CN107780424B - 一种淤泥河床土石围堰及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种淤泥河床土石围堰及其施工方法，该土石围堰包括嵌入在淤泥河床内的底部封堵结构、竖向防水结构和土石堰体；该施工方法包括步骤：一、底部封堵结构的施工；二、竖向防水结构修筑；三、堆石体修筑；四、土石堰体填筑；五、迎水面边坡石笼护面修筑；6、生态防护结构修筑。本发明通过在土石堰体通过在迎水面设置石笼护面和石块护面层，避免了受雨水和水流冲刷造成泥水污染水体；该施工方法中通过先修筑堆石体，再修筑内堆体和外堆体，避免了内堆体和外堆体修筑过程中，造成后期水污染，采用高压旋喷桩设备对防渗墙进行施工，能够使混合水泥浆液快速凝结，对土石堰体内部的流水孔道及空腔进行封堵，从而达到固结和防渗的目的。
Description
技术领域
本发明属于水利工程施工的技术领域，尤其涉及一种淤泥河床土石围堰及其施工方法。
背景技术
淤泥河床为河床上覆盖一层淤泥，且淤泥层的厚度较大，再进行防渗墙施工时，难以进行挖除或难以进行支护；土石围堰是由土石筑堰而成的围堰。土石围堰可与截流戗堤结合，可利用开挖弃渣，并可直接利用主体工程开挖装运设备进行机械化快速施工，是我国应用最广泛的围堰形式。现有技术中对针对该土石围堰的施工方法中存在以下缺点：
1.该土石围堰中的土石堰体填筑时，土石料大量滚落造成后期水污染。
2.该土石围堰中的土石围堰的竖向防水结构为采用自下向上逐段修筑的施工方法进行修筑，每修筑一段竖向防水结构，就需要在该段竖向防水结构两侧填筑土石，待土石填筑至该段竖向防水结构高度后，才能修筑下一段竖向防水结构，该施工方法存在施工速度慢、施工不方便的问题。
3.传统的防渗墙施工时，土石混合料填入水中后，其内摩擦角急剧增大，块石体不均匀堆积，在围堰体内形成空腔及局部渗流通道；且如卡斯特地貌地区等河床存在大量溶沟溶槽，沟槽内填充体密实度欠佳，当高喷管穿过这些区域时水泥浆液极易被水流带走，造成漏浆及不返浆现象，难以达到固结和防渗的目的。
现有技术中该土石围堰结构方面存在以下缺点：
1.该土石围堰迎水面抗水流冲刷能力弱。
2.该土石围堰中的土石围堰边坡受雨水和水流冲刷会造成泥水污染施工基坑和水体。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种淤泥河床土石围堰，该土石围堰中，通过在土石堰体通过在迎水面设置石笼护面和石块护面层，提高了土石围堰迎水面抗水流冲刷能力，避免了受雨水和水流冲刷造成泥水污染水体，通过在土石堰体的内堆体坡面铺设草皮，避免了受雨水和水流冲刷造成泥水污染基坑，通过在土石堰体的堰体坡脚处设置堆石体，加固了土石堰体的坡脚，避免了土石堰体的坡脚处的土石流失，提高了土石堰体的稳定性。本发明还提供了一种淤泥河床土石围堰的施工方法，该施工方法中通过先修筑堆石体，再修筑内堆体和外堆体，避免了内堆体和外堆体修筑过程中，大量滚落土石料进入水体和基坑造成后期水污染，且一次直接修筑好底部封堵结构和竖向防水结构，然后再进行土石堰体的堰体填筑；且采用高压旋喷桩设备对防渗墙进行施工，能够使混合水泥浆液快速凝结，避免混合水泥浆液凝结前被水流带走，对土石堰体内部的流水孔道及空腔进行封堵，同时有效的保证了返浆现象，从而达到固结和防渗的目的。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种淤泥河床土石围堰，其特征在于：包括嵌入在淤泥河床内的底部封堵结构、竖向防水结构和土石堰体；所述底部封堵结构包括两个呈平行布设的防渗墙，所述竖向防水结构竖直布设在两个所述防渗墙的上方，所述竖向防水结构的下部伸入至两个所述防渗墙之间，每个所述防渗墙均包括多个第一高压旋喷桩和与多个所述第一高压旋喷桩交错布设的多个第二高压旋喷桩，相邻两个所述第一高压旋喷桩和第二高压旋喷桩之间通过桩间墙连接为一体，相邻两个所述第一高压旋喷桩或第二高压旋喷桩之间的桩间距为0.7m～0.8m；所述土石堰体包括布设在竖向防水结构内外两侧的内堆体和外堆体，所述内堆体和外堆体均为土石堆体；所述土石堆体的上表面为由上向下逐渐向外倾斜的坡面，所述竖向防水结构的高度不小于所述土石堆体的高度；
所述土石堆体坡面的坡脚处均布设有堆石体，所述堆石体由竖向钢筋笼和填充在所述竖向钢筋笼内的石块组成；
所述外堆体的坡面为迎水面，所述外堆体坡面的下部布设有石笼护面，所述石笼护面的高度不小于所述河道内河流的常水位；所述石笼护面由沿外堆体坡面布设的斜向钢筋笼和填充在所述斜向钢筋笼内的石块组成，所述竖向钢筋笼的顶部与所述斜向钢筋笼的底部连接；
所述石笼护面的上方且沿外堆体坡面布设有石块护面层，所述石块护面层由铺设在所述外堆体的坡面上的多个护面石块组成；
相邻两个所述护面石块的缝隙之间以及所述内堆体的坡面上均覆盖有草皮。
上述的一种淤泥河床土石围堰，其特征是：所述竖向防水结构包括竖直布设的土工膜和对土工膜进行防护的防护装置；所述防护装置包括布设在土工膜的两侧的两排立杆，每排所述立杆与土工膜之间均布设有护板，两个所述护板夹持在土工膜的两侧且卡紧在两排所述立杆之间；所述护板板面的尺寸不小于土工膜的尺寸；所述立杆、护板和土工膜的下部均伸入至所述底部封堵结构内部。
上述的一种淤泥河床土石围堰，其特征是：所述第一高压旋喷桩和第二高压旋喷桩的桩径均为φ140mm～φ150mm。
上述的一种淤泥河床土石围堰，其特征是：所述土石堆体包括布设在挡水结构侧面的粘土层和布设在粘土层外侧的土石层，所述粘土层与土石层之间布设有反滤层，所述立杆的中部埋设在所述粘土层内。
上述的一种淤泥河床土石围堰，其特征是：所述桩间墙为混凝土墙。
一种土石围堰的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、底部封堵结构的施工，分别对两个所述防渗墙进行施工，对其中一个所述防渗墙进行施工时，过程如下：
步骤101、第一高压旋喷桩的施工：沿所述防渗墙的长度方向由前至后分别对多个所述第一高压旋喷桩进行施工，对其中任意一个所述第一高压旋喷桩进行施工时，采用高压旋喷桩设备进行施工，其中，所述高压旋喷桩设备包括旋喷管和设置在所述旋喷管内的喷管机构，所述喷管机构的上端与所述旋喷管固定连接，所述旋喷管和所述喷管机构均呈竖向布设，所述喷管机构包括用于输送水泥浆液的喷浆管、用于输送高压气的喷气管、用于输送高压水的喷水管和用于输送速凝剂的喷剂管，所述喷浆管与所述旋喷管呈同轴布设，所述喷气管和喷水管对称布设在喷浆管的两侧，所述喷气管和喷水管与所述喷浆管之间的距离大于所述喷剂管与所述喷浆管之间的距离；所述喷剂管的进口通过第一软管与速凝剂容器连接，第一软管上设置有第一液体流量检测单元和第一流量控制阀，所述喷剂管的出口与所述喷浆管的下部通过连接管连通，所述旋喷管的下端设置有供所述水泥浆液喷出的喷嘴，所述喷嘴为中空的倒圆台结构，所述喷嘴上底面的直径与所述旋喷管下端的直径相同，所述喷嘴与所述旋喷管内部连通且加工为一体，所述喷浆管的进口通过第二软管与浆液制备装置连接，所述喷浆管的出口伸入所述喷嘴，所述第二软管上设置有第二液体流量检测单元和第二流量控制阀；所述旋喷管的管壁上开设有供所述高压气喷出的喷气孔和供所述高压水喷出的喷水孔，所述喷气管的进口通过第三软管与空气压缩机连接，所述喷气管的下部设置有与所述喷气管连通的第一水平管段，所述第一水平管段呈水平布设，所述第一水平管段的出口与所述喷气孔连通，所述第三软管上设置有气体流量检测单元和第三流量控制阀；所述喷水管的进口通过第四软管与高压水泵连接，所述喷水管的下部设置有与所述喷水管连通的第二水平管段，所述第二水平管段呈水平布设，所述第二水平管段的出口与所述喷水孔连通，所述第四软管上设置有第三液体流量检测单元和第四流量控制阀，所述喷气孔和所述喷水孔均设置在所述喷嘴的上方，且所述喷气孔和所述喷水孔布设在同一水平线上；所述第一流量控制阀、第二流量控制阀、第三流量控制阀和第四流量控制阀均与控制器连接；施工过程如下：
步骤1011、桩孔成型：采用钻机设备按照常规护壁钻孔的方式进行钻取桩孔；
步骤1012、旋喷管下放到位：在步骤1011中成型的所述桩孔内下放所述旋喷管，使所述喷嘴下放至步骤1011中所述桩孔底部；
步骤1013、喷浆及同步提升：通过所述控制器控制所述第一流量控制阀、第二流量控制阀、第三流量控制阀和第四流量控制阀，进行所述水泥浆液、高压气、高压水和速凝剂的输送，提升并旋转所述旋喷管，所述喷浆管、喷气管、喷水管和喷剂管与所述旋喷管同步进行旋转，同时持续混合水泥浆液、高压气、高压水喷出，直至所述喷嘴提升至所述桩孔的顶部，其中，所述混合水泥浆液为所述水泥浆液和速凝剂的混合物，所述水泥浆液的比重为1.5g/cm3～1.8g/cm3；
步骤1014、回喷：待步骤1013中所述喷嘴提升至所述桩孔的顶部时，停止所述旋喷管的提升，保持所述旋喷管继续旋转5min～15min，同时持续混合水泥浆液、高压气、高压水喷出；
步骤1015、第一高压旋喷桩桩体成型：待步骤1013和步骤1014中的所述混合水泥浆液凝结后，所述第一高压旋喷桩桩体成型；
步骤1016、重复步骤1011～步骤1015，直至多个所述第一高压旋喷桩均施工完成；
步骤102、第二高压旋喷桩的施工：待步骤101中多个所述第一高压旋喷桩均施工完成后，重复步骤101完成多个所述第二高压旋喷桩的施工；
步骤103、桩间墙的施工：待所述第一高压旋喷桩和第二高压旋喷桩均施工完成后，采用常规方法进行所述桩间墙的施工；
步骤104、底部封堵结构施工完成：待所述第一高压旋喷桩、所述第二高压旋喷桩和所述桩间墙均达到设计强度后，第一个所述防渗墙施工完成，重复步骤101～步骤103进行第二个所述防渗墙，待第二个所述防渗墙的所述第一高压旋喷桩、所述第二高压旋喷桩和所述桩间墙均达到设计强度后，所述底部封堵结构施工完成；
步骤二、竖向防水结构修筑：待所述底部封堵结构施工完成后，在所述底部封堵结构上修筑竖向防水结构；
步骤三、堆石体修筑：对堆石体施工区域进行抛石挤淤施工，形成堆石体修筑地基，接着在所述修筑地基上绑扎所述竖向钢筋笼，再向所述竖向钢筋笼内填筑满石块形成堆石体；
步骤四、土石堰体填筑：在所述竖向防水结构的内侧和外侧分别填筑内堆体和外堆体；
步骤五、迎水面边坡石笼护面修筑：在所述外堆体的坡面下部修筑石笼护面；
步骤六、生态防护结构修筑：在石笼护面上方沿外堆体的坡面铺设石块形成石块护面层，再在石块护面层中石块的缝隙之间以及内堆体的坡面铺设草皮。
上述施工方法，其特征是：步骤1013中，在提升所述旋喷管前，保持所述旋喷管继续旋转2min～5min，同时持续所述混合水泥浆液、高压气和高压水喷出；
步骤101中第一高压旋喷桩施工时，所述旋喷管的提升速度为11cm/min～13cm/min，所述旋喷管的旋转速度为11r/min～13r/min，所述混合水泥浆液的流量为65L/min～75L/min，所述速凝剂的流量为1.5L/min～2L/min，所述高压气的压力为0.6MPa～0.8MPa，所述高压水的压力为35MPa～38MPa。
上述施工方法，其特征是：步骤102中第二高压旋喷桩施工时，所述旋喷管的提升速度为8cm/min～10cm/min，所述旋喷管的旋转速度为8r/min～10r/min，所述混合水泥浆液的流量为65L/min～70L/min，所述速凝剂的流量为1.2L/min～1.8L/min，所述高压气的压力为0.6MPa～0.8MPa，所述高压水的压力为38MPa～40MPa。
上述施工方法，其特征是：步骤二中，所述竖向防水结构包括竖直布设的土工膜和对土工膜进行防护的防护装置；所述防护装置包括布设在土工膜的两侧的两排立杆，每排所述立杆与土工膜之间均布设有护板，两个所述护板夹持在土工膜的两侧且卡紧在两排所述立杆之间；所述护板板面的尺寸不小于土工膜的尺寸；所述立杆、护板和土工膜的下部均伸入至所述底部封堵结构内部。
上述施工方法，其特征是：所述连接管设置在所述喷浆管出口的上方，所述连接管与喷浆管出口之间的距离为20cm～30cm。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明中土石堰体通过在迎水面设置石笼护面和石块护面层，提高了土石围堰迎水面抗水流冲刷能力，避免了受雨水和水流冲刷造成泥水污染水体。
2、本发明中土石堰体通过在内堆体坡面铺设草皮，避免了受雨水和水流冲刷造成泥水污染基坑。
3、本发明中土石堰体坡脚处设置堆石体，加固了土石堰体的坡脚，避免了土石堰体的坡脚处的土石流失，提高了土石堰体的稳定性。
4、本发明所述土石堰体修筑时，通过先修筑堆石体，再修筑内堆体和外堆体，避免了内堆体和外堆体修筑过程中，大量滚落土石料进入水体和基坑造成后期水污染。
5、本发明所述土石堰体修筑时，一次直接修筑好底部封堵结构和竖向防水结构，然后再进行土石堰体填筑，提高了施工效率。
7、本发明中的高压旋喷桩设备结构简单、设计合理，通过在旋喷管内增设一个喷剂管，在水泥浆液输送的过程中，同步将速凝剂与水泥浆液进行混合，有效的缩短了混合水泥浆液的渗流时间，能够满足对水环境保护的要求；围堰防渗墙施工时，通过将水泥浆液与速凝剂进行混合后制成混合水泥浆液的施工工艺，能够使混合水泥浆液快速凝结，避免混合水泥浆液凝结前被水流带走，对土石堰体和混凝土堰体内部的流水孔道及空腔进行封堵，同时有效的保证了返浆现象，从而达到固结和防渗的目的。
综上所述，本发明所述土石围堰中，通过在土石堰体通过在迎水面设置石笼护面和石块护面层，提高了土石围堰迎水面抗水流冲刷能力，避免了受雨水和水流冲刷造成泥水污染水体，通过在土石堰体的内堆体坡面铺设草皮，避免了受雨水和水流冲刷造成泥水污染基坑，通过在土石堰体的堰体坡脚处设置堆石体，加固了土石堰体的坡脚，避免了土石堰体的坡脚处的土石流失，提高了土石堰体的稳定性；本发明所述土石围堰施工方法中，通过在土石堰体修筑时，先修筑堆石体，再修筑内堆体和外堆体，避免了内堆体和外堆体修筑过程中，大量滚落土石料进入水体和基坑造成后期水污染，通过在土石堰体修筑时，一次直接修筑好底部封堵结构和竖向防水结构，然后再进行土石堰体填筑，提高了施工效率。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明土石围堰的结构示意图。
图2为图1的A处放大图。
图3为本发明中竖向防水结构的结构示意图。
图4为本发明中防渗墙的结构示意图。
图5为本发明中石块护面层的结构示意图。
图6为本发明中土石围堰的施工方法流程图。
图7为本发明中高压旋喷桩设备的结构示意图。
图8为本发明中喷管机构的结构示意图。
附图标记说明:
1—土工膜； 2—防渗墙； 3—土石堰体；
4—高喷台车； 5—护板； 6—堆石体；
7—竖向防水结构； 8—内堆体； 9—外堆体；
10—粘土层； 11—反滤层； 12—土石层；
13—旋喷管； 14—喷嘴； 15—立杆；
16—石笼护面； 17—石块护面层； 18—桩孔；
19—草皮； 20—喷浆管； 21—喷剂管；
22—喷气管； 23—喷水管； 24—单向阀；
25—第一软管； 26—第二软管； 27—第三软管；
28—第四软管； 29—浆液制备装置； 30—空气压缩机；
31—速凝剂容器； 32—高压水泵。
具体实施方式
如图1～图5所示的一种淤泥河床土石围堰，包括嵌入在淤泥河床内的底部封堵结构、竖向防水结构7和土石堰体3；所述底部封堵结构包括两个呈平行布设的防渗墙2，所述竖向防水结构7竖直布设在两个所述防渗墙2的上方，所述竖向防水结构7的下部伸入至两个所述防渗墙2之间，每个所述防渗墙2均包括多个第一高压旋喷桩和与多个所述第一高压旋喷桩交错布设的多个第二高压旋喷桩，相邻两个所述第一高压旋喷桩和第二高压旋喷桩之间通过桩间墙连接为一体，相邻两个所述第一高压旋喷桩或第二高压旋喷桩之间的桩间距为0.7m～0.8m；所述土石堰体3包括布设在竖向防水结构7内外两侧的内堆体8和外堆体9，所述内堆体8和外堆体9均为土石堆体；所述土石堆体的上表面为由上向下逐渐向外倾斜的坡面，所述竖向防水结构7的高度不小于所述土石堆体的高度；
所述土石堆体坡面的坡脚处均布设有堆石体6，所述堆石体6由竖向钢筋笼和填充在所述竖向钢筋笼内的石块组成；
所述外堆体9的坡面为迎水面，所述外堆体9坡面的下部布设有石笼护面16，所述石笼护面16的高度不小于所述河道内河流的常水位；所述石笼护面16由沿外堆体9坡面布设的斜向钢筋笼和填充在所述斜向钢筋笼内的石块组成，所述竖向钢筋笼的顶部与所述斜向钢筋笼的底部连接；
所述石笼护面16的上方且沿外堆体9坡面布设有石块护面层17，所述石块护面层17由铺设在所述外堆体9的坡面上的多个护面石块组成；
相邻两个所述护面石块的缝隙之间以及所述内堆体8的坡面上均覆盖有草皮19。
实际使用时，通过外堆体9迎水面设置石笼护面16和石块护面层17，提高了迎水面抗水流冲刷能力，避免了外堆体9的土石受雨水和水流冲刷造成泥水污染水体，通过在内堆体8坡面铺设草皮19，避免了内堆体8的土石受雨水和水流冲刷造成泥水污染土石围堰内的基坑，通过外堆体9和内堆体8的坡脚处设置堆石体6加固了坡脚，避免了外堆体9和内堆体8的坡脚处的土石流失，提高了土石堰体3的稳定性。
需要说明的是，所述竖向防水结构7的下部伸入至两个所述防渗墙2之间，不仅实现了竖向防水结构7和所述防渗墙2协同进行防水工作，而且利用所述防渗墙2固定了竖向防水结构7，提高了竖向防水结构7的稳定性，有效的防止河水通过所述竖向防水结构7的下部渗入所述土石堰体3中，造成所述土石堰体3的垮塌。
实际使用时，所述防渗墙2包括多个第一高压旋喷桩和与多个所述第一高压旋喷桩交错布设的多个第二高压旋喷桩，相邻两个所述第一高压旋喷桩和第二高压旋喷桩之间通过桩间墙连接为一体，由于淤泥河床处理困难，且所述防渗墙2采用砌筑等方式进行成型时，需要对淤泥进行挖除或者在淤泥层内进行挖槽，而淤泥具有流塑性，难以进行支护。
实际使用时，两个所述防渗墙2之间的距离与所述竖向防水结构7的厚度相同，目的是起到封堵作用。
如图4所示，本实施例中，所述竖向防水结构7包括竖直布设的土工膜1和对土工膜1进行防护的防护装置；所述防护装置包括布设在土工膜1的两侧的两排立杆15，每排所述立杆15与土工膜1之间均布设有护板5，两个所述护板5夹持在土工膜1的两侧且卡紧在两排所述立杆15之间；所述护板5板面的尺寸不小于土工膜1的尺寸；所述立杆15、护板5和土工膜1的下部均伸入至所述底部封堵结构内部。
需要说明的是，通过布设两排立杆15和两个护板5，使土工膜1可以保持住竖直状态，并且两个护板5对土工膜1进行了保护，避免了外堆体9和内堆体8土体直接接触土工膜1，防止了土体中的虫子咬破土工膜1或土体中的硬颗粒垫破土工膜1，最终造成土工膜1的防水失败。
本实施例中，所述第一高压旋喷桩和第二高压旋喷桩的桩径均为φ140mm～φ150mm。
本实施例中，所述土石堆体包括布设在挡水结构侧面的粘土层10和布设在粘土层10外侧的土石层12，所述粘土层10与土石层12之间布设有反滤层11，所述立杆15的中部埋设在所述粘土层10内。
需要说明的是，所述立杆15的中部埋设在所述粘土层10内，立杆15起到了锚固所述粘土层10土体的作用。
本实施例中，所述桩间墙为混凝土墙。
如图6所示的一种土石围堰的施工方法，包括以下步骤：
步骤一、底部封堵结构的施工，分别对两个所述防渗墙2进行施工，对其中一个所述防渗墙2进行施工时，过程如下：
如图7、图8所示，步骤101、第一高压旋喷桩的施工：沿所述防渗墙2的长度方向由前至后分别对多个所述第一高压旋喷桩进行施工，对其中任意一个所述第一高压旋喷桩进行施工时，采用高压旋喷桩设备进行施工，其中，所述高压旋喷桩设备包括旋喷管13和设置在所述旋喷管13内的喷管机构，所述喷管机构的上端与所述旋喷管13固定连接，所述旋喷管13和所述喷管机构均呈竖向布设，所述喷管机构包括用于输送水泥浆液的喷浆管20、用于输送高压气的喷气管22、用于输送高压水的喷水管23和用于输送速凝剂的喷剂管21，所述喷浆管20与所述旋喷管13呈同轴布设，所述喷气管22和喷水管23对称布设在喷浆管20的两侧，所述喷气管22和喷水管23与所述喷浆管20之间的距离大于所述喷剂管21与所述喷浆管20之间的距离；所述喷剂管21的进口通过第一软管25与速凝剂容器31连接，第一软管25上设置有第一液体流量检测单元和第一流量控制阀，所述喷剂管21的出口与所述喷浆管20的下部通过连接管连通，所述旋喷管13的下端设置有供所述水泥浆液喷出的喷嘴14，所述喷嘴14为中空的倒圆台结构，所述喷嘴14上底面的直径与所述旋喷管13下端的直径相同，所述喷嘴14与所述旋喷管13内部连通且加工为一体，所述喷浆管20的进口通过第二软管26与浆液制备装置29连接，所述喷浆管20的出口伸入所述喷嘴14，所述第二软管26上设置有第二液体流量检测单元和第二流量控制阀；所述旋喷管13的管壁上开设有供所述高压气喷出的喷气孔和供所述高压水喷出的喷水孔，所述喷气管22的进口通过第三软管27与空气压缩机30连接，所述喷气管22的下部设置有与所述喷气管22连通的第一水平管段，所述第一水平管段呈水平布设，所述第一水平管段的出口与所述喷气孔连通，所述第三软管27上设置有气体流量检测单元和第三流量控制阀；所述喷水管23的进口通过第四软管28与高压水泵32连接，所述喷水管23的下部设置有与所述喷水管23连通的第二水平管段，所述第二水平管段呈水平布设，所述第二水平管段的出口与所述喷水孔连通，所述第四软管28上设置有第三液体流量检测单元和第四流量控制阀，所述喷气孔和所述喷水孔均设置在所述喷嘴14的上方，且所述喷气孔和所述喷水孔布设在同一水平线上；所述第一流量控制阀、第二流量控制阀、第三流量控制阀和第四流量控制阀均与控制器连接；施工过程如下：
步骤1011、桩孔成型：采用钻机设备按照常规护壁钻孔的方式进行钻取桩孔18；
步骤1012、旋喷管下放到位：在步骤1011中成型的所述桩孔18内下放所述旋喷管13，使所述喷嘴14下放至步骤1011中所述桩孔18底部；
步骤1013、喷浆及同步提升：通过所述控制器控制所述第一流量控制阀、第二流量控制阀、第三流量控制阀和第四流量控制阀，进行所述水泥浆液、高压气、高压水和速凝剂的输送，提升并旋转所述旋喷管13，所述喷浆管20、喷气管22、喷水管23和喷剂管21与所述旋喷管13同步进行旋转，同时持续混合水泥浆液、高压气、高压水喷出，直至所述喷嘴14提升至所述桩孔18的顶部，其中，所述混合水泥浆液为所述水泥浆液和速凝剂的混合物，所述水泥浆液的比重为1.5g/cm3～1.8g/cm3；
步骤1014、回喷：待步骤1013中所述喷嘴14提升至所述桩孔18的顶部时，停止所述旋喷管13的提升，保持所述旋喷管13继续旋转5min～15min，同时持续混合水泥浆液、高压气、高压水喷出；
步骤1015、第一高压旋喷桩桩体成型：待步骤1013和步骤1014中的所述混合水泥浆液凝结后，所述第一高压旋喷桩桩体成型；
步骤1016、重复步骤1011～步骤1015，直至多个所述第一高压旋喷桩均施工完成；
步骤102、第二高压旋喷桩的施工：待步骤101中多个所述第一高压旋喷桩均施工完成后，重复步骤101完成多个所述第二高压旋喷桩的施工；
步骤103、桩间墙的施工：待所述第一高压旋喷桩和第二高压旋喷桩均施工完成后，采用常规方法进行所述桩间墙的施工；
步骤104、底部封堵结构施工完成：待所述第一高压旋喷桩、所述第二高压旋喷桩和所述桩间墙均达到设计强度后，第一个所述防渗墙2施工完成，重复步骤101～步骤103进行第二个所述防渗墙2，待第二个所述防渗墙2的所述第一高压旋喷桩、所述第二高压旋喷桩和所述桩间墙均达到设计强度后，所述底部封堵结构施工完成；
步骤二、竖向防水结构修筑：待所述底部封堵结构施工完成后，在所述底部封堵结构上修筑竖向防水结构7；
步骤三、堆石体修筑：对堆石体6施工区域进行抛石挤淤施工，形成堆石体6修筑地基，接着在所述修筑地基上绑扎所述竖向钢筋笼，再向所述竖向钢筋笼内填筑满石块形成堆石体6；
步骤四、土石堰体填筑：在所述竖向防水结构7的内侧和外侧分别填筑内堆体8和外堆体9；
步骤五、迎水面边坡石笼护面16修筑：在所述外堆体9的坡面下部修筑石笼护面16；
步骤六、生态防护结构修筑：在石笼护面16上方沿外堆体9的坡面铺设石块形成石块护面层17，再在石块护面层17中石块的缝隙之间以及内堆体8的坡面铺设草皮19。
需要说明的是，通过在土石堰体3修筑时，先修筑堆石体6，再修筑内堆体8和外堆体9，内堆体8和外堆体9修筑过程中大量滚落的土石料被堆石体6拦住，防止了大量滚落土石料进入水体和基坑造成后期水污染，通过在土石堰体3修筑时，一次直接修筑好底部封堵结构和竖向防水结构7，然后再进行土石堰体3的填筑，提高了施工效率。
实际使用时，通过所述喷剂管21的设置，将传统的“三管法”变为“四管法”，通过所述水泥浆液与所述速凝剂混合后形成混合水泥浆液，然后混合水泥浆液通过所述喷嘴14喷入所述桩孔18内，使所述混合水泥浆液能够迅速凝结，对所述土石堰体3内部的流水孔道及空腔进行封堵，有效的缩短了所述混合水泥浆液的渗流时间，能够满足对水环境保护的要求。
需要说明的是：“三管法”为将所述喷浆管20、喷气管22和喷水管23设置在所述旋喷管13内；“四管法”为在所述“三管法”的基础上增加所述喷剂管21。
实际使用时，所述喷嘴14与所述旋喷管13可以通过螺纹连接、法兰等连接件连接或者加工为一体，优选的为将所述喷嘴14与所述旋喷管13加工为一体，由于在实际施工时，所述旋喷管13和喷嘴14在向上提升时，同时进行旋转，通过螺纹连接或法兰等连接件连接，会使所述喷嘴14与旋喷管13作业过程中连接不牢靠甚至分离。
实际使用时，通过所述第一液体流量检测单元、第二液体流量检测单元、气体流量检测单元和第三液体流量检测单元与所述第一流量控制阀、第二流量控制阀、第三流量控制阀和第四流量控制阀的设置，有效的对速凝剂、水泥浆液、高压气和高压水的流量进行检测和控制，提高了施工效率。
实际使用时，所述喷气孔和所述喷水孔均设置在所述喷嘴14的上方，是由于所述高压气和所述高压水的作用是对岩体进行切割后从而使所述水泥浆液进入，因此需要将所述喷气孔和所述喷水孔设置在所述喷嘴14的上方。
所述喷气孔和所述喷水孔布设在同一水平线上，目的是增加所述高压气和所述高压水的切割强度。
本实施例中，所述旋喷管13的上端与高喷台车4的机架连接。
实际使用时，所述高喷台车4为能够满足施工要求的任意型号高喷台车4。
本实施例中，所述连接管上设置有防止所述水泥浆液流入所述喷剂管21的单向阀24。
实际使用时，通过所述单向阀24的设置，有效的防止了所述水泥浆液流入所述喷剂管21，影响所述混合水泥浆液在所述喷嘴14处的喷出压力。
本实施例中，所述喷嘴14下底面的直径为φ12mm～φ15mm。
实际使用时，优选的所述喷嘴14下底面的直径为φ12mm，所述喷嘴14下底面的直径为过大，会降低所述混合水泥浆液的喷射压力；而如果所述喷嘴14下底面的直径为过小，会导致所述混合水泥浆液的流量减小，影响成型后所述高压旋喷桩的桩身质量。
本实施例中，所述喷水孔和喷气孔的直径均为φ1.5mm～φ2mm。
实际使用时，所述连接管与喷浆管20出口之间的距离过小，使所述水泥浆液与所述速凝剂不能充分混合，影响所述混合水泥浆液的凝结时间，不能起到对所述土石堰体3内部是流水孔道及空腔进行封堵，而所述连接管与喷浆管20出口之间的距离过大，所述水泥浆液与所述速凝剂充分混合后的所述混合水泥浆液在进入所述喷嘴14之前凝结，对所述喷嘴14产生堵塞。
实际施工时，步骤2011的第一高压旋喷桩前，根据施工图对多个所述第一高压旋喷桩和第二高压旋喷桩的设计桩位进行放样。
实际施工时，步骤1011中，桩孔18成型时采用全液压旋转冲击式钻机DMC-200、YD80进行钻孔施工，所述桩孔18的孔位偏差≤50mm，孔斜≤1.5％。
实际施工时，成型后的所述桩孔18设置有对所述桩孔18的孔壁进行保护的PVC护壁套管，有效的防止所述桩孔18的坍塌。
需要说明的是，在所述旋喷管13提升的同时，所述护壁套管同步进行提升。
实际使用时，高压旋喷桩是通过所述喷气管22、喷水管23喷出的高压气、高压水流直接冲切土体，使所述桩孔18中心一定范围内土体发生破坏软化，同时与所述混合水泥浆液发生强制性拌合，所述混合水泥浆液凝结成密实且具有一定强度的高压旋喷桩；由于在施工过程中，在所述混合水泥土浆液固结硬化之前，有效喷射范围内的地基土石因受到扰动而降低了所述高压旋喷桩的强度，同时产生窜孔从而破坏已喷射注浆但未完全固结的半固结体的现象，因此将所述第一高压旋喷桩施工完成后进行第二高压旋喷桩的施工，且所述第一高压旋喷桩与所述第二高压旋喷桩的施工间隔不小于48h。
实际施工时，步骤1012中旋喷管13下放到位之前，首先在所述桩孔18的上方进行试喷，目的是检查施工中所使用的设备的运行情况。
实际使用时，步骤1012中旋喷管13下放过程中，可采取低压喷射所述符合水泥浆液、高压气和高压水的方式防止所述喷嘴14堵塞，此时所述高压水泵32的压力为20MPa±2MPa，所述空气压缩的风机压力为0.5MPa～0.7MPa。
实际施工时，所述水泥浆液优选的采用PO.42.5普通硅酸盐水泥，且所述普通硅酸盐水泥为新鲜且无结块的普通硅酸盐水泥。
实际施工时，步骤1014中回喷的目的是：由于步骤1013喷浆结束后，由于所述高压气的上浮尚未完全结束，在所述混合水泥浆液凝结的过程中，所述高压气会沿着所述桩孔18下沉，导致所述第一高压旋喷桩桩体或所述第二高压旋喷桩桩体的顶部产生凹陷，使成型的所述第一高压旋喷桩桩体或所述第二高压旋喷桩桩体顶部标高不能满足设计要求，因此待步骤20113中所述喷嘴14提升至所述桩孔18的顶部时，停止所述旋喷管13的提升，保持所述旋喷管13继续旋转5min～15min，同时持续所述水泥浆液、高压气、高压水喷出。
本实施例中，步骤1013中，在提升所述旋喷管13前，保持所述旋喷管13继续旋转2min～5min，同时持续所述混合水泥浆液、高压气和高压水喷出；
步骤101中第一高压旋喷桩施工时，所述旋喷管13的提升速度为11cm/min～13cm/min，所述旋喷管13的旋转速度为11r/min～13r/min，所述混合水泥浆液的流量为65L/min～75L/min，所述速凝剂的流量为1.5L/min～2L/min，所述高压气的压力为0.6MPa～0.8MPa，所述高压水的压力为35MPa～38MPa。
本实施例中，步骤102中第二高压旋喷桩施工时，所述旋喷管13的提升速度为8cm/min～10cm/min，所述旋喷管13的旋转速度为8r/min～10r/min，所述混合水泥浆液的流量为65L/min～70L/min，所述速凝剂的流量为1.2L/min～1.8L/min，所述高压气的压力为0.6MPa～0.8MPa，所述高压水的压力为38MPa～40MPa。
本实施例中，步骤二中，所述竖向防水结构7包括竖直布设的土工膜1和对土工膜1进行防护的防护装置；所述防护装置包括布设在土工膜1的两侧的两排立杆15，每排所述立杆15与土工膜1之间均布设有护板5，两个所述护板5夹持在土工膜1的两侧且卡紧在两排所述立杆15之间；所述护板5板面的尺寸不小于土工膜1的尺寸；所述立杆15、护板5和土工膜1的下部均伸入至所述底部封堵结构内部。
本实施例中，所述连接管设置在所述喷浆管20出口的上方，所述连接管与喷浆管20出口之间的距离为20cm～30cm。
实际使用时，所述连接管设置在所述喷浆管20出口的上方，目的是在所述喷浆管20旋转的同时，对所述水泥浆液和所述速凝剂同步进行更加均匀的搅拌。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (9)
1.一种淤泥河床土石围堰的施工方法，其特征在于：该淤泥河床土石围堰包括嵌入在淤泥河床内的底部封堵结构、竖向防水结构(7)和土石堰体(3)；所述底部封堵结构包括两个呈平行布设的防渗墙(2)，所述竖向防水结构(7)竖直布设在两个所述防渗墙(2)的上方，所述竖向防水结构(7)的下部伸入至两个所述防渗墙(2)之间，每个所述防渗墙(2)均包括多个第一高压旋喷桩和与多个所述第一高压旋喷桩交错布设的多个第二高压旋喷桩，相邻两个所述第一高压旋喷桩和第二高压旋喷桩之间通过桩间墙连接为一体，相邻两个所述第一高压旋喷桩或第二高压旋喷桩之间的桩间距为0.7m～0.8m；所述土石堰体(3)包括布设在竖向防水结构(7)内外两侧的内堆体(8)和外堆体(9)，所述内堆体(8)和外堆体(9)均为土石堆体；所述土石堆体的上表面为由上向下逐渐向外倾斜的坡面，所述竖向防水结构(7)的高度不小于所述土石堆体的高度；
所述土石堆体坡面的坡脚处均布设有堆石体(6)，所述堆石体(6)由竖向钢筋笼和填充在所述竖向钢筋笼内的石块组成；
所述外堆体(9)的坡面为迎水面，所述外堆体(9)坡面的下部布设有石笼护面(16)，所述石笼护面(16)的高度不小于河道内河流的常水位；所述石笼护面(16)由沿外堆体(9)坡面布设的斜向钢筋笼和填充在所述斜向钢筋笼内的石块组成，所述竖向钢筋笼的顶部与所述斜向钢筋笼的底部连接；
所述石笼护面(16)的上方且沿外堆体(9)坡面布设有石块护面层(17)，所述石块护面层(17)由铺设在所述外堆体(9)的坡面上的多个护面石块组成；
相邻两个所述护面石块的缝隙之间以及所述内堆体(8)的坡面上均覆盖有草皮(19)；
所述淤泥河床土石围堰的施工方法，包括以下步骤：
步骤一、底部封堵结构的施工，分别对两个所述防渗墙(2)进行施工，对其中一个所述防渗墙(2)进行施工时，过程如下：
步骤101、第一高压旋喷桩的施工：沿所述防渗墙的长度方向由前至后分别对多个所述第一高压旋喷桩进行施工，对其中任意一个所述第一高压旋喷桩进行施工时，采用高压旋喷桩设备进行施工，其中，所述高压旋喷桩设备包括旋喷管(13)和设置在所述旋喷管(13)内的喷管机构，所述喷管机构的上端与所述旋喷管(13)固定连接，所述旋喷管(13)和所述喷管机构均呈竖向布设，所述喷管机构包括用于输送水泥浆液的喷浆管(20)、用于输送高压气的喷气管(22)、用于输送高压水的喷水管(23)和用于输送速凝剂的喷剂管(21)，所述喷浆管(20)与所述旋喷管(13)呈同轴布设，所述喷气管(22)和喷水管(23)对称布设在喷浆管(20)的两侧，所述喷气管(22)和喷水管(23)与所述喷浆管(20)之间的距离大于所述喷剂管(21)与所述喷浆管(20)之间的距离；所述喷剂管(21)的进口通过第一软管(25)与速凝剂容器(31)连接，第一软管(25)上设置有第一液体流量检测单元和第一流量控制阀，所述喷剂管(21)的出口与所述喷浆管(20)的下部通过连接管连通，所述旋喷管(13)的下端设置有供所述水泥浆液喷出的喷嘴(14)，所述喷嘴(14)为中空的倒圆台结构，所述喷嘴(14)上底面的直径与所述旋喷管(13)下端的直径相同，所述喷嘴(14)与所述旋喷管(13)内部连通且加工为一体，所述喷浆管(20)的进口通过第二软管(26)与浆液制备装置(29)连接，所述喷浆管(20)的出口伸入所述喷嘴(14)，所述第二软管(26)上设置有第二液体流量检测单元和第二流量控制阀；所述旋喷管(13)的管壁上开设有供所述高压气喷出的喷气孔和供所述高压水喷出的喷水孔，所述喷气管(22)的进口通过第三软管(27)与空气压缩机(30)连接，所述喷气管(22)的下部设置有与所述喷气管(22)连通的第一水平管段，所述第一水平管段呈水平布设，所述第一水平管段的出口与所述喷气孔连通，所述第三软管(27)上设置有气体流量检测单元和第三流量控制阀；所述喷水管(23)的进口通过第四软管(28)与高压水泵(32)连接，所述喷水管(23)的下部设置有与所述喷水管(23)连通的第二水平管段，所述第二水平管段呈水平布设，所述第二水平管段的出口与所述喷水孔连通，所述第四软管(28)上设置有第三液体流量检测单元和第四流量控制阀，所述喷气孔和所述喷水孔均设置在所述喷嘴(14)的上方，且所述喷气孔和所述喷水孔布设在同一水平线上；所述第一流量控制阀、第二流量控制阀、第三流量控制阀和第四流量控制阀均与控制器连接；施工过程如下：
步骤1011、桩孔成型：采用钻机设备按照常规护壁钻孔的方式进行钻取桩孔(18)；
步骤1012、旋喷管下放到位：在步骤1011中成型的所述桩孔(18)内下放所述旋喷管(13)，使所述喷嘴(14)下放至步骤1011中所述桩孔(18)底部；
步骤1013、喷浆及同步提升：通过所述控制器控制所述第一流量控制阀、第二流量控制阀、第三流量控制阀和第四流量控制阀，进行所述水泥浆液、高压气、高压水和速凝剂的输送，提升并旋转所述旋喷管(13)，所述喷浆管(20)、喷气管(22)、喷水管(23)和喷剂管(21)与所述旋喷管(13)同步进行旋转，同时持续混合水泥浆液、高压气、高压水喷出，直至所述喷嘴(14)提升至所述桩孔(18)的顶部，其中，所述混合水泥浆液为所述水泥浆液和速凝剂的混合物，所述水泥浆液的比重为1.5g/cm3～1.8g/cm3；
步骤1014、回喷：待步骤1013中所述喷嘴(14)提升至所述桩孔(18)的顶部时，停止所述旋喷管(13)的提升，保持所述旋喷管(13)继续旋转5min～15min，同时持续混合水泥浆液、高压气、高压水喷出；
步骤1015、第一高压旋喷桩桩体成型：待步骤1013和步骤1014中的所述混合水泥浆液凝结后，所述第一高压旋喷桩桩体成型；
步骤1016、重复步骤1011～步骤1015，直至多个所述第一高压旋喷桩均施工完成；
步骤102、第二高压旋喷桩的施工：待步骤101中多个所述第一高压旋喷桩均施工完成后，重复步骤101完成多个所述第二高压旋喷桩的施工；
步骤103、桩间墙的施工：待所述第一高压旋喷桩和第二高压旋喷桩均施工完成后，采用常规方法进行所述桩间墙的施工；
步骤104、底部封堵结构施工完成：待所述第一高压旋喷桩、所述第二高压旋喷桩和所述桩间墙均达到设计强度后，第一个所述防渗墙(2)施工完成，重复步骤101～步骤103进行第二个所述防渗墙(2)，待第二个所述防渗墙(2)的所述第一高压旋喷桩、所述第二高压旋喷桩和所述桩间墙均达到设计强度后，所述底部封堵结构施工完成；
步骤二、竖向防水结构修筑：待所述底部封堵结构施工完成后，在所述底部封堵结构上修筑竖向防水结构(7)；
步骤三、堆石体修筑：对堆石体(6)施工区域进行抛石挤淤施工，形成堆石体(6)修筑地基，接着在所述修筑地基上绑扎所述竖向钢筋笼，再向所述竖向钢筋笼内填筑满石块形成堆石体(6)；
步骤四、土石堰体填筑：在所述竖向防水结构(7)的内侧和外侧分别填筑内堆体(8)和外堆体(9)；
步骤五、迎水面边坡石笼护面(16)修筑：在所述外堆体(9)的坡面下部修筑石笼护面(16)；
步骤六、生态防护结构修筑：在石笼护面(16)上方沿外堆体(9)的坡面铺设石块形成石块护面层(17)，再在石块护面层(17)中石块的缝隙之间以及内堆体(8)的坡面铺设草皮(19)。
2.按照权利要求1所述的施工方法，其特征在于：所述竖向防水结构(7)包括竖直布设的土工膜(1)和对土工膜(1)进行防护的防护装置；所述防护装置包括布设在土工膜(1)的两侧的两排立杆(15)，每排所述立杆(15)与土工膜(1)之间均布设有护板(5)，两个所述护板(5)夹持在土工膜(1)的两侧且卡紧在两排所述立杆(15)之间；所述护板(5)板面的尺寸不小于土工膜(1)的尺寸；所述立杆(15)、护板(5)和土工膜(1)的下部均伸入至所述底部封堵结构内部。
3.按照权利要求1或2所述的施工方法，其特征在于：所述第一高压旋喷桩和第二高压旋喷桩的桩径均为φ140mm～φ150mm。
4.按照权利要求2所述的施工方法，其特征在于：所述土石堆体包括布设在挡水结构侧面的粘土层(10)和布设在粘土层(10)外侧的土石层(12)，所述粘土层(10)与土石层(12)之间布设有反滤层(11)，所述立杆(15)的中部埋设在所述粘土层(10)内。
5.按照权利要求1或2所述的施工方法，其特征在于：所述桩间墙为混凝土墙。
6.按照权利要求1所述的施工方法，其特征在于：步骤1013中，在提升所述旋喷管(13)前，保持所述旋喷管(13)继续旋转2min～5min，同时持续所述混合水泥浆液、高压气和高压水喷出；
步骤101中第一高压旋喷桩施工时，所述旋喷管(13)的提升速度为11cm/min～13cm/min，所述旋喷管(13)的旋转速度为11r/min～13r/min，所述混合水泥浆液的流量为65L/min～75L/min，所述速凝剂的流量为1.5L/min～2L/min，所述高压气的压力为0.6MPa～0.8MPa，所述高压水的压力为35MPa～38MPa。
7.按照权利要求1或6所述的施工方法，其特征在于：步骤102中第二高压旋喷桩施工时，所述旋喷管(13)的提升速度为8cm/min～10cm/min，所述旋喷管(13)的旋转速度为8r/min～10r/min，所述混合水泥浆液的流量为65L/min～70L/min，所述速凝剂的流量为1.2L/min～1.8L/min，所述高压气的压力为0.6MPa～0.8MPa，所述高压水的压力为38MPa～40MPa。
8.按照权利要求1或6所述的施工方法，其特征在于：步骤二中，所述竖向防水结构(7)包括竖直布设的土工膜(1)和对土工膜(1)进行防护的防护装置；所述防护装置包括布设在土工膜(1)的两侧的两排立杆(15)，每排所述立杆(15)与土工膜(1)之间均布设有护板(5)，两个所述护板(5)夹持在土工膜(1)的两侧且卡紧在两排所述立杆(15)之间；所述护板(5)板面的尺寸不小于土工膜(1)的尺寸；所述立杆(15)、护板(5)和土工膜(1)的下部均伸入至所述底部封堵结构内部。
9.按照权利要求1或6所述的施工方法，其特征在于：所述连接管设置在所述喷浆管(20)出口的上方，所述连接管与喷浆管(20)出口之间的距离为20cm～30cm。
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Application publication date: 20180309 Assignee: Guangxi Siping Construction Engineering Co.,Ltd. Assignor: NO.6 ENGINEERING CO., LTD. OF CHINA RAILWAY 20TH BUREAU Group Contract record no.: X2022980014856 Denomination of invention: A kind of silt river bed earth-rock cofferdam and its construction method Granted publication date: 20190910 License type: Common License Record date: 20220908 |