一步法防渗深墙施工方法和TRD切割固化液与流程

一步法防渗深墙施工方法和trd切割固化液
技术领域
1.本发明涉及岩土工程地基基础处理领域，具体涉及一种适用于深度大于35m，上覆有粘土层的砂砾石层的trd一步施工防渗深墙施工方法和一种trd切割固化液。


背景技术：

2.随着时代的发展，堤坝的防渗安全日益得到重视，国家也投入了大规模资金进行建设。而目前对于堤防的防渗工艺主要有射水法建造地下墙法、高压喷射注浆施工技术、机械或液压抓斗建造地下连续墙技术、tmw工法、锯齿掏槽修建地下连续防渗墙技术、液压开槽机连续成槽技术、深层搅拌桩截渗技术(smw)、预制混凝土板水力插板成墙技术、垂直铺塑防渗技术、振动沉模板墙堤坝防渗技术等方法。这些施工工艺或多或少存在自身的局限性，如桩与桩间连续性不好、墙体较薄、墙体分叉、造价高、处理深度有限等使得每年应用于堤基处理的投资额仍然巨大，洪涝灾害依然较频繁。其中，抓斗法是利用改进的液压抓斗形成薄壁槽孔，并在槽孔内灌注或铺设防渗材料，形成连续防渗墙的方法，该方法适用地层广，且施工深度大，但存在墙体易分叉的问题。锯槽法是利用一种特制的切削刀具对地层进行切削，并形成槽孔，并在槽体内灌注或铺设防渗材料，从而形成连续防渗墙的方法，该技术具有成槽质量好、墙体连续无分叉现象等优点，但不足是成墙深度相对较小。深层搅拌桩法是运用特制的单头或多头小直径深层搅拌桩机把水泥浆喷入土体，并搅拌成水泥土，水泥土固化后形成完整水泥土防渗墙的方法，该技术造价低，但存在施工深度有限、桩与桩间连续性不好、不能应用于砂卵石地层的问题。
3.渠式切割水泥土防渗墙施工工法(trench cutting re-mixing deep wall method，trd工法)是一种适用地层广、成墙质量好、连续性强的新型隔水帷幕工法，具有稳定性高、精度高、施工能力强、止水性强且连续墙厚度均匀的特点，成熟且广泛应用于深基坑工程的防渗加固。但该工法在水利工程中，尤其是堤基的防渗处理应用较少。trd一步成墙法则是使trd设备沿成墙方向切削，在切削的同时注入切削液和固化液，一次搅拌成墙的工艺，相较于传统的“三步成墙法”工艺施工效率更高、对周边影响较小。但该工艺只适用于深度较浅的地层，其应用于淤泥、粘粒含量较高的深层地层时，加入水泥后槽内浆体粘滞阻力急剧增大，容易出现刀箱易被槽沟抱死的问题；为降低浆体粘度，往往加入大量水提高其流动性，导致槽内浆体含水率高、比重小并伴随大量废弃浆体产生，废浆带走了大量水泥，从而导致墙体强度低、弃浆量高、水泥浪费的问题。经过实测：为达到设计要求的墙体取芯芯样抗压强度大于0.5mpa时，添加水泥量需要达到土体湿容重与切割成墙体积之乘积的25％或以上，产生的弃浆为成墙体积的1.5倍以上。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种一步法防渗深墙施工方法和相应的trd切割固化液，用以解决背景技术中提及的现有trd工法应用于上覆有淤泥、粘土层的砂层、砂砾石层的一步法施工防渗技术问题。
5.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
6.一种trd切割固化液，包括固化剂和增强剂，所述固化剂包括水泥和水；所述增强剂包括以下质量份的组分：6份分散剂、1～3份聚丙烯酰胺、6～20份可溶硅酸盐和0～3份缓凝剂；所述增强剂添加质量为水泥质量的2％～8％；所述分散剂可与硅醇基反应交联形成憎水层。
7.上述技术方案的设计思路在于，发明人经研究发现，trd工艺一步成墙施工工艺中，由于需要同时注入切削液和固化液、地层切割阻力大、浆液固化过快的原因，难以应用于深墙施工，且在淤泥或粘粒含量高的地层，刀箱易抱死无法移动切割，一般施工现场通过加入水降低流动性使其恢复移动，但造成浆体比重减小，最终所成的墙体强度与抗渗性达不到设计要求，同时还伴随着大量废浆、水泥浪费的问题。本发明则通过加入由甲基硅酸钠、聚丙烯酰胺和可溶性硅酸盐、缓凝剂为主要成分的增强剂，结合固化剂形成trd切割固化液，其中，甲基硅酸钠主要用于调整粘土颗粒的表面性质使其转化为疏水表面，加入该类材料后可在粘土颗粒表面生成一层几个分子厚的不溶性防水高分子化合物——网状的有机硅树脂膜，这种树脂膜可以防止固化剂水泥中ca
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离子破坏粘土的双电层，避免固化剂中水泥加入后与粘土瞬间絮凝和沉降，防止粒子之间互相聚集，大大降低了浆材的粘滞阻力；聚丙烯酰胺用于改善浆液的悬浮性，是一种降滤失剂，防止砂层中水分漏失，同时也可降低刀具切割阻力；可溶性硅酸盐则主要用于提高水泥土结石体的强度；缓凝剂可减缓水泥的初凝时间，避免刀箱被水泥固化抱死。本发明通过上述切割固化液，使槽内浆体在高比重下具有较高的触变性和保水性，在工艺切割和搅拌过程中，固化液和土层所形成的混合浆料流动性不断增大，浆体粘滞阻力急剧下降，解决了常规施工中刀箱被抱死无法移动切割的难题，同时与通过调整水泥浆水灰比的方法比，显著减少了废弃浆量，减少了水泥的耗量，显著提高了墙体材料的稳定性和强度。
8.作为上述技术方案的进一步优选，所述固化剂中水泥和水的水灰比为(1.6～2.2)：1。
9.作为上述技术方案的进一步优选，所述分散剂为甲基硅酸钠。甲基硅酸钠是一种无色液体有机化合物，分子式为ch5sio3na，具有良好的渗透结晶性，可与硅酸盐材料中的硅醇基反应脱水交联形成憎水层，在粘土颗粒表面生成网状的有机硅树脂膜。
10.作为上述技术方案的进一步优选，所述缓凝剂包括葡萄糖酸钠、柠檬酸钠和酒石酸钠中的至少一种。
11.所述可溶硅酸盐为溶于水的硅酸盐类化合物，所述硅酸盐类化合物包括水玻璃、固体水玻璃和硅酸钾中的至少一种。
12.基于同一技术构思，本发明还提供一种使用上述trd切割固化液的一步法防渗深墙施工方法，包括以下步骤：
13.(1)测量和开挖工作沟槽；
14.(2)开挖预埋孔，将切割箱放入预埋孔中固定，并将主机与切割箱连接，进行切割箱打入挖掘工序；
15.(3)配制所述trd切割固化液，待切割箱打入挖掘到设计深度后，沿成墙方向进行切割，并向切割箱底部注入所述trd切割固化液，一边切削，一边搅拌，使所述trd切割固化液与土体搅拌混合形成水泥土搅拌连续墙至设定长度；
16.(4)将切割箱分段拔出，即完成一段工作面的防渗深墙的施工。
17.作为上述技术方案的进一步优选，步骤(3)中配制所述trd切割固化液时，其中水泥的添加质量为土体湿容重与切割成墙体积之乘积的10％～15％。
18.作为上述技术方案的进一步优选，步骤(3)中沿成墙方向进行切割时，以10cm为一段进行分段施工。
19.作为上述技术方案的进一步优选，步骤(3)中沿成墙方向进行切割时，所述trd切割固化液与土体搅拌混合得到的浆料的流动度大于160，比重大于1.7。
20.与现有技术相比，本发明的优点在于：
21.(1)本发明的trd切割固化液可改善trd工艺中槽内浆体在高比重下较高的触变性和保水性，保证trd工艺在应用于淤泥或粘粒含量高的地层或深层地层中的正常运行；
22.(2)本发明的施工方法与传统堤防的防渗工艺如射水法、高压喷射注浆、机械或液压抓斗地下连续墙、tmw工法、深层搅拌桩截渗技术(smw)等方法相比，是一种施工效率高、施工简便、稳定性高、精度高、施工能力强、止水性强、施工深度40m以上且连续墙厚度均匀的堤防渗漏处置工艺，具有适用地层广、成墙质量好、连续性强的特点，且解决了常规trd工艺只适用于浅层成墙施工、应用于淤泥或粘粒含量高的地层中墙体强度低、水泥掺量高、弃浆量大、施工效率低的问题，施工深度可从20m以内提升至40m以上，槽内比重由1.60以内提升至1.70～1.85，减少废弃浆量40％以上，节省水泥用量50％，墙体材料强度由0.2mpa提高至1mpa以上，渗透系数小于5.0*10-6
cm/s。有效降低槽内浆体在砂层中的失水率，可显著提高trd墙体材料的稳定性和强度，可大幅节省水泥用量。
具体实施方式
23.以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
24.实施例1：
25.本实施例的trd切割固化液，由固化剂和增强剂组成，其中固化剂为水泥和水以2：1的水灰比组成；增强剂包括6份分散剂(甲基硅酸钠)、2份聚丙烯酰胺、18份可溶硅酸盐和1份缓凝剂，其中，缓凝剂为葡萄糖酸钠，可溶性硅酸盐为固体水玻璃；所述增强剂为水泥质量的2％～8％。
26.本实施例的一步法防渗深墙施工方法，采用本实施例的trd切割固化液进行，具体步骤包括：
27.一、施工前准备：
28.1、测量放线：施工前，先根据设计图纸和业主提供的坐标基准点，精确计算出防渗墙中心线角点坐标，利用测量仪器进行放样，并进行坐标数据复核，同时做好护桩。并通知相关单位进行放线复核。
29.2、场地平整：对施工场地进行铺设路基箱板等加固处理措施(如施工深度超过60m时需采用槽壁加固措施)，确保施工场地满足trd设备对地基承载力的要求，确保桩机的稳定性。
30.3、开挖沟槽：放样后，用挖掘机沿围护墙中心线平行方向开挖工作沟槽，槽宽约1.2～1.5m(根据成墙厚度适度调整)，沟槽深度》1.0m。
31.二、切割箱自行打入挖掘工序：
32.1、吊放预埋箱：用挖掘机开挖深度约5m、长度约2.5m、宽度约1.5m的预埋孔，利用吊车并将预埋箱吊放入预埋孔内。
33.2、主机就位：移动前看清上、下、左、右各方面的情况，发现有障碍物应及时清除，移动结束后检查定位情况并及时纠正，主机应平稳、平正。
34.3、切割箱与主机连接：用指定的履带式吊车将切割箱逐段吊放入预埋孔，利用支撑台固定；trd主机移动至预埋孔位置连接切割箱，主机再返回预定施工位置进行切割箱自行打入挖掘工序。
35.4、安装测斜仪：切割箱自行打入到设计深度后，安装测斜仪，测斜仪能及时将切削箱的垂直度反应在机械驾驶室的电脑上，若出现倾斜，可通过机身支撑和门架修正切割箱的垂直度。通过安装在切割箱内部的多段式测斜仪，可进行墙体的垂直精度管理，通常可确保1/250以内的精度。
36.三、水泥土搅拌墙建造工序：
37.1、trd切割固化液配制：按土体湿容重
×
切割城墙体积作为计算基准，计算水泥添加用量。水泥用量为(土体湿容重
×
切割城墙体积)的10％～15％。根据水泥添加量按水固比(1.6～2.2)：1制备水泥浆作为固化剂，随后在搅拌均匀的水泥浆内加入水泥质量的6％～8％的trd增强剂，搅拌混合均匀后用泵将混合浆体泵入槽内，同时trd设备进行土体切割，按10cm一小段进行分步施工，一次固化成墙。
38.2、trd成墙施工：成墙工艺采用一步法施工顺序，即设备沿成墙方向切割，注入切割固化液搅拌，主机一步完成施工的成墙方法。当桩机就位后，将链锯式切割箱拼接并下钻至设计桩底标高，开始水平横向挖掘前进，同时在切割箱底部注入切割固化液，一边向前切削，一边搅拌成墙至设定长度。切割时应充分将切割固化液和土体搅拌混合均匀，形成水泥土搅拌连续墙。
39.3、浆液流动度、比重测试：通过测试水泥土混合浆的流动度和比重进行成墙品质的管理，要求流动度(跳桌)大于160，比重大于1.7。
40.4、置换土处理：施工中制浆站和成墙过程中产生的废渣废浆，在施工平台下开挖沉渣池，废浆、废渣经沉淀处理后统一堆放，集中处理。
41.四、切割箱拔出分解工序：一段工作面施工结束后，利用trd主机将切割箱分段拔出。
42.本实施例对trd切割固化液中不同固化剂水灰比以及不同增强剂添加量对施工效果进行了研究，取原状土湿密度为2.0*1000kg/m3，水密度为1.0*1000kg/cm3，水泥密度为3.6*1000kg/cm3，按成墙体积为0.5m3进行计算(厚度0.5m
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深度1m
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长度1m)，成墙需要挖出的原状土总质量为1t，对弃浆量、有效水泥掺量和弃浆量中水泥含量进行测试，结果如表1所示：
43.表1.实施例1中不同trd切割固化液的施工效果测试结果
[0044][0045]
对比例：
[0046]
本对比例的防渗深墙施工方法，与实施例1相比，差别在于仅采用水泥和水作为切割时的固化液，并通过调整加水量控制流动度与实施例1一致，其他施工工艺均保持一致，对本对比例的施工效果进行测试，结果如表2所示：
[0047]
表2.对比例的施工效果测试结果
[0048][0049]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。