垂直鋪膜防滲技術(shù)在分淮入沂堤防加固工程中的應(yīng)用

孫超君， 高 山， 鮑 耀

(1.江蘇省秦淮河水利工程管理處， 江蘇 南京 210022；2.江蘇省水利工程建設(shè)局， 江蘇 南京 210094；3.淮安市淮河水利建設(shè)工程有限公司， 江蘇 淮安 223001)

垂直鋪膜防滲技術(shù)是堤防防滲處理的常用方法之一，具有造價低、施工速度快、防滲效果好等優(yōu)點，是典型的隱蔽工程施工方法。該方法不復(fù)雜，簡單易行，但不能有砂、石等雜質(zhì)，防滲深度受到施工機械等限制，且因為是隱蔽工程，過程質(zhì)量控制至關(guān)重要。本文以分淮入沂堤防加固為例，就垂直鋪膜防滲技術(shù)中的施工工藝和質(zhì)量控制措施進行了探討。

1 工程概況

分淮入沂工程是淮河下游防洪工程體系的重要組成部分，始建于20世紀(jì)50年代，利用淮沭河溝通淮河、沂沭泗流域，是洪澤湖排洪通道之一，與入海水道、入江水道、蘇北灌溉總渠、廢黃河等工程聯(lián)合運用，排泄淮河上中游來水，為淮河流域和洪澤湖大堤的防洪安全提供保障[1]。工程自洪澤湖邊的二河閘起，沿線經(jīng)淮安市的清浦區(qū)、淮陰區(qū)和宿遷市的泗陽縣、沭陽縣，至沭陽縣西關(guān)與新沂河交匯處，全長97.5 km。分淮入沂淮沭河?xùn)|堤為1級堤防，西堤為2級堤防，河道自南向北沿程穿越廢黃河、中運河、總六塘河、柴米河，兩岸保護面積8 600 km2，耕地45.87萬hm2，人口538萬。

2 加固處理緣由

分淮入沂工程自南向北分為7個工程地質(zhì)段，淮陰閘以南的二河?xùn)|堤為1個工程地質(zhì)段，堤基土質(zhì)以粘壤土為主，局部輕粉質(zhì)砂壤土；淮陰閘以北分為6個工程地質(zhì)段，堤基以砂壤土為主，夾有粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)黏土。對分淮入沂堤防進行注水試驗分析，發(fā)現(xiàn)第一工程地質(zhì)段堤身堆土、堤基砂性土均為弱透水性；其他工程地質(zhì)段堤身滲透系數(shù)大多在1×10-2～3.4×10-4cm/s，屬中等～強透水性；堤基滲透系數(shù)大多在5.4×10-3～1.5×10-4cm/s，屬于中等透水性(表1)。在高水位行洪時，堤防可能會發(fā)生堤下滲漏，甚至背水側(cè)堤腳附近及順堤河會出現(xiàn)“砂沸”或管涌、流砂現(xiàn)象。

表1 巖土透水性等級

工程運行多年，淮河洪水行洪過程中發(fā)現(xiàn)工程的實際行洪能力達不到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，堤防和建筑物多次出現(xiàn)險情，沿線堤防背水坡多處滲水、坍塌，安全隱患多。為消除安全隱患，保證今后運行時堤防的安全，國家發(fā)展改革委員會批準(zhǔn)實施分淮入沂整治工程，對分淮入沂堤防進行防滲加固。

3 處理方案的確定

針對分淮入沂堤防背水坡出現(xiàn)的滲漏問題，常見的防滲處理方案有垂直鋪膜、壓力灌漿等。綜合防滲效果及工程實際等方面考慮，設(shè)計在淮沭河?xùn)|堤、西堤堤防迎水側(cè)堤坡上開槽鋪膜，主要內(nèi)容包括防滲處理長107.2 km，其中機械垂直鋪塑防滲處理長102.14 km(東堤53.92 km、西堤48.22 km)，與建筑物接頭處采用高壓定噴處理長1.397 km，深度較大的堤段采用多頭小直徑深攪拌樁長3.665 km。

3.1 垂直鋪膜方案

在堤坡上開挖施工平臺，東堤平臺寬4 m，西堤平臺寬5 m，平臺高程高出設(shè)計洪水位1 m，鋪膜中心線同平臺開挖中心線，防滲帷幕(聚乙烯塑膜)緊貼在槽壁的上游面，槽寬不大于0.26 m，垂直鋪膜深度按各段設(shè)計要求，膜底高程進入相對不透水層0.5 m，造槽深度不超過鋪膜深度0.5 m，施工完畢對堤防進行恢復(fù)。具體布置見圖1。

3.2 防滲帷幕性能指標(biāo)

土工膜是一種以高分子聚合物為基本原料的防水阻隔型材料。主要分為：聚乙烯(PE)土工膜、聚氯乙烯(PVC)土工膜、高密度聚乙烯(HDPE)土工膜、復(fù)合土工膜等各種環(huán)保防滲膜。本次機械垂直鋪膜防滲帷幕采用聚乙烯土工膜，其主要性能要求符合以下指標(biāo)：

1)物理特性：單位面積重量G=(200±5) g/m2、厚度h=0.22 mm；

2)力學(xué)特性：抗拉強度Rm≥0.1 kN/5 cm、抗撕裂強度FS≥0.08 kN、伸長率δ≥30%；

3)抗?jié)B強度Pt≥100 kPa；

4)滲透系數(shù)K≤1×10-12cm/s。

4 具體施工工藝

4.1 施工流程

施工過程包括：測放放樣→開槽→鋪設(shè)塑膜→回填溝槽→形成塑膜防滲體，具體工藝流程見圖2。

4.2 確定施工工藝參數(shù)

在機械垂直鋪膜作業(yè)開始前，選擇地質(zhì)條件具有代表性的地段進行現(xiàn)場工藝試驗，綜合經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)，確定工藝流程、施工方法、施工參數(shù)、鉆進及提升速度和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)等。

經(jīng)現(xiàn)場工藝試驗，確定垂直鋪膜采用專門的開溝鋸槽機成槽，刮刀寬度0.245 m，成槽深度大于設(shè)計槽深0.2 m，每10 m用測繩實測槽深控制開槽機械前進速度，槽孔壁內(nèi)的泥漿比重保持在1.05～1.25，黏度18～25 Pa·s。聚乙烯土工膜幅寬9～12 m，每卷長度50 m，鋪膜高出槽孔0.5 m左右。溝槽回填與鋪膜同方向進行，保持與刀具的距離約2倍的槽深。

圖1 淮沭河?xùn)|堤、西堤垂直鋪膜設(shè)計示意圖

圖2 垂直鋪膜施工流程

4.3 測量平整場地

校核測量開挖區(qū)域的平面位置、水平標(biāo)高、控制樁號、水準(zhǔn)點、高程控制點和邊坡坡度等，形成控制網(wǎng)。用挖掘機將迎水側(cè)堤坡土方挖出整平、并碾壓堅實，確保鋪膜施工作業(yè)平臺頂高程高于設(shè)計洪水位1 m以上且不低于設(shè)計鋪膜頂高程，滿足鋪膜機械作業(yè)施工需要。

4.4 機械垂直鋪膜

1)開槽。在施工軸線上進行挖槽，采用24.5 cm寬度刮刀挖槽，控制槽孔寬度不大于0.26 m，利用垂直鋪膜機械尾部卷揚控制挖槽深度。按鋪膜深度施工控制表控制挖槽深度大于設(shè)計槽深0.2 m，小于槽深加0.5 m。

2)卷膜。根據(jù)垂直鋪膜的設(shè)計深度，選擇相應(yīng)規(guī)格的塑膜。采用專用設(shè)備沿幅寬方向整齊地卷在直徑為50 mm的鍍鋅管上；每卷膜長度50 m左右，成卷后的直徑不大于槽寬，以便膜卷在槽孔中能自如轉(zhuǎn)動。

3)塑膜聯(lián)接。施工中土工膜卷與卷之間采用縫合工藝聯(lián)接，縫合線為尼龍線，縫合搭接寬度不小于10 cm，縫線為雙排?？p接工具采用手持電動縫紉機，縫接形式采用雙道縫合，折疊四層，其縫合的搭接寬度大于10 cm。

4)塑膜鋪設(shè)。將符合設(shè)計要求的膜卷垂直緩緩下沉，保持土工膜不變形不拉裂準(zhǔn)確地沉至設(shè)計深度，控制土工膜高出槽孔0.6 m左右，并固壓在槽口。隨著槽孔的不斷形成，利用起吊和牽引設(shè)備將鋪膜桿懸掛在槽孔內(nèi)并向前牽引，在開槽機前進時同步進行展膜、并將塑膜緊貼槽壁上游側(cè)鋪設(shè)。

4.5 回填溝槽

土工膜鋪設(shè)完畢后，從膜的下游側(cè)回填土，回填時由挖掘機將回填土方先堆積在溝槽背水側(cè)槽口，由人工小塊向槽內(nèi)回填，確保鋪膜緊貼上游側(cè)，回填土表層要壓實，密實度不低于原堤身。經(jīng)7～10 d沉降后[2]，溝槽內(nèi)泥漿水消散，槽內(nèi)回填土頂面下沉，再對溝槽進行二次補充回填。

5 施工質(zhì)量控制要點

5.1 開槽質(zhì)量控制

沿鋪膜軸線方向每10 m利用測繩實測溝槽深度并記錄數(shù)據(jù)報請監(jiān)理工程師驗收，確認槽深符合設(shè)計要求后，依靠垂直鋪膜機頭部的牽引設(shè)備控制開槽機械前進速度及方向，在設(shè)計鋪膜軸線上挖槽施工。成槽時由鏈條上刮刀與槽孔內(nèi)土體切、刮、揉，自動拌制成護壁泥漿，開挖過程中，由專人關(guān)注槽孔內(nèi)漿液的消耗情況，根據(jù)漿液面高度及時補充漿液，始終保持漿液液面不低于孔口30 cm。

5.2 卷膜質(zhì)量控制

卷膜場地做到寬敞、平整、表面無堅硬物以免刺傷塑膜。卷膜前仔細檢查塑膜有無破損處，在質(zhì)檢員的監(jiān)督下進行，卷膜過程中控制卷膜速度，用力均勻；卷膜過程中檢查膜的外觀，做到無破損、麻點、孔眼等缺陷；卷好的膜卷捆好后，襯墊軟質(zhì)材料，上部覆蓋彩條布，并交由專人專地負責(zé)保管，防止在日光下暴曬和被利物劃破[3]。

5.3 塑膜聯(lián)接質(zhì)量控制

現(xiàn)場縫接土工膜時，先用干凈紗布擦拭縫接搭接處，做到無塵、無垢，并將土工膜平行對正；縫接前先做小樣縫接試驗，取得手持電動縫紉機良好工作狀態(tài)，然后進行正式縫接?？p合的針距應(yīng)適中，縫線連續(xù)、無斷線、無跳針，保證接縫處結(jié)合牢固、可靠。縫接處膜卷聯(lián)接合格后，下入槽內(nèi)時，緩慢操作以確保塑膜連接處不被拉裂。

5.4 塑膜鋪設(shè)質(zhì)量控制

膜捆吊放到槽中后，應(yīng)由專人掌握轉(zhuǎn)盤，防止膜捆傾倒，并及時將2根鋼絲繩連接到開槽機機身固定部位。土工膜的鋪設(shè)應(yīng)由專人操作、監(jiān)控并及時填壓土體將膜頂、膜底固定，確保土工膜不上浮、不下滑，必要時在迎水面外側(cè)設(shè)置木樁拉拽土工膜，以防土工膜滑落槽中。施工過程中做好土工膜的鋪設(shè)、聯(lián)接記錄；鋪設(shè)時隨時檢查土工膜的外觀有無破損、麻點、孔眼等缺陷，如發(fā)現(xiàn)膜面有孔眼等缺陷或損傷，應(yīng)立即更換[4]。

5.5 回填溝槽質(zhì)量控制

回填土料中不能含有雜物和硬土塊，不能摻有小塊石和砂漿?；靥钔亮媳３譂駶?，若出現(xiàn)風(fēng)干現(xiàn)象則先用水澆濕，以防止干土塊堅硬的棱角在下入溝槽時刮破土工膜；15 d后對槽內(nèi)土進行取樣試驗，槽內(nèi)土密實度達到設(shè)計要求后對堤身進行恢復(fù)。

6 結(jié) 語

分淮入沂堤防加固工程在施工過程中加強質(zhì)量管理，嚴(yán)格控制垂直鋪膜施工工藝參數(shù)，較好地解決了堤防滲水問題。工程竣工投入運行，堤防運行正常，發(fā)揮了明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。垂直鋪膜防滲技術(shù)的成功應(yīng)用，為保護堤防的正常運用發(fā)揮了重要作用，本工程質(zhì)量控制要點可為類似工程提供借鑒和參考。