堤防防渗垂直插膜技术施工控制技术探析

林 农，纪建中，纪润东

(淮安市水利勘测设计研究院有限公司，江苏 淮安 223005)

堤防的防渗处理技术有很多种，有垂直插膜防渗、水泥搅拌桩防渗墙、高压喷浆防渗墙等。垂直插膜防渗技术，是采用机械开出一定宽度和深度的沟槽，在沟槽内铺设防渗土工膜，再进行沟槽回填土，通过防渗土工膜防止堤防渗流破坏。该工艺具有机械简易轻便、施工速度快、防渗效果好、整体性好、适应变形强、造价较低等优点。垂直插膜防渗技术最先在江苏省骆马湖堤防防渗处理中运用，后来又陆续在淮河入江水道、入海水道、二河东堤以及淮沭河西堤等堤防中运用。而在分淮入沂整治工程建设中得到大量运用，垂直铺膜防渗处理长度达107km，先后投入铺膜机械20多台。本文通过对分淮入沂整治工程堤防截渗处理垂直插膜施工过程中各关键工序施工控制技术的总结和完善，使得该项技术更加成熟，更好地控制施工质量，确保达到设计效果。

1 施工控制技术

1.1 施工工艺、流程和技术要求

1.1.1 施工工艺

垂直插膜是采用专门的开槽机械通过安装在长刀臂上带刮板的链条循环转动，采用刮板对槽孔土体进行刮、削，并将土体带出地面。通过调整刀臂下倾角度使沟槽达到设计深度要求。为了防止槽孔土体塌落，采用一定比重的泥浆进行槽孔护壁。利用开槽机械牵引铺膜装置在沟槽内铺设防渗土工膜，在膜的一侧沟槽回填粘性土，形成以塑膜为主的防渗帷幕。通过卷扬机牵引开槽机械连续开槽，连续铺膜，形成连续防渗帷幕，达到堤防截渗目的。

1.1.2 施工流程和技术要求

垂直插膜施工流程为：①开挖压实操作平台→②开挖引导沟→③铺设导轨和开槽机安装→④卷膜→⑤机械开槽→⑥土工膜铺设→⑦膜顶部固定→⑧槽孔回填土→⑨堤面恢复。

根据DB 32/T 2334.2—2013《水利工程施工质量检验与评定规范》的要求，垂直防渗铺膜单元工程包括成槽、铺膜和回填3道工序，每道工序的质量检验项目和标准见表1—3。

表1 垂直防渗铺塑成槽工序质量评定标准

表2 垂直防渗铺塑铺膜工序质量标准

表3 垂直防渗铺塑回填工序质量评定标准

1.2 施工控制技术

根据垂直插膜的工艺流程和质量评定标准，平台修建、开槽、铺膜、槽孔回填等这几个环节是施工控制技术的重点。

1.2.1 平台修建控制技术

施工平台是为了满足施工机械行走和作业要求，平台修建的好坏直接影响施工质量。平台修建控制技术的重点，是平台的高程、宽度和密实度控制。根据设计要求，施工平台布置在堤防迎水侧堤坡上，平台顶高程需高于设计洪水位1m以上，并且不低于设计铺膜顶高程。为满足铺膜机械行走作业面要求和槽孔出土堆放需要，平台宽度5m左右。因铺膜机械是由卷扬机牵引通过轮式或者轨道行走，平台的平整度和密实度必须保证机械行走平顺，这样刀臂开出的槽也较顺直和垂直。将平台表面松散土层压实后还能防止上部槽孔塌壁，如表层土质松软还需要进行换土处理。施工平台开挖断面示意图如图1所示。

图1 施工平台开挖断面示意图

为了防止堤身孔洞而引起施工中塌槽，在施工平台上沿防渗轴线开挖宽0.4m、深1.5m的沟槽，在槽内分段灌水，通过灌水促进堤身土下沉密实，并找出堤身孔洞，然后对沉陷进行回填土压实。灌水时间不得小于24h，且灌满沟槽后再将整个施工平台进行灌水密实。

1.2.2 开槽及槽孔维护控制技术

开槽及槽孔维护直接关系到后续的铺膜能否达到设计要求的关键，其技术控制重点是控制槽孔的宽度、超深和配置泥浆护壁，防止塌壁。开槽是在设计轴线上进行，采用24.5cm宽度刮刀挖槽，控制槽孔宽度不大于26cm。通过铺膜机械尾部卷扬机控制开槽机大臂与机架间的夹角来控制挖槽深度，保证开槽深度超深在0.2～0.5m范围。沿铺膜轴线方向利用测绳实测沟槽深度，考虑换膜和接缝缝合时间和槽孔土深沉厚度，在铺膜接缝附近槽孔开挖超深适当加大。依靠机械头部的牵引设备控制机械前进速度及方向，在设计铺膜轴线上挖槽施工。成槽时由链条上刮刀对槽孔内土体切、刮、揉，自动拌制成护壁泥浆，对于一般土质边成槽边自制泥浆能满足槽孔护壁要求，泥浆比重在1.05～1.15之间。如果堤身土质为砂性土或者孔洞较多，需要增加泥浆比重，则泥浆中还需掺入粘性土。沟槽开挖过程中，应根据槽孔内浆液的消耗情况，及时补充浆液，保持浆液液面不低于孔口30cm。

1.2.3 铺膜控制技术

铺膜质量的好坏影响到堤防的截渗效果和能否达到设计要求。重点是控制铺膜的深度、膜的缝合接头和膜顶固定。当沟槽开挖到一定长度时就可以铺膜，在开槽过程中槽底往往有一定厚度的沉淀层，由于土工膜较轻，难以直接将膜插入槽底，故采用移动膜捆的办法将膜展铺到沟槽中。由于膜捆具有一定的重量和刚度，可插入槽底，满足铺膜深度要求。膜捆是由转盘、钢轴、套筒、挡板、滑板、钢丝绳及塑膜等部件组成，如图2所示。将膜捆卷在钢轴上，通过钢丝绳牵引套筒逐步展开膜卷，滑板起到支撑膜卷和平顺展膜的作用。

图2 铺膜示意图

在铺膜前首先要卷膜，考虑膜卷的直径不能超过槽孔的宽度，控制膜的长度在50m左右。膜的幅宽为铺膜深度加上为防止膜滑落而在沟槽顶面平台上压膜长度之和。卷膜需要在平整、宽敞的场地进行，地面不能有锋利物以免刺伤膜。卷膜前应仔细检查膜有无破损处，如有应用胶水粘补或剪去不用。膜应尽量卷紧以减小膜捆直径，防止膜捆下不到槽中或损伤塑膜。膜卷与卷之间宜采用缝合工艺联接，将后续和已铺膜首尾对齐，折叠宽20cm左右，用缝包机缝合，缝线不少于双排线。

将膜卷装入铺膜杆上，通过安装在开槽机尾部的起吊设备，将膜卷垂直缓缓下沉，保持土工膜不变形、不拉裂，通过铺膜杆控制铺膜深度，确保铺膜底高程满足设计要求。膜卷放到槽中后，随着槽孔不断形成，利用起吊和牵引设备将铺膜杆悬挂在槽孔内并向前牵引，将膜展开并紧贴槽壁上游侧。铺膜时保持刀臂尾部刮板与膜卷的距离不小于1m。由于槽孔泥浆沉淀，膜卷有可能上滑到沉淀层上部，因此在其前移过程中应通过膜卷转盘不断地向膜卷施加压力。为防止展开过程中膜被拽破或因温度的变化开裂，要及时转动转盘，确保膜处于略有富余的松弛状态。膜铺设后及时填压土体将膜顶、膜底固定，确保土工膜不上浮、不下滑。控制膜高出槽孔顶面60cm左右，并固压在上游侧槽口，必要时设置木桩拉拽土工膜，防止膜滑落槽中。

1.2.4 槽孔回填土控制技术

槽孔回填土的密实性决定膜与堤防结合的紧密程度，确保堤防的完整性和防渗效果。其控制技术的重点是回填土质、分次回填以及二次注水。土工膜铺设后，为防止槽孔壁临空面过大和临空时间过长导致槽壁坍塌，从膜的下游侧槽孔及时回填土，以确保铺膜紧贴上游侧。回填土料中不得含有杂物和硬土块，不能掺有小块石和砂礓，土料宜保持湿润，若出现风干现象则先用水浇湿，以防止干硬土块在下入沟槽时刮破土工膜。开槽土质如能满足设计要求，回填土料尽量利用了开槽土方，以缩短成槽和回填间隔时间。槽孔回填采用小挖机配合人工回填，按施工方向由远及近同步进行，回填点一般保持与刀具的距离不小于2倍的槽深。因槽孔中土方无法通过机械碾压密实，只能在槽孔中利用自重下沉密实。回填时由挖机将回填土方先堆积在槽孔背水侧槽口，由人工少量分次向槽内回填，防止土体在槽孔中架空。在回填后的7～10d内应保持沟槽内和顶部一直有水，让土体充分沉实。待槽孔内泥浆水消散，回填土顶面下沉后，再对槽孔进行二次补充回填，并进行二次注水。待土体沉实稳定后对平台进行碾压，保证槽孔回填土密实度不低于现状大堤标准。

1.3 问题处理措施

施工过程中，如遇到换膜时间长、不良土质、机械故障等问题造成施工中断时间长，使槽孔内泥浆沉淀淤积或孔壁土体塌落。对于以上几种情况可采取相应的处理措施，确保达到设计要求。

(1)如果是机械故障停置时间长造成槽孔泥浆沉淀厚度较深，铺膜深度不足，可将机械退回深度不足部位，对淤积范围重新开挖，并且开挖深度再加深20～30cm，以最快的速度将土工膜铺设完成。

(2)对于两幅膜缝合时、更换牵引时等正常因素的可预见机械停置，可在机械停置前一定长度范围内超挖30～50cm，允许有一定的泥土沉积，但是必须保证满足设计深度再进行铺膜。

(3)如果停机时间太长或者遇到不良土质，造成槽壁塌陷情况，并且不具备重新开挖条件的施工段，或者是两台机械作业面接头位置均作为“难工”段处理，可采用高压定喷或摆喷等措施进行处理，要求与两侧塑膜搭接长度不小于15m。

2 结语

堤防防渗垂直插膜施工技术，在分淮入沂整治工程中得到了大规模应用，通过试验段对各关键工序的控制技术进行总结，并且在施工过程中严格按此技术进行全面控制。施工结束后通过开挖探坑观测，铺膜表面平整，无破损，与堤防土体结合紧密，膜之间接头达到设计要求，槽孔回填土干密度达到原状大堤的标准。在今后堤防防渗垂直插膜施工中按照该关键技术进行有效控制，必将达到较好的设计和施工效果，极大改善堤防渗流条件和防渗效果。