙的设计要求和槽孔长度的划分，作好槽孔的测量定位工作，并在此基础上设置导向槽，导向槽沿防渗墙轴线设在槽孔上方，用以控制造孔的方向，支撑上部孔壁。它对于保证造孔质量，预防塌孔事故有很大的作用。2造孔成槽2.1造孔准备导向槽可用木料、条石、灰拌土或混凝土制成。导向槽的净宽一般等于或略大于防渗墙的设计厚度，高度以1.5～2m为宜，为了维持槽孔的稳定，要求导向槽底部高出地下水位0.5m以上。导墙模板架立导向槽开挖导墙混凝土浇筑导墙模板架立2造孔成槽2.1造孔准备为了防止地表积水倒流和便于自流排浆，其顶部高程应比两侧地面略高。导向槽安设好后，在槽侧铺设造孔钻机的轨道，安装钻机，修筑运输道路，架设动力和照明路线以及供水供浆管路，作好排水排浆的系统，并向槽内充灌泥浆，保持泥浆液面在槽顶以下30—50cm。做好这些准备工作以后，就可开始造孔。开挖槽孔2造孔成槽2.2造孔成槽造孔的成槽工序约占防渗墙的整个施工工期的一半，槽孔的精度直接影响防渗墙的质量。用于防渗墙开挖槽孔的机具，主要有冲击钻机、回转钻机、钢绳抓斗及液压铣槽机等。它们的工作原理与适用的地层条件及工作效率有一定的差别。对复杂多样的地层，一般要多种机具配套使用。进行造孔挖槽时，为了提高工效，通常要先划分槽段。一般沿防渗墙轴线方向可以分段，间隔分期成槽筑墙，以便墙段结合紧密，每个墙段长度应满足砼浇筑能力大于砼墙体浇筑强度的要求即：Q≧BLVQ≧BLV式中，B—墙厚；L—墙段长度；V—规定的砼浇筑上升速度；Q—为砼生产能力。通常工程实践中槽段长度在6～12m。槽孔划分好后，然后在一个槽段内划分主孔和副孔，采用钻劈法、钻抓法或分层钻进等方法成槽。（1）钻劈法又称“主孔钻进，副孔劈打”法，如图2-31所示，它是利用冲击式钻机的钻头自重，首先钻凿主孔，当主孔钻到一定深度后，就为劈打副孔创造了临空面。使用冲击钻劈打副孔产生的碎渣，有两种出渣方式：利用泵吸设备将泥浆连同碎渣一起吸出槽外，通过再生处理后，泥浆可以循环使用；也可用抽砂筒及接砂斗出渣，钻进与出渣间歇性作业。这种方法一般要求主孔先导8～12m，适用于砂砾石等地层。（2）钻抓法又称“主孔钻进，副孔抓取”法，如图2-32所示，它是先用冲击钻或回转钻钻凿主孔，然后用抓斗抓挖副孔，副孔的宽度要求小于抓斗的有效作用宽度。这种方法可以充分发挥两种机具的优势，抓斗效率高，而钻机可钻进不同深度地层，具体施工时，可以两钻一抓，也可三钻两抓，四钻三抓形成不同长度的槽孔。钻抓法主要适合于粒径小的松散软弱地层。图2-32

钻抓法成槽过程1-主孔；2-副孔；3-抓斗图2-31

钻劈法造孔成槽1-钢丝绳；2-钻头；3-主孔；4-接砂斗；5-副孔

（3）分层钻进法

常采用回转式钻机造孔，如图2-33所示。分层成槽时，槽孔两端应领先钻进导向孔，它是利用钻具的重量和钻头的回转切削作用，按一定的程序分层下挖，用砂石泵经空心钻杆石渣连同泥浆排出槽外，同时，不断地补充新鲜泥浆，维持泥浆液面的稳定。分层钻进法适用于均质细颗粒的地层，使碎渣能从排渣管内顺利通过。图2-33

分层钻进成槽法（a）平面图；（b）剖面图1～13—分层钻顺序；14-端孔；15-分层平挖部分（4）铣削法。采用液压双轮铣槽机，先从槽段一端开始铣削，然后逐层下挖成槽。液压双轮铣槽机是目前比较先进的防渗墙施工机械，它由两组相向旋转的铣切刀轮，对地层进行切削，这样可抵消地层的反作用力，保持设备的稳定。切削下来的碎屑集中在中心，由离心泥浆泵通过管道排出至地面如图2-34所示。图2-34

液压洗铣槽机的工艺流程1-铣槽机；2-泥浆泵；3-除渣装置；4-泥浆罐；5-泥浆泵；6-筛除的钻渣；7-补浆泵；8-泥浆搅拌机；9-膨润土储料罐；10-水源2.3孔底沉渣清理

在用冲击钻施工时，通常抽筒出渣，尽管施工验收时一般都满足孔底泥浆含砂率小于12%的要求，但当混凝土浇筑进度较慢，而槽孔又较深时，泥浆中的砂粒就会沉积到混凝土的表面，而随着混凝土面的上升，这些泥沙就有可能被裹入混凝土中，形成夹泥，或推向两边与相邻槽孔的连接处，形成接缝夹泥，这对防渗墙来说是致命的缺点。2.3孔底沉渣清理

近年来，由于冲击循环采用泵吸法并经泥浆处理装置去除了孔内泥浆中大于0.075mm的颗粒，这一问题得以解决。不过在单独使用冲击钻和抓斗施工时，也开始采用一种可置于孔底的潜水泵抽吸孔底泥浆以清孔，使防渗墙的质量大大提高。3终孔验收和清孔换浆终孔验收的项目和要求，如表2-4所列。验收合格方准进行清孔换浆，清孔换浆的目的，是在混凝土浇筑前，对留在孔底的沉渣进行清除，换上新鲜泥浆，以保证混凝土和还透水层连接质量。3终孔验收和清孔换浆清孔换浆应该达到的标准是经过1h后，孔底淤积厚度不大于10cm，孔内泥浆密度不大于1.3，粘度不大于30s，含砂量不大于10%，一般要求清孔换浆以后4小时开始浇筑混凝土。如果不能按时浇筑，应采取措施防止落淤，否则，在浇筑前要重新清孔换浆。表2-4

终孔验收项目与要求终孔验收项目终孔验收要求终孔验收项目终孔验收要求槽位允许偏差±3cm一、二期槽孔搭接孔位中心偏差≤1/3设计墙厚槽宽要求≥设计墙厚槽孔水平断面上设有梅花孔、小墙槽孔孔斜≤4‰槽孔入基岩深度满足设计要求4防渗墙体混凝土浇筑4.1防渗墙的墙体材料防渗墙混凝土为抗压强度在7.5~20MPa的一般混凝土，要求有较好的和易性（表现在流动性、黏聚性、保水性三方面），其坍落度为18~22cm，扩散度为34~38cm。由于防渗墙混凝土是在泥浆中浇筑的，故无法振捣，这就要求砼具有良好的流动性保持能力，也就是指在1h内混凝土的坍落度不能低于15cm。4防渗墙体混凝土浇筑4.1防渗墙的墙体材料在材料的选用方面，水泥要求强度等级不低于22.5，石子的粒径不宜大于40mm，砂以中、粗砂为宜。在材料的配合比方面，水泥用量不宜低于300kg/m3，砂率以35％~40％为宜，水灰比宜控制在0.55~0.70之间。4.2墙体混凝土浇筑

防渗墙的混凝土浇筑和一般混凝土浇筑不同，是在泥浆液面下进行的。泥浆下浇筑混凝土的主要要求是：①不允许泥浆与混凝土掺混形成泥浆夹层；②确保混凝土与基础以及一、二期混凝土之间的结合；③连续浇筑，一气呵成。4.2墙体混凝土浇筑泥浆下浇筑混凝土常用直升导管法。导管由若干节20~25cm的钢管连接而成，沿槽孔轴线布置，相邻导管的间距不宜大于3.5m，一期槽孔两端的导管距端面以1.0~1.5m为宜，开浇时导管口距孔底10~25cm。当孔底高差大于25cm时，导管中心应布置在该导管控制范围的最低处，如图2-35所示。这样布置导管，有利于全槽混凝土面均衡上升，有利于一、二期混凝土的结合，并可防止混凝土与泥浆掺混。4.2墙体混凝土浇筑

槽孔浇筑应严格遵循先深后浅的顺序，即从最深的导管开始，由深到浅一个一个导管的混凝土，将导注塞压到导管底部，使管内泥浆挤出管外。然后浆导稍微上提，使导管注塞浮出，一举将导管底端被泻出的砂浆和混凝土埋住，保证后续浇筑的混凝土不致与泥浆掺混。4.2墙体混凝土浇筑

在浇筑过程中，应保证连续供料，一气呵成；保持导管埋入混凝土的深度不小于1m，但不超过6m，以防泥浆掺混和埋管；维持全槽混凝土面均衡上升，上升速度不应小于2m/h，高差控制在0.5m范围内。槽孔混凝土的浇筑，必须保持均衡、连续、有节奏、直到全槽成墙为止。图2-35

导管布置图（单位：m）1—导向槽；2—受料斗；3—导管；4—混凝土；5—泥浆液面；6—已浇槽孔；7—未挖槽孔5墙段接头的施工工艺目前我国水利水电混凝土防渗墙在接头施工中有五种不同的方式。

5.1套打一钻的接头方式该方式在一期墙段的两面端孔处套打一钻与二期墙段混凝土呈半圆弧相接，主要用于冲击钻机的施工。5墙段接头的施工工艺5.2双反弧接头方式

该方式在两面个已浇筑混凝土的槽段中间预留一个孔的位置，待两个墙段形成后，再用双反弧钻头钻凿中间的双反弧形的土体，然后浇混凝土将两个墙段连接。这种方法多在墙体混凝土强度等级较高时采用。

5墙段接头的施工工艺5.3预埋接头管的接头方式这种方式是在一期槽段的两端放置与墙厚尺寸相同的圆钢管，待混凝土凝固后，再将接头管拔出即形成光滑的半圆珠笔形墙段接头。如铜街子水电站工程左深槽混凝土防渗墙的部分接头就是采用此种方式；葛洲坝大江围堰防渗墙的部分接头也是用此法连接的。5.4预埋塑料止水带的接头方式这种方式是一期槽孔两端放置一个与墙厚尺寸相同的接头板，板上可以卧入塑料止水带，待一期混凝土凝固后，露在槽孔内的塑料止水带就被浇筑在一期混凝土中；而二期槽孔造成后，再将接头板拔除，则原卧入此接头板中的另外一半塑料止水带就又留在了二期槽中，；待二期槽孔混凝土浇筑完毕，这两期槽孔混凝土之间的接缝就被塑料止水带封堵图2-36。图2-36

地下连续墙接头塑料止水板的接头施工法5.5低强度等级混凝土包裹接头法

先用抓斗在设计的墙段接头部位沿垂直于墙轴线方向取一个单个槽孔，该槽的长度和宽度即是抓斗的长度和宽度，成槽后浇筑低标号混凝土，此即为包裹接头槽段。然后在每两个包裹接头中间抓取一期槽孔，并浇筑一期槽孔混凝土，这时每个包裹接头槽段的混凝土均被抓去一部分。5.5低强度等级混凝土包裹接头法

此后再在每两个一期槽段之间抓取二期槽段，同时也将包裹接头的另一部分抓出，并用双轮铣槽机铣削一期槽孔混凝土接头端面，待二期槽孔混凝土浇筑完毕后，每个槽段接头就被原已浇筑好的包裹接头槽段包裹住见图2-37。

图2-37

低强度等级混凝土包裹接头法施工工艺过程（a）包裹接头造孔；(b)包裹接头混凝土；(c)一期槽造孔；(d)一期槽浇混凝土；(e)二期槽造孔(f)二期槽浇混凝土此种接头的优点是不易漏水，即使有少量漏水，渗径也比较长。我国的小浪底防渗墙（左岸部分）就是采用此种接头。从目前来看，预埋接头管的方法和预埋塑料止水带的方法一般只适用于30~50m深的槽孔，而双反弧接头方式可适用于较深的槽孔，且此法十分经济。低强度等级混凝土包裹接头法只适用于用抓斗施工的工程。套打一钻的接头方式由于工效低，且浪费混凝土，已逐渐被淘汰。砂砾石地基处理任务2砂砾石地层灌浆

在砂砾石层上建坝的防渗设施有多种，主要应根据地质条件和工程具体情况而定。用灌浆方法在砂砾层中建造防渗幕墙的主要优点是：帷幕对于地基变形适应性好，施工灵活性大，适用于深厚砂砾石层处理。砂砾石地层具有结构松散，空隙率大，渗透性大的特点，在地层中成孔较困难，与基岩有很大差别。因此在砂砾石地层中灌浆，有一些特殊的技术要求与施工工艺。这类项目的完成涉及到地基可灌性分析，灌浆材料选择，浆液灌注施工及灌浆质量检查等工作任务。1砂砾石地基的可灌性分析及灌浆参数与灌浆材料的确定1.1可灌性分析为了更好地进行帷幕灌浆设计，正确地选用灌浆施工方法，保证帷幕防渗效果，必须了解和掌握帷幕线部位及附近地区砂砾石层的工程地质条件和水文地质条件，需要查明砂砾石层的组成和分布状况，弄清各层的渗透性及渗透系数以及砂砾石层的颗粒级配，据此分析判断地基的可灌性。砂砾石地基的可灌性是指砂砾石地层能否接受灌浆材料灌入的一种特性，它是决定灌浆效果的先决条件。

在工程实践中，常以可灌比值M来衡量地层的可灌性。可灌比值M的计算式为：

M=D15/d85

（2-5）式中：D15砂砾石地层颗粒级配曲线上累计含量为15％的粒径，mm；d85为灌浆材料颗粒级配曲线上累计含量为85％的粒径，mm。可灌比值M愈大，接受颗粒灌浆材料的可灌性愈好。一般认为当M=10~15时，宜灌注水泥粘土浆；当M≥15时，则可以灌注水泥浆。显然，可灌比是对由颗粒材料组成的浆液材料而言的，化学浆材不存在可灌比问题。根据一些工程的灌浆实践经验，当砂砾石地层中粒径小于0.1mm的颗粒小于5％时，可以实施水泥粘土浆的有效灌注。对于砂砾石地层可灌性的认识，目前多还停留在半经验的阶段上。实际工程中，最终确定砂砾层是否可灌，最好通过灌浆试验来决定。1.2灌浆试验由于砂砾石层的组成复杂多变，为了使帐幕灌浆设计和施工更符合实际，应先期在工地进行灌浆试验。通过灌浆试验解决下列主要问题：（1）选定适宜的钻进方法；（2）确定灌浆施工方法，推荐合理的施工程序、施工工艺；（3）选定适用的浆液；（4）确定灌浆压力；（5）提供有关的技术参数，如帷幕的排数、排距、孔距，以及相应的孔深等；（6）提出对钻孔、灌浆以及其他需用的机械设备；（7）提出帷幕灌浆工程中各项主要定额；（8）提出对帷幕灌浆的质量检查方法和工作细则；（9）对灌浆试验工作和试验效果进行总的评价。1.3灌浆材料岩基灌浆以水泥灌浆为主，而砂砾石地层的灌浆，一般以水泥粘土浆为宜。因为在砂砾石地层中灌浆，多限于修筑防渗帷幕，对浆液结石强度要求不高，28d强度为0.4~0.5Mpa就可满足要求，而帷幕体的渗透系数则要求在10-4~10-6cm/s以下。配制水泥粘土浆所使用的粘土，要求遇水以后，能迅速崩解分散，吸水膨胀，具有一定的稳定性和粘结力。浆液的配比，水泥与粘土的比例多为1：1~1：4（重量比），水和干料的比例多在1：1~3：1（重量比）。有时为了改善浆液的性能，可掺加少量膨润土或其他外加剂。水泥粘土浆的稳定性可灌性指标均比纯水泥浆优越，费用也低廉，其缺点是：析水率低，排水固结时间长，浆液结石强度低，抗渗性及抗冲性较差。有关灌浆材料的选用，浆液配比的确定以及浆液稠度的分级等问题，应根据地层特性与灌浆材料设计要求，通过室内外的试验来确定。2砂砾石地层灌浆施工 2.1施工程序多排孔时应先灌边孔，后灌中间排孔，同一排的灌浆孔可分两次序施工。2.2钻灌方法砂砾石地层的钻孔灌浆方法有：①打管灌浆；②套管灌浆；③循环钻灌；④预埋花管灌浆等。分别介绍如下：2.2.1打管灌浆法打管灌浆就是将带有灌浆的厚壁无缝钢管，直接打入受灌地层中，并利用它进行灌浆，如图2-15所示。其施工程序是：先将钢管打入到设计深度，再用压力水将管内冲洗干净，然后用灌浆泵进行压力灌浆，或利用浆液自重进行自流灌浆。灌完一段以后，将钢管起拔到一个灌浆段高度，再进行冲洗和灌浆，如此自下而上，拔一段灌一段，直到结束。图2-15打管灌浆法施工程序（a）打管；（b）冲洗；（c）自流灌浆；（d）压力灌浆1—管锥；2—带孔花管；3—钢管；4—管帽；5—打管锤；6—冲洗管；7—注浆管；8—浆液面；9—压力表；10—进浆管；11—盖重层这种方法设备简单，操作方便，适用于砂砾石层较浅，结构松散，颗粒不大，容易打管和起拔的场合。用这种方法所灌成的帷幕，防渗性能较差，多用于临时性工程（如围堰）。2.2.2套管灌浆法套管灌浆的施工程序是：一边钻孔，一边跟着下护壁套管。或者，一边打设护壁套管，一边冲掏管内的砂砾石，直到套管下到设计深度。然后将钻孔冲洗干净，下入灌浆管，起拔套管到第一灌浆段顶部，安好止浆塞，对第一段进行灌浆。如此自下而上，逐段提升灌浆管和套管，逐段灌浆，直到结束。采用这种方法灌浆，由于有套管护壁，不会产生坍孔埋钻等事故。但是，在灌浆过程中，浆液容易沿着套管外壁向上流动，甚至产生地表冒浆。如果灌浆时间较长，则又会胶结套管，造成起拔的困难。近年来已较少采用套管法进行灌浆。2.2.3循环钻灌法这是一种我国自创的灌浆方法。实质上是一种自上而下，钻一段灌一段，无需待凝，钻孔与灌浆循环进行的施工方法。钻孔时用粘土浆或最稀一级水泥粘土浆固壁。钻孔长度，也就是灌浆段的长度，视孔壁稳定和砂砾石层渗漏程度而定，容易坍孔和渗漏严重的地层分段可短一些，反之则应长些，一般为1~2m。灌浆时可利用钻杆作灌浆管。用这种方法灌浆，应做好孔口封闭，以防止地面抬动和地表冒浆，并有利提高灌浆的质