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第三节 堤身填筑技术要求
发布日期:2012-06-14 01:29信息来源:水利局浏览次数:字号:[ ]
  无论是在新堤线上建新堤防,还是培厚加高原堤防,都应按堤防工程施工的有关规范进行施工,严格控制堤身填筑质量,改变以往堤防工程施工质量难以控制和保证的局面。
  一、清基
  1.新堤或培厚部分的地基
  (1)应将表层的石块、淤泥腐殖土、杂填土、泥炭以及杂物等清除干净,并将堤基平整压实,清基范围应超出设计边线50cm。
  (2)堤基如有房基、孔洞应彻底清除,所有坑洼应按堤身要求分层压实填平。
  2.溃口地基
  在将溃口的抛填物全部清理干净,直至地基,并将地基表层厚30cm的土挖除。
  3.特殊地基
  软基、强透水地基应进行专门处理,见第五章。
  二、土料及材料的选择与设计
  (一)均质堤土料
  
  筑堤材料就地取材,因材设计,沼泽土、富含未完全分解有机质的土料不宜采用,采用膨胀性土,分散性粘土应作专门论证,一般粘土、亚粘土都可作为筑堤土料,优先选用粘性含量15%~30%,塑性指数10~20,天然含水率接近填筑最优含水率的亚粘土。要求不含砂、植物根茎、砖瓦、垃圾等杂物,浸水变形量小,渗透系数不大于1×10-4cm/s,按重量计,水溶盐含量不大于3%,有机质含量不大于5%。
  填筑压实干密度ρds:
  ρds=ρ·ρdmax (2-11)
  式中 ρ为压密度,1级堤防不应小于0.94;2级和高度超过6m的3级堤防不小于0.92;
  3级以下及低于6m的3级堤防不小于0.90;ρdmax为标准击实仪击实试验最大干密度(g/cm3),同时得出最优含水率wop。
  最优含水率wop与最大干密度ρdmax可由两种方法得出,一是由标准击实试验得出,应尽量采用此法;二是通过以下公式计算,作为设计参考。
  wop=wp+BIp (2-12)
  式中 wp为塑限含水率(%);IP为塑性指数(%);B为稠度系数,可采用0.2。
  ρdmax=Gs(1-Va)/(1+Gswop) (2-13)
  式中 GS为土粒比重;Va为压实土的含气率,粘土为0.05,亚粘土0.04-0.03。
  得出ρdmax值后,由式(2-11)可得到填筑压实干密度ρds,亦即设计要求达到的干密度。
  
  如采用较轻的碾压机具,则应根据与施工碾压机具相应的击实试验或碾压试验曲线确定填筑干密度和最优含水率。一定压实功能下的最大干密度与最优含水率对应,若实际填土含水率与填筑最优含水率有较大偏差,则在同样的压实功能下,就达不到设计填筑压实干密度,所以实际填土含水率与填筑最优含水率的差值,应不小于3%。填筑含水率是土堤填筑施工前控制填筑质量的重要指标之一,填筑干密度是检查、控制填筑质量的主要指标之一。
  (二)复式堤防渗体土料
  
  防渗体土料应选择粘粒含量不大于30~40%、渗透系数不大于1×10-5cm/s的粘土,应不含杂质,水溶盐及有机质含量应分别小于3%和5%,天然含水率应接近填筑最优含水率。
  (三)复式堤砂砾料
  应选择耐风化,水稳性好,颗粒级配较好(连续性好,不均匀系数较大),透水性好,不易发生渗透变形,含泥量小于5%的砂砾石或砾卵石。
  砂砾石、砾卵石填筑的设计指标用相对密度Dr表示,一般Dr 应达到0.65,即中密程度。其碾压设备尽量采用振动碾。以相对密度Dr表示的填筑干密度ρd为:
  ρdmax=ρmaxρmin/((1-Dr)ρmax+Drρmin) (2-14)
  式中ρmax、ρmin──分别为由试验得到的最大干密度与最小干密度。
  (四)复式堤防渗土工膜
  
  土工膜有单层土工膜与复合土工膜之分,常用的膜料材质是聚乙烯(PE)和聚氯乙烯(PVC)。单层土工膜即仅有裸露的该层PE或PVC,复合土工膜则在PE或PVC的两侧或一侧粘合非织造针刺土工织物(俗称无纺土工布或无纺布),形成两布一膜或一布一膜的复合土工膜。
  
  应优先选择复合土工膜,并且优先选择两布一膜型复合土工膜。因为两侧的无纺布不仅对中间的防渗膜起保护作用,而且沿其平面具有一定的排水功能,此外,无纺布与土料的摩擦角一般大于膜与土料的摩擦角。虽然复合土工膜的价格比单层土工膜稍贵,但从结构布置简单,施工便利、经久耐用的等方面综合考虑,采用复合土工膜是经济合理的。
  
  堤防采用的PE或PVC膜料厚度范围为0.2~0.8mm,起保护、排水作用的无纺布的选取范围为150~400g/m2。若采用复合土工膜,宜选择膜厚0.25~0.4mm,两侧无纺布各为200~300g/m2;若采用单层土工膜,宜选择厚度0.5~0.8mm。
  三、土料填筑的技术要求
  (一)堤身压实参数的选定
  在堤防除险加固工程正式开工以前,应尽量按选择的施工机械安排压实试验,通过试验选定铺土厚度、土块限制尺寸、含水率的适宜范围、压实方法和压实遍数。
  在无试验资料时,铺土厚度和土块粒径的限制尺寸可参照表2-3选用。
  表2-3 铺土厚度和土块粒径的限制尺寸
  压实功能类型压实机具种类铺土的限制厚度(cm)土块的限制粒径(cm)
  轻型人工夯、机械夯15~205
  5~10t平碾20~258
  中型12~15t平碾
  斗容2.5m3铲运机
  5~8t振动碾25~3010
  重型斗容>7m3铲运机
  10~16t振动碾
  加载气胎碾30~3515
  
  砂砾料应尽量选择振动碾压实,图2-10为一均匀砾质砂的相对密度随深度分布情况,可供参考。
  
  因当地条件所限选用履带拖拉机碾压时,为在压实过程中产生较大的振动力,一般拖拉机要用3~4挡速度,表2-4为某些土坝工程实际使用的经验,可供参考。
  图2-10 均匀砾质砂用振动碾压实的相对密度随深度分布情况
  表2-4 某些土坝用拖拉机压实的施工参数
  土类名称拖拉机型号履带单位压力(KPa)铺土厚度(cm)碾压遍数(遍)压实平均干密度(g/cm3)
  砂砾料C-804840121.72~2.09
  砂砾料D7、D8、HD1443~53506>1.72
  亚粘土C-8048309~101.65
  亚粘土C-8048256~101.62~1.65
  (二)土料填筑的技术要求
  1.含水率的处理
  (1)低含水率的洒水处理
  当土料的含水率比施工填筑最优含水率低,可在取土时用雾状水给土料加水,然后将土料堆置在另一处,搁置一定时间,使含水率均匀,即可用于填筑。
  (2)高含水率的人工翻晒处理
  
  选择适当的场地,用齿耙将土耙碎,坚硬粘土用铁铣切成厚1~2cm薄片,每层深10~20cm,挖后使其相互架空晾晒,待表层稍干即打碎成小于2~3cm的土块,继续翻晒。表层稍干??工控制含水率范围为止。
  2.卸、铺料
  粘性土料宜用进占法或后退法卸料。砂砾料卸料高度不宜过大,如发生颗粒分离,应混合均匀。
  
  铺土压实应从最低部位开始,按水平分层向上铺土填筑,不得顺坡铺土填筑,铺土应按选定或由压实试验确定的厚度进行控制,当靠近边坡铺土时,应超出设计边线一定余量,人工铺料宜为10cm,机械铺料宜为30cm。
  土料的铺填与压实工序应连续进行,以免土料被晒干而影响填筑质量。对表面已风干的土层,如间隔时间较长,在其上再填新土前应作表面刨毛和洒水湿润。
  3.压实
  (1)机械压实
  
  采用机械压实时,碾压机具的行走方向应平行于堤轴线,不宜垂直堤轴线方向碾压。若以履带式拖拉机或拖拉机带碾滚作为压实机械时,则可采用进退错距法压实工艺,碾迹套压宽度宜大于10cm。若以铲运机、自卸汽车等作为压实机械时,可采用轮迹排压法工艺,轮迹套压宽度宜为3~5cm。分段分片碾压时,相邻两个工作面碾迹的搭接宽度,平行堤轴线方向应大于0.5m,垂直堤轴线方向宜为3~5m。相邻工作面有高差时应以斜坡相接,坡比1:3~1:5,且应湿润、刨毛,对机械碾压不到的死角,应辅以夯具进行夯实。若填土出现“弹簧土”、层间光面、层间中空、松土层或剪切破坏等现象,应根据具体情况及时处理,或挖除,或刨松后重新碾压,经检验合格后才能铺填新土。
  对砂砾料压实的洒水量,宜为填筑方量的20%~40%,中细砂压实时的洒水量,应按其最优含水率控制。
  (2)夯实
  
  采用人工硪夯和机械夯压实时,应采用连环套打法夯实;夯压夯迹1/3,行压行迹1/3,使平面上夯迹双向套压。分段、分片夯压时,夯迹搭接的宽度应不小于10cm。
  (3)雨季、负温(气温零度以下)时填筑
  
  在多雨季节填筑时,应根据雨情预报,在降雨前及时压实作业面表层的松土,作业面可做成中央凸起向两侧微倾状,以排泄雨水。对于粘土斜墙或心墙,宜用薄塑料膜覆盖。降雨时及雨后,堤面禁止车辆通行,也不得践踏堤面。粘性土在雨后填筑前应先晾晒或去掉表层土,待含水率达到要求后,再创毛,铺设新土。
  
  冬季施工遇负温天气应停工,特殊情况下允许气温不低于-5℃时施工,但应采用重型机械碾压,并采取一些保温措施,必须保证压实时土料温度在0℃以上。因此,应取正温(气温零度以上)土料,且不得夹带冻土和冰雪。装土、铺土、碾压、取样等工序都应快速流畅。一旦发现施工过程中出现土料冻结现象应立即停工。此外,负温下填筑对土料的含水率应作严格控制,粘性土的含水率不得大于塑限的90%,砂料含水率不得大于4%。
  (4)压实干密度、含水率的现场检查
  
  粘性土可取土样以烘干法测出压实干密度、填筑含水率,砂砾石可通过挖坑置水法测出干密度或相对密度,取样部位与数量可根据规范和具体情况定。力求分布均匀、有代表性,按不同堤段划分的施工单元的压实质量合格标准应按表2-5执行。
  表2-5 土堤施工的单元工程压实质量合格标准
  堤型筑堤材料干密度合格率(%)
  1、2级土堤3级土堤
  均质堤新筑堤粘性土≥85≥80
  少粘性土≥90≥85
  老堤
  加高培厚粘性土≥85≥80
  少粘性土≥85≥80
  非均质堤防渗体粘性土≥90≥85
  非防渗体无粘性土≥85≥80
  4.新、老堤段与新、老堤身的结合处理
  新、老堤结合或老堤培厚加高的新老堤身结合在施工中应高度重视,处理不当往往在汛期造成渗漏、滑坡等重大险情。
  
  老堤端或老堤身连接面应严格清除草根、树根及其它杂物,应按设计要求挖成台阶状,并以大于1:3的坡衔接。在老堤身连接土层面上洒水并刨毛后沿水平层面铺设新土,沿水平层面进行碾压。铺土厚度、土料含水率、碾压遍数、压实干密度都必须严格控制。
  堤身全断面填筑完毕后,应削坡清理拍打平实。
  5.颗粒型反滤、排水的铺设施工要求
  (1)铺设前,应有足够的备料,每10m至少设样桩一排。
  
  (2)铺筑应自底部向上逐级铺填,不得从高处顺坡向下倾倒。分段铺筑时,各层工作面之间应留出足够距离,使呈阶梯状,不得发生层间错位、缺断;陡于1:1坡比的反滤层施工时,应采用挡板支护铺筑。砂砾料应适当洒水,层面应拍打平实。
  (3)已铺工段不准人车通行,防止污染和损坏。
  (4)雪天应停止铺筑,雪后复工应防止冰块冻土积雪混入料内。
  四、土工膜拼接铺设的技术要求
  土工膜是十分有效的新型防渗材料,但其防渗是否达到应有效果,关键在于施工质量,因此必须重视以下技术要求。
  1.斜墙土工膜的垫层清理
  新填砂砾石坡面经过削坡拍实后可直接铺设防渗土工膜,但应将坡面上的尖锐杂物清理干净,以免刺破土工膜。
  如土工膜铺在老堤身坡面上,坡面经削坡后还有草根、芦苇根时,需喷洒除草剂,以防芦苇等植物生长顶穿土工膜。
  2.土工膜铺设与拼接
  铺设前应仔细检查土工膜有无破损,如发现破损应修补或裁除。
  
  土工膜应以长度方向沿堤轴线铺设,以减少接缝。如果用复合土工膜,则应要求厂家在整幅复合膜的四周留出10cm宽的拼接带,即在该10cm宽范围内,织物与防渗膜是分开的,以便膜与膜的拼接。
  
  如防渗膜为聚乙烯,可采用焊接法拼接,如防渗膜为聚氯乙烯,则可采用焊接法(应注意劳动保护)或胶接法拼接。拼接前均需将拼接带部位擦拭干净,以保证接缝密合质量。
  
  焊接可采用热楔型双缝焊接机,其焊接温度与行走速度均可调节,为保证焊接质量,应根据大气温度,风速的变化,调节焊接温度与行走速度。温度过高或行走速度过慢,会使拼接部位膜熔透破坏;反之,则接缝焊接不牢。因此,每天早、晚与中午应通过试验调置不同的温度与速度。双焊缝可通过向焊缝间充气检查质量,可在缝端设压力表,充气压力一般为200KPa,气带隆起5~10分钟不瘪,说明焊缝质量满足要求,若发现漏气,漏气处即为漏焊或焊接不牢处,应及时补焊。
  
  采用胶接法拼接聚氯乙烯膜,可选用PVC胶,应边清洁接缝部位,边涂胶,边贴合,并用砂袋慢慢拖压,使接缝贴合牢固。春秋季节应固化12h,冬季应固化24h。胶接缝的质量检查可掰开接缝部分观察其接缝颜色是否一致,一般漏胶部位均可被发现,发现后应立即补胶。
  焊接、胶接质量还可通过抽样作拉伸试验,一般拼接强度不低于母材强度,有的要求不低于母材强度的80%,抽样部位与数量可根据具体情况决定。
  复合土工膜在中间的防渗膜拼接以后,土工织物可用手提缝纫机缝合。
  3.土工膜的周边固定
  
  土工膜与地基的连接必须安全可靠。若地基为粘性土,则可将土工膜埋在浆砌石趾墙的槽中,土工膜必须与粘性土贴合紧密,接触渗径应达到承受水头的1/4~1/3。若地基设置混凝土竖直防渗墙体,且防渗墙体表面平整,可用螺栓和钢条将土工膜锚固在混凝土墙体上。若墙体不平整,则需用混凝土在墙体上浇筑一截平整的连接段,将土工膜锚固在连接段上。锚固连接处应填盖粘土,或浇筑混凝土,一方面延长接触渗径,另一方面可防止锚固件的锈蚀。
  斜墙土工膜与堤顶防浪墙的连接也应可靠,若与混凝土防浪墙连接,可采用上述螺栓锚固的方法;若与浆砌石防浪墙连接,可埋入墙底50~60cm。
  心墙土工膜可在设计水位以上0.5m向背水面折90°作成封顶,以路面基土压实。
  图2-11 为南京市某段长江大堤,以复合土工膜防渗,其底部与土基连接,顶部与浆砌石防浪墙连接。
  图2-11 以土工膜做防渗的南京市某段长江大堤断面 (本图由南京水利规划设计院提供)
  4.保护层的铺设
  可在复合土工膜上直接铺块石或混凝土预制板护坡或现浇混凝土护坡,但石块和混凝土预制板应小心轻轻地放置在复合土工膜上,以免砸破土工膜。
  在单层膜上铺砂砾料作保护层,应清除其中的尖锐杂物,以免刺破土工膜。


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