在岩、土两种介质中形成完整防渗帷幕的方法

在岩、土两种介质中形成完整防渗帷幕的方法
【专利摘要】本发明公开了一种在岩、土两种介质中形成完整防渗帷幕的方法，在上部土层进行高喷桩或深搅桩施工形成上部土层防渗帷幕墙体（3）；在已形成的上部土层防渗帷幕墙体（3）的顶部按岩体帷幕注浆设计的孔距、孔深钻岩层帷幕注浆孔（2）至不透水岩层；将注浆孔止浆塞（4）套在岩层帷幕注浆管（1）上，并插入到岩层帷幕注浆孔（2）中，并通过岩层帷幕注浆管（1），按岩体注浆规范要求完成帷幕注浆工作，从而在下部岩层中形成下部岩层不透水幕墙（5），最终形成从土层到岩层的完整垂直防渗帷幕墙。采用本发明方法施工完成的防渗帷幕可有效防止地下水在地表下部岩层中的绕流，成墙质量完全满足目前的矿区、厂区的环保要求，施工速度快、费用低。
【专利说明】在岩、土两种介质中形成完整防渗帷幕的方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种防渗帷幕的施工方法，尤其是涉及在岩、土两种介质中构建完整的垂直防渗帷幕墙的方法，适用于对垂直防渗要求较高、不允许产生地下绕流、上土下岩(含破碎岩体、强风化、中风化的岩体)工程地质条件下的垂直防渗帷幕工程。

【背景技术】
[0002]土是松散颗粒的堆积物，是具有连续孔隙的介质。岩体是一定工程范围内的自然地质体，经过各种地质运动，内部含有构造和裂隙。由于两者的物理力学性质不同，渗透机理迴异，当在复杂、狭小场地需要在土、岩地层中施作垂直防渗帷幕时，鉴于土、岩不同的物理力学性质及不同的防渗施工工艺无法兼顾，往往只能进行单项的土层防渗帷幕施工，而无法达到设计要求。
[0003]随着国家对环境保护日益重视，工业建设中对跑、冒、滴、漏的控制也愈发严格，一般在建设中采用水平防渗技术，将生产中产生的污染水在地表汇集后集中处理，但仍存在需要将污染水控制在一定区域的情况，即采用垂直防渗帷幕控制污染水在地下扩散。
[0004]根据岩土的成因，一般从地表往下可分为土层(包括素填土、沙壤土、粉土、砂土等)、强风化岩层、中风化岩层、微风化岩层、基岩。土体的渗透是因为土是具有连续孔隙的介质，地下水会在水位差作用下透过土体孔隙产生孔隙内的流动，土的渗透性根据土的种类、级配、孔隙比以及水的温度而不同，从几乎不透水(K < 10-7cm/s )到高渗透性(K >10-lcm/s),可分为5级。在岩体中则是岩层中的孔隙和裂隙为地表水的渗透和地下水的运流创造了条件，岩层中以“Lu”表示其渗透能力，一般< 3Lu则可认为达到几乎不透水级另O。由于土和岩的物理力学性质不同，渗流方式不同，所以其防渗工艺也各不相同。一般土层垂直防渗采用高压旋喷法、深层搅拌法、或灌浆法等，但在土体中采用灌浆法，无论是渗入灌浆、劈裂灌浆、压密灌浆还是电动化学灌浆，其形成的防渗帷幕均因灌浆工艺的局限性而无法保证其整体性，防渗效果不可靠，故较少采用)。岩体中则经常采用帷幕注浆法，依靠较大的注浆压力使浆液进入岩体中的孔隙和裂隙，浆液固结后的结石体堵塞岩体中孔隙和裂隙，形成防渗帷幕。一般为在岩体中实施注浆防渗施工，需采用大开挖的方法清除岩体的上覆土层，并在暴露出的岩体上施作止浆垫(混凝土)后再钻孔注浆。
[0005]由于土、岩中形成防渗帷幕的施工工艺不同，因此在土体中采用的防渗帷幕施工工艺不能在岩体中使用，而在岩体中使用的帷幕注浆工艺当在其上的上覆土层存在时，因无法控制浆液下行充填岩体裂隙(因土层的土体固结强度低，不能安放止浆塞)，以及无法在土层中形成完整的注浆帷幕使其无法在土体中使用。因此在遇到这种情况时，一般只在土体中作防渗帷幕，虽然可有效达到在土层中垂直防渗目的，但不能阻止地下水在岩体中的绕流，其防渗效果将大打折扣，满足不了垂直防渗要求高的工程。


【发明内容】

[0006]本发明的目的就是针对现有技术中存在的上述缺陷，而提供一种施工工艺简单、施工速度快、工程费用低且止水防渗效果可靠的在岩、土两种介质中形成完整防渗帷幕的方法，形成的防渗幕墙可达到“几乎不透水”即K < 10_7cm/s级别。
[0007]为实现本发明的上述目的，本发明在岩、土两种介质中形成完整防渗帷幕的方法采用以下步骤:
1)在上部土层按照设计要求在需做垂直防渗幕墙的地域放线、定高喷桩或深搅桩孔位；
2)按设计并依照相应规范进行高喷桩或深搅桩施工至下部岩层止，形成上部土层防渗帷眷墙体；
3)对已经形成的上部土层防渗帷幕墙体按规范要求的养生时间进行养生，使上部土层防渗帷幕墙体的墙体强度> 1.0Mpa ；
4)接着在上部土层防渗帷幕墙体的顶部按岩体帷幕注浆设计的孔距、孔深钻岩层帷幕注浆孔至不透水岩层；
5)然后将注浆孔止浆塞套在岩层帷幕注浆管上，并插入到岩层帷幕注浆孔中，使注浆孔止浆塞安放在上部土层防渗帷幕墙体的下部靠近岩层顶面处的岩层帷幕注浆孔中，使上部土层防渗帷幕墙体和上覆土层作为帷幕注浆的止浆垫，从而可按岩体注浆规范要求完成下部岩层的帷幕注浆工作。
[0008]6)静压帷幕注浆:通过岩层帷幕注浆管，按岩体注浆规范要求完成帷幕注浆工作，从而在下部岩层中形成下部岩层不透水幕墙，最终形成从土层到岩层的完整垂直防渗帷幕
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[0009]为适应较高的设计防渗等级要求，提高垂直防渗帷幕的防渗效果，在垂直防渗要求高的地段，在上述第2)步采用三排高喷桩，在第4)、5)、6)步采用二或三排静压帷幕注浆设计与施工，从而组成联合防渗帷幕墙。这样设计与施工的优点是:①桩墙的加厚而增加了地下水渗透路径，可减少总渗透量；②确保形成的防渗帷幕不会由于成孔的偏斜、桩间未搭接而开“天窗”;③进一步提高防渗帷幕的抗渗等级。
[0010]所述的上部土层防渗帷幕墙体的渗透系数控制在K=L IlX 1(T7 cm/s_6.49X 10 8cm/s范围，以Κ=5.0X 10 8 cm/s -6.49X 10 8cm/s为佳；在下部岩层中形成下部岩层不透水幕墙的渗透系数q=0.17-1.97Lu。
[0011]采用本发明方法，已形成的上部土层防渗帷幕墙体强度远大于四周土体强度，这是因为一般高喷桩或深搅桩所采用的硬化剂是水泥浆，其所形成的固结体是一种特殊的水泥-土网络结构，桩体中因水泥水化在土颗粒周围形成各种水化物结晶，结晶不断生长、伸延交织在一起形成空间的网络结构，土体被分割包围、挤密，自由水逐渐减少，最终形成不透水的固结体，其强度因土质不同而有区别，最小也可达到1.5Mpa以上，最高可达20Mpa，而土体强度则不会大于0.3Mpa ;而且在结石体内的钻孔孔壁完整、孔径规则，完全达到安放注浆孔止浆塞的要求，故可满足下一步进行帷幕注浆的止浆要求。上述第6)步采取的静压帷幕注浆所形成的下部岩层不透水幕墙与上部土层防渗帷幕墙体的无缝联接，阻止了地下水在土层的渗透和在下部透水岩体的绕流。形成完整的无渗漏的垂直防渗帷幕，实际工程检验，高喷桩幕墙的渗透系数最大可达K < 10_8Cm/S，帷幕注浆后的岩体渗透量最大可小于 0.5Lu。
[0012]本发明在岩、土两种介质中形成完整防渗帷幕的方法采用以上技术方案后具有以下优点:
1)适用地层广泛。凡适用于高喷桩或深搅桩的土层、可进行帷幕注浆的岩层均可采用此工艺；
2)施工使用的设备多为一般岩土工程常用设备，施工、设计均有相应的规范可依；
3)施工质量可靠；
4)可使用国家现已颁布的质检方法进行施工质量检验，如高喷桩或深搅桩采用注水实验，帷幕注浆可采用压水实验；
5)施工费用低、速度快、施工场地占用小；
6)安全环保。因采用水泥作为防渗帷幕的固化剂，所以不会造成二次污染。
[0013]使用条件:本发明在岩、土两种介质中形成完整防渗帷幕的方法使用时的关键点是如何保证两种工艺形成的防渗墙的无缝联接，即所形成的上部土层防渗帷幕墙体应能提供放置并可使注浆孔止浆塞正常工作。通过止浆塞的控制使帷幕注浆在中高注浆压力下向岩体的裂隙、孔隙渗透、充填。为保证注浆孔止浆塞的正常工作并可承受较大的注浆压力，在设计、施工时要保证成桩质量、桩体强度(应术1.0Mpa)，尤其是在桩体下部接近岩层时。因此对高喷形成的幕墙，设计时采用高喷桩联接成墙，施工时应在拟定安放止浆塞区间段降低高喷管提升速度或对该段采用复喷工艺，同时设计中应布设两排或三排为宜；对深搅成桩应在拟定安放止浆塞区间段采用复喷复搅工艺，以提高该段的桩体强度。

【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1为采用本发明方法构建的完整的垂直防渗帷幕墙的典型剖面图。
[0015]图2为在岩、土两种介质中形成完整防渗帷幕的方法的施工工艺流程图。
[0016]图中标记为:1 一岩层帷幕注浆管；2 —岩层帷幕注浆孔；3 —上部土层防渗帷幕墙体；4 一注浆孔止浆塞；5 —下部岩层不透水幕墙。

【具体实施方式】
[0017]为进一步描述本发明，下面结合附图和实施例对本发明在岩、土两种介质中形成完整防渗帷幕的方法作进一步详细说明。
[0018]由图1所示的采用本发明方法构建的完整的垂直防渗帷幕墙的典型剖面图并结合图2看出，本发明在岩、土两种介质中形成完整防渗帷幕的方法采用以下工艺步骤:
I)在上部土层按照设计要求在需做垂直防渗幕墙的地域放线、定高喷桩或深搅桩孔位。
[0019]2)按设计并依照相应规范进行高喷桩或深搅桩施工至下卧岩层止，从而形成上部土层防渗帷幕墙体3。
[0020]3)对已经形成的上部土层防渗帷幕墙体(3)按规范要求的养生时间进行养生，一般需养生20天，视当时环境温度调整，使上部土层防渗帷幕墙体3的墙体强度达到设计值，墙体强度术1.0Mpa即可进行下步作业。
[0021]4)接着在达到设计强度的上部土层防渗帷幕墙体3的顶部按岩体帷幕注浆设计的孔距、孔深钻岩层帷幕注浆孔2至不透水岩层。
[0022]5)然后将注浆孔止浆塞4套在岩层帷幕注浆管I的合适位置上，并插入到岩层帷幕注浆孔2中，使注浆孔止浆塞4安放在上部土层防渗帷幕墙体3的下部靠近岩层顶面处的岩层帷幕注浆孔2中。
[0023]6)静压帷幕注浆:通过岩层帷幕注浆管1，按岩体注浆规范和设计要求控制注浆压力和浆液注入量控制，完成帷幕注浆工作，从而在下部岩层中形成下部岩层不透水幕墙5，最终形成从土层到岩层的完整垂直防渗帷幕墙。在此步骤，应按注浆规范控制注浆段高，若单段段高> 10m，则应采用下行式注浆法。
[0024]7)按监理指定位置在高喷桩或深搅桩形成的幕墙上钻孔，进行注水实验以检查幕墙的施工质量。孔深不超过上部土层防渗帷幕墙体3的深度。
[0025]8)按监理指定位置钻孔至帷幕注浆底部并在上部土层防渗帷幕墙体3下部安放止浆塞后进行压水实验，以检查注浆帷幕的施工质量。
[0026]9)质检合格，工程竣工验收:质检不合格，则应在不合格地点重新施工高喷桩或帷幕注浆直至检查合格。
[0027]本发明在岩、土两种介质中形成完整防渗帷幕的方法在某冶炼厂的垂直防渗帷幕施工中以设计施工总承包的方式进行了实践。工程中共施工三重管高喷桩613根(其中最深高喷深度35m，最浅桩长18m)，10710延米，帷幕注浆61孔，有效注浆长度340延米；使用水泥2100吨；施工时间45天；经检测高喷桩墙的渗透系数在K=L IlXlO^cm/s-6.49X 10-8cm/s (6孔注水实验值);帷幕注浆段岩层的渗透系q=0.17-1.97LU (3孔压水实验值)。均小于该单位的国家环评批复意见中的要求(土层中10_7cm/s级别，岩层中q ^ 3Lu)。
[0028]应用表明，本发明方法采用新的工艺组合在岩、土中成墙的方式，使土层防渗帷幕和岩层防渗帷幕形成整体，可达到防渗帷幕墙从土体到不透水基岩的无缝联接，彻底封堵了厂区污染水地下渗流通道，不会产生绕流，所成墙体渗透系数小、防渗效果好，安全可靠，施工速度快、工程费用低，确保了某大型冶炼厂国家级环评验收的圆满成功。
【权利要求】
1.一种在岩、土两种介质中形成完整防渗帷幕的方法，其特征在于采用以下工艺步骤: 1)在上部土层按照设计要求在需做垂直防渗幕墙的地域放线、定高喷桩或深搅桩孔位； 2)按设计并依照相应规范进行高喷桩或深搅桩施工至下部岩层止，形成上部土层防渗帷眷墙体(3)； 3)对已经形成的上部土层防渗帷幕墙体(3)按规范要求的养生时间进行养生，使上部土层防渗帷幕墙体(3)的墙体强度彡1.0Mpa ； 4)接着在上部土层防渗帷幕墙体(3)的顶部按岩体帷幕注浆设计的孔距、孔深钻岩层帷幕注浆孔(2)至不透水岩层； 5 )然后将注浆孔止浆塞(4 )套在岩层帷幕注浆管(I)上，并插入到岩层帷幕注浆孔(2 )中，使注浆孔止浆塞(4)安放在上部土层防渗帷幕墙体(3)的下部靠近岩层顶面处的岩层帷幕注浆孔(2)中； 6)静压帷幕注浆:通过岩层帷幕注浆管(1)，按岩体注浆规范要求完成帷幕注浆工作，从而在下部岩层中形成下部岩层不透水幕墙(5)，最终形成从土层到岩层的完整垂直防渗帷幕墙。
2.如权利要求1所述的在岩、土两种介质中形成完整防渗帷幕的方法，其特征在于:在第2)步采用三排高喷桩，在第4)、5)、6)步采用二或三排静压帷幕注浆设计与施工，从而组成联合防渗帷幕墙。
3.如权利要求1或2所述的在岩、土两种介质中形成完整防渗帷幕的方法，其特征在于:所述的上部土层防渗帷幕墙体(3)的渗透系数在K=L 11Χ1(Γ7 cm/s -6.49X l(T8cm/s ;在下部岩层中形成下部岩层不透水幕墙(5)的渗透系数q=0.17-1.97Lu。
4.如权利要求3所述的在岩、土两种介质中形成完整防渗帷幕的方法，其特征在于:所述的上部土层防渗帷幕墙体(3)的渗透系数在K=5.0X 1(T8 cm/s -6.49X l(T8cm/s。
【文档编号】E02D19/18GK104141314SQ201410382317
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】王运敏, 刁虎, 代永新, 林明, 赵武鹍, 卢敬标, 赵蒙生, 张春, 徐启明, 曹晓钧 申请人:中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司