堤防防滲垂直插膜技術施工控制技術探析

林 農，紀建中，紀潤東

(淮安市水利勘測設計研究院有限公司，江蘇 淮安 223005)

堤防的防滲處理技術有很多種，有垂直插膜防滲、水泥攪拌樁防滲墻、高壓噴漿防滲墻等。垂直插膜防滲技術，是采用機械開出一定寬度和深度的溝槽，在溝槽內鋪設防滲土工膜，再進行溝槽回填土，通過防滲土工膜防止堤防滲流破壞。該工藝具有機械簡易輕便、施工速度快、防滲效果好、整體性好、適應變形強、造價較低等優點。垂直插膜防滲技術最先在江蘇省駱馬湖堤防防滲處理中運用，后來又陸續在淮河入江水道、入海水道、二河東堤以及淮沭河西堤等堤防中運用。而在分淮入沂整治工程建設中得到大量運用，垂直鋪膜防滲處理長度達107km，先后投入鋪膜機械20多臺。本文通過對分淮入沂整治工程堤防截滲處理垂直插膜施工過程中各關鍵工序施工控制技術的總結和完善，使得該項技術更加成熟，更好地控制施工質量，確保達到設計效果。

1 施工控制技術

1.1 施工工藝、流程和技術要求

1.1.1 施工工藝

垂直插膜是采用專門的開槽機械通過安裝在長刀臂上帶刮板的鏈條循環轉動，采用刮板對槽孔土體進行刮、削，并將土體帶出地面。通過調整刀臂下傾角度使溝槽達到設計深度要求。為了防止槽孔土體塌落，采用一定比重的泥漿進行槽孔護壁。利用開槽機械牽引鋪膜裝置在溝槽內鋪設防滲土工膜，在膜的一側溝槽回填粘性土，形成以塑膜為主的防滲帷幕。通過卷揚機牽引開槽機械連續開槽，連續鋪膜，形成連續防滲帷幕，達到堤防截滲目的。

1.1.2 施工流程和技術要求

垂直插膜施工流程為：①開挖壓實操作平臺→②開挖引導溝→③鋪設導軌和開槽機安裝→④卷膜→⑤機械開槽→⑥土工膜鋪設→⑦膜頂部固定→⑧槽孔回填土→⑨堤面恢復。

根據DB 32/T 2334.2—2013《水利工程施工質量檢驗與評定規范》的要求，垂直防滲鋪膜單元工程包括成槽、鋪膜和回填3道工序，每道工序的質量檢驗項目和標準見表1—3。

表1 垂直防滲鋪塑成槽工序質量評定標準

表2 垂直防滲鋪塑鋪膜工序質量標準

表3 垂直防滲鋪塑回填工序質量評定標準

1.2 施工控制技術

根據垂直插膜的工藝流程和質量評定標準，平臺修建、開槽、鋪膜、槽孔回填等這幾個環節是施工控制技術的重點。

1.2.1 平臺修建控制技術

施工平臺是為了滿足施工機械行走和作業要求，平臺修建的好壞直接影響施工質量。平臺修建控制技術的重點，是平臺的高程、寬度和密實度控制。根據設計要求，施工平臺布置在堤防迎水側堤坡上，平臺頂高程需高于設計洪水位1m以上，并且不低于設計鋪膜頂高程。為滿足鋪膜機械行走作業面要求和槽孔出土堆放需要，平臺寬度5m左右。因鋪膜機械是由卷揚機牽引通過輪式或者軌道行走，平臺的平整度和密實度必須保證機械行走平順，這樣刀臂開出的槽也較順直和垂直。將平臺表面松散土層壓實后還能防止上部槽孔塌壁，如表層土質松軟還需要進行換土處理。施工平臺開挖斷面示意圖如圖1所示。

圖1 施工平臺開挖斷面示意圖

為了防止堤身孔洞而引起施工中塌槽，在施工平臺上沿防滲軸線開挖寬0.4m、深1.5m的溝槽，在槽內分段灌水，通過灌水促進堤身土下沉密實，并找出堤身孔洞，然后對沉陷進行回填土壓實。灌水時間不得小于24h，且灌滿溝槽后再將整個施工平臺進行灌水密實。

1.2.2 開槽及槽孔維護控制技術

開槽及槽孔維護直接關系到后續的鋪膜能否達到設計要求的關鍵，其技術控制重點是控制槽孔的寬度、超深和配置泥漿護壁，防止塌壁。開槽是在設計軸線上進行，采用24.5cm寬度刮刀挖槽，控制槽孔寬度不大于26cm。通過鋪膜機械尾部卷揚機控制開槽機大臂與機架間的夾角來控制挖槽深度，保證開槽深度超深在0.2～0.5m范圍。沿鋪膜軸線方向利用測繩實測溝槽深度，考慮換膜和接縫縫合時間和槽孔土深沉厚度，在鋪膜接縫附近槽孔開挖超深適當加大。依靠機械頭部的牽引設備控制機械前進速度及方向，在設計鋪膜軸線上挖槽施工。成槽時由鏈條上刮刀對槽孔內土體切、刮、揉，自動拌制成護壁泥漿，對于一般土質邊成槽邊自制泥漿能滿足槽孔護壁要求，泥漿比重在1.05～1.15之間。如果堤身土質為砂性土或者孔洞較多，需要增加泥漿比重，則泥漿中還需摻入粘性土。溝槽開挖過程中，應根據槽孔內漿液的消耗情況，及時補充漿液，保持漿液液面不低于孔口30cm。

1.2.3 鋪膜控制技術

鋪膜質量的好壞影響到堤防的截滲效果和能否達到設計要求。重點是控制鋪膜的深度、膜的縫合接頭和膜頂固定。當溝槽開挖到一定長度時就可以鋪膜，在開槽過程中槽底往往有一定厚度的沉淀層，由于土工膜較輕，難以直接將膜插入槽底，故采用移動膜捆的辦法將膜展鋪到溝槽中。由于膜捆具有一定的重量和剛度，可插入槽底，滿足鋪膜深度要求。膜捆是由轉盤、鋼軸、套筒、擋板、滑板、鋼絲繩及塑膜等部件組成，如圖2所示。將膜捆卷在鋼軸上，通過鋼絲繩牽引套筒逐步展開膜卷，滑板起到支撐膜卷和平順展膜的作用。

圖2 鋪膜示意圖

在鋪膜前首先要卷膜，考慮膜卷的直徑不能超過槽孔的寬度，控制膜的長度在50m左右。膜的幅寬為鋪膜深度加上為防止膜滑落而在溝槽頂面平臺上壓膜長度之和。卷膜需要在平整、寬敞的場地進行，地面不能有鋒利物以免刺傷膜。卷膜前應仔細檢查膜有無破損處，如有應用膠水粘補或剪去不用。膜應盡量卷緊以減小膜捆直徑，防止膜捆下不到槽中或損傷塑膜。膜卷與卷之間宜采用縫合工藝聯接，將后續和已鋪膜首尾對齊，折疊寬20cm左右，用縫包機縫合，縫線不少于雙排線。

將膜卷裝入鋪膜桿上，通過安裝在開槽機尾部的起吊設備，將膜卷垂直緩緩下沉，保持土工膜不變形、不拉裂，通過鋪膜桿控制鋪膜深度，確保鋪膜底高程滿足設計要求。膜卷放到槽中后，隨著槽孔不斷形成，利用起吊和牽引設備將鋪膜桿懸掛在槽孔內并向前牽引，將膜展開并緊貼槽壁上游側。鋪膜時保持刀臂尾部刮板與膜卷的距離不小于1m。由于槽孔泥漿沉淀，膜卷有可能上滑到沉淀層上部，因此在其前移過程中應通過膜卷轉盤不斷地向膜卷施加壓力。為防止展開過程中膜被拽破或因溫度的變化開裂，要及時轉動轉盤，確保膜處于略有富余的松弛狀態。膜鋪設后及時填壓土體將膜頂、膜底固定，確保土工膜不上浮、不下滑。控制膜高出槽孔頂面60cm左右，并固壓在上游側槽口，必要時設置木樁拉拽土工膜，防止膜滑落槽中。

1.2.4 槽孔回填土控制技術

槽孔回填土的密實性決定膜與堤防結合的緊密程度，確保堤防的完整性和防滲效果。其控制技術的重點是回填土質、分次回填以及二次注水。土工膜鋪設后，為防止槽孔壁臨空面過大和臨空時間過長導致槽壁坍塌，從膜的下游側槽孔及時回填土，以確保鋪膜緊貼上游側。回填土料中不得含有雜物和硬土塊，不能摻有小塊石和砂礓，土料宜保持濕潤，若出現風干現象則先用水澆濕，以防止干硬土塊在下入溝槽時刮破土工膜。開槽土質如能滿足設計要求，回填土料盡量利用了開槽土方，以縮短成槽和回填間隔時間。槽孔回填采用小挖機配合人工回填，按施工方向由遠及近同步進行，回填點一般保持與刀具的距離不小于2倍的槽深。因槽孔中土方無法通過機械碾壓密實，只能在槽孔中利用自重下沉密實。回填時由挖機將回填土方先堆積在槽孔背水側槽口，由人工少量分次向槽內回填，防止土體在槽孔中架空。在回填后的7～10d內應保持溝槽內和頂部一直有水，讓土體充分沉實。待槽孔內泥漿水消散，回填土頂面下沉后，再對槽孔進行二次補充回填，并進行二次注水。待土體沉實穩定后對平臺進行碾壓，保證槽孔回填土密實度不低于現狀大堤標準。

1.3 問題處理措施

施工過程中，如遇到換膜時間長、不良土質、機械故障等問題造成施工中斷時間長，使槽孔內泥漿沉淀淤積或孔壁土體塌落。對于以上幾種情況可采取相應的處理措施，確保達到設計要求。

(1)如果是機械故障停置時間長造成槽孔泥漿沉淀厚度較深，鋪膜深度不足，可將機械退回深度不足部位，對淤積范圍重新開挖，并且開挖深度再加深20～30cm，以最快的速度將土工膜鋪設完成。

(2)對于兩幅膜縫合時、更換牽引時等正常因素的可預見機械停置，可在機械停置前一定長度范圍內超挖30～50cm，允許有一定的泥土沉積，但是必須保證滿足設計深度再進行鋪膜。

(3)如果停機時間太長或者遇到不良土質，造成槽壁塌陷情況，并且不具備重新開挖條件的施工段，或者是兩臺機械作業面接頭位置均作為“難工”段處理，可采用高壓定噴或擺噴等措施進行處理，要求與兩側塑膜搭接長度不小于15m。

2 結語

堤防防滲垂直插膜施工技術，在分淮入沂整治工程中得到了大規模應用，通過試驗段對各關鍵工序的控制技術進行總結，并且在施工過程中嚴格按此技術進行全面控制。施工結束后通過開挖探坑觀測，鋪膜表面平整，無破損，與堤防土體結合緊密，膜之間接頭達到設計要求，槽孔回填土干密度達到原狀大堤的標準。在今后堤防防滲垂直插膜施工中按照該關鍵技術進行有效控制，必將達到較好的設計和施工效果，極大改善堤防滲流條件和防滲效果。