□李雪艷 □何 佳（河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司）

1.工程概況

航空港區(qū)河劉溝為丈八溝的主要支流，屬賈魯河水系二級支流。起源于鄭州市航空港區(qū)北部湛莊，向南經(jīng)陡溝村后轉(zhuǎn)向東，而后流經(jīng)大河劉村后，在中牟縣注入丈八溝，全長7.2km，河道平均比降1/140，流域面積15.0km2。其中，航空港區(qū)段河道長度5.6km，流域面積為12.5km2。河劉溝屬丘陵向平原過渡區(qū)排水河道，流域內(nèi)多壟崗沙丘，地表多砂土和砂壤土。河道為砂質(zhì)，受洪水沖刷，易塌岸淤積。

航空港區(qū)河劉溝生態(tài)治理工程是一項集防洪排澇、生態(tài)景觀、休閑娛樂等多功能于一體的綜合整治工程。河道治理長度4.45km，治理標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇除澇，50年一遇防洪。工程主要建設(shè)任務(wù)是建立起安全配套的防洪除澇體系、高效和諧的水環(huán)境保護(hù)和生態(tài)建設(shè)體系、優(yōu)美迷人的濱河景觀休閑網(wǎng)絡(luò)體系、優(yōu)化配置的水資源供給體系、簡潔高效的河道管理體系等“五大體系”。

根據(jù)工程建設(shè)任務(wù)，規(guī)劃在河道上共布置5座攔蓄水建筑物，2處人工湖泊，再通過生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水工程，全河道形成一定的景觀水面，實現(xiàn)水通、水美的效果。

2.防滲方案選擇

2.1 河道防滲的必要性

工程區(qū)沿線地下水位均在設(shè)計河底高程以下，各土層滲透系數(shù)在2.79×10-5cm/s～3.51×10-4cm/s，屬于中等～弱透水層。經(jīng)過計算，在不采取防滲措施的條件下，全河道年滲漏量約為600萬m3，滲漏量較大，如不采取防滲措施，很難形成景觀水面，對蓄水造景產(chǎn)生很大影響。同時，由于河道的強(qiáng)滲漏現(xiàn)象帶來的工程區(qū)地下水形態(tài)和水質(zhì)的改變，也將給河道兩岸生態(tài)環(huán)境帶來一些負(fù)面影響。因此，需對河道水體采取防滲措施。

2.2 防滲方案選擇

防滲方案采用邊坡鋪設(shè)土工膜防滲、防水毯以及沿河岸設(shè)置截滲墻3種方案進(jìn)行比選。

方案一：邊坡鋪設(shè)土工膜，河底回填粘土進(jìn)行防滲。

優(yōu)點是：便于施工，工程造價低，工程投資約450萬元。

缺點是：阻斷了河道水體與兩岸土壤之間的物質(zhì)能量交換，影響河道生態(tài)型、景觀型邊坡的營造。

方案二：采用邊坡鋪設(shè)GCL膨脹土防水毯，河底回填粘土進(jìn)行防滲。

優(yōu)點是：便于施工，防滲性能好，綠色環(huán)保，容易修補(bǔ)等優(yōu)點。

缺點是：工程造價高，工程投資約650萬，雖然屬于環(huán)境友好型材料，但對于景觀型邊坡營造仍具有一定的局限性。

方案三：采用沿河道兩岸及湖周邊設(shè)置截滲墻，局部河底及邊坡鋪設(shè)土工膜進(jìn)行防滲。

優(yōu)點是：既能滿足防滲要求，又符合生態(tài)型和景觀型河道治理理念。

缺點是：工程造價相對較高，工程投資約600萬元。

從上述3種防滲方案可看出，采用在河道兩岸及湖周邊設(shè)置截滲墻的辦法，工程造價雖然較土工膜稍高，但比膨脹土防水毯造價低，并且此方案具備便于生態(tài)型和景觀型邊坡的設(shè)置和營造優(yōu)點。綜合考慮各方面因素，采用在河道兩岸及湖周邊設(shè)置防滲墻進(jìn)行防滲。

3.防滲墻工程設(shè)計

3.1 成墻方案選擇

目前，截滲墻成墻方法較多，主要有攪拌成墻防滲、擠壓注漿成墻防滲、高壓噴漿成墻防滲、置換成墻防滲。

3.1.1 攪拌成墻防滲

攪拌成墻防滲是運(yùn)用深層攪拌樁機(jī)在地基一定深度范圍內(nèi)把水泥漿噴入土體，使水泥和土體產(chǎn)生一系列的物理－化學(xué)反應(yīng)凝結(jié)形成具有整體性、水穩(wěn)性、一定強(qiáng)度和防滲能力的水泥土樁體防滲墻。該方法適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、黏土、粉質(zhì)黏土、粉土、砂土等軟地基，其加固深度可達(dá)30m。

3.1.2 擠壓注漿成墻防滲

此種方法主要包括振動沉模防滲墻和振動切槽防滲墻。

振動沉模防滲墻：利用振沖力將空腹模板沉入土中，向空腹內(nèi)注漿，邊振動邊拔模，漿沉留于空中形成單塊、板墻，再將單板連成整體形成防滲連續(xù)墻。該技術(shù)適用于砂性土、黏性土、淤泥、砂礫石等地基。造墻深度為20m，墻體厚8～25cm。該方法具有先進(jìn)、質(zhì)量可靠、工效高、單位造價低、工藝簡單等優(yōu)點。

振動切槽防滲墻：利用電機(jī)帶動底部鑲嵌有刀片、導(dǎo)向桿與導(dǎo)向翼的鉆頭向下振動，刀片向下切削與擠壓土層，鉆桿中空的高壓水與氣的混合體沿導(dǎo)桿向桿兩端噴射以分散削離土體形成槽孔，當(dāng)連續(xù)作業(yè)并使振動切削的槽孔達(dá)到設(shè)計防滲深度時，通過鉆桿中空開始向槽孔輸送漿液，停止提升鉆桿直至孔口返漿，再提升鉆桿達(dá)到設(shè)計槽孔頂面高程且孔內(nèi)漿液不沉降為止，為了形成防滲墻，不待漿凝，就移動振動切槽機(jī)具連續(xù)進(jìn)行上述過程施工，形成連續(xù)防滲墻。該技術(shù)主要用于粘土、淤泥、沙土等，成墻深度約20m。

3.1.3 高壓噴漿成墻防滲

高壓噴射灌漿技術(shù)是利用鉆機(jī)造孔后，再把帶有噴頭的灌漿管下到預(yù)處理部位，以高壓水射流沖擊破壞土層，部分細(xì)顆粒隨泥漿冒出地面，其余部分與灌入的漿液混合攪拌，在地層中形成凝結(jié)體。其原理是利用射流作用切割摻攪土層，改變原土層的結(jié)構(gòu)和組成部分，使灌入水泥漿達(dá)到防滲的目的。該項技術(shù)適用于粉土、砂土、礫石及卵石地層，目前處理深度可達(dá)80m。

3.1.4 置換成墻防滲

置換成墻防滲主要包括黏土截水墻、混凝土防滲墻、垂直鋪塑防滲墻等。其成墻原理是將一定深度內(nèi)被置換的土體挖除成槽，再填筑或鋪設(shè)混凝土、黏土、土工膜等防滲體材料，并連成整體的防滲墻。該技術(shù)根據(jù)成槽施工機(jī)械的不同，可用于各種土層，成墻深度在20～100m。

以上幾種方案均是應(yīng)用較廣、防滲效果較好、技術(shù)比較成熟的垂直防滲措施，各有特點。河劉溝成墻深度在10m左右，結(jié)合國內(nèi)外一些垂直防滲工程的成功經(jīng)驗，以上幾種方案均可用于本次防滲工程。根據(jù)本工程的特點，擠壓注漿成墻技術(shù)振動沉模防滲墻具有工程造價低、工效高、防滲效果好等優(yōu)點，更適合用于本次工程。因此，河道防滲采用振動沉模防滲墻。

3.2 防滲墻型式

防滲墻型式主要分為封閉式防滲墻和懸掛式防滲墻。封閉式防滲墻是墻底部深入不透水層或弱透水層，由防滲墻和不透水層或弱透水層組成一個封閉的防滲體。懸掛式防滲墻是墻底部深入土層一定深度，形成一個懸掛式的防滲帷幕，通過利用延長滲徑的方法來起到防滲的效果。

從工程投資和防滲效果兩方面考慮，兩種防滲型式投資差別不大，但封閉式防滲墻防滲效果較好。因此，河劉溝河道采取封閉式防滲墻進(jìn)行防滲。

3.3 防滲墻平面布置

防滲墻平面設(shè)計以工程量較省為原則，同時既要滿足方便施工，又要滿足防滲要求。根據(jù)河劉溝河道開口線，結(jié)合防滲墻的施工工藝，防滲墻的平面布置如下：防滲墻基本沿河岸周邊布置，河岸線彎曲處取直，將河道和湖體包絡(luò)其中。橋梁下面等局部不能包絡(luò)的部位采用正常蓄水位以下邊坡和河底鋪設(shè)土工膜進(jìn)行防滲。

3.4 防滲墻頂?shù)赘叱?/h3>

3.4.1 墻頂高程

防滲墻頂設(shè)計高程根據(jù)河道正常蓄水位和防滲墻沉降量來確定，按正常蓄水位以上0.3m進(jìn)行控制。

3.4.2 墻底高程

墻底嵌入弱透水層深度采用公式計算進(jìn)行估算，計算公式如下：

式中：Δl—嵌入不透水層深度；ΔH—防滲墻上的水頭差；[J]—為允許水力坡降，一般取8～10。

經(jīng)過計算，嵌入不透水層深度為0.9m，取1.0m。

3.5 墻體厚度

墻體厚度選定既要滿足防滲要求，又要便于施工。采用公式計算進(jìn)行估算，計算公式如下：

式中：d—防滲墻厚度，m；ΔHmax—作用防滲墻上的最大水頭差，m；[Jmax]—為滲透破壞坡降，與墻體厚度、滲透系數(shù)、抗壓強(qiáng)度等有關(guān)，一般取100～300。

按滲透破壞坡降Jmax=100，最大水頭差13m進(jìn)行計算，d≥0.13m?？紤]到防滲墻太薄，施工時質(zhì)量不容易控制，容易發(fā)生墻體扭曲及斷裂等現(xiàn)象，防滲墻墻厚取0.20m。

4.防滲效果評價

為了檢驗防滲墻防滲效果，利用河海大學(xué)編寫的autoBank6.0應(yīng)用程序，采用二維有限元法建立數(shù)學(xué)模型對封閉式防滲墻進(jìn)行滲漏量計算，數(shù)學(xué)模型見圖1。

圖1 防滲墻成墻后河道滲漏量計算數(shù)學(xué)模型圖

經(jīng)模擬計算，墻體厚取20cm時，防滲墻滲透系數(shù)控制在1×10-6～1×10-7cm/s之間，河道年滲透量約為30萬m3，較工程前年滲漏量減少570萬m3，滲漏量減小率為95%，工程防滲效果顯著，為河道營造生態(tài)景觀水面打下了堅實的基礎(chǔ)。

5.施工工序及技術(shù)要求

防滲墻施工程序如下：

步驟1：模板就位。先將樁機(jī)調(diào)平，并使機(jī)架立柱垂直，再將A模板對準(zhǔn)孔位，振動體系的自重將板刃壓入土中，檢測調(diào)整模板的垂直度達(dá)到規(guī)程要求。

步驟2：振動沉模。啟動振錘，將A模板沿施工軸線沉入地層，達(dá)到設(shè)計深度，A模板為先導(dǎo)模板，有起始、定位、導(dǎo)向作用，垂度應(yīng)嚴(yán)格控制；將B模板沿施工軸線與A模板緊接，沉入地層設(shè)計深度，B模板為前接模板，起到延伸板墻長度的作用。

步驟3：漿體灌注和模板提升。向A模板空腹內(nèi)灌滿漿體，然后邊振動、邊上拔、邊注漿，直至拔出地面，漿體留在槽孔內(nèi)，形成密實的單板體。

步驟4：漿體充盈灌注。漿體要有一定充盈量（由初始試驗或經(jīng)驗確定）。在模板振拔過程中，要同時向模板內(nèi)連續(xù)注漿，拔模與注漿保持同步，使模板空腹內(nèi)始終保持一定的漿體高度，保持模板空腹內(nèi)有足夠的漿體充盈量，確保墻體的連續(xù)完整。

步驟5：再沉A模板。A模板拔出地面后，移動步履式樁機(jī)，將A模板移到B模板前沿就位。此時，A，B兩模板作用互換，即B模板為先導(dǎo)模板，起定位導(dǎo)向作用，A模板為前接模板，起到加長板墻作用。

如此連續(xù)重復(fù)以上工序，即可完成一道豎直連續(xù)的整體板墻。施工工序見圖2。

圖2 防滲墻施工工序流程圖

6.結(jié)語

本文結(jié)合工程實例，對防滲墻在河道生態(tài)治理中的應(yīng)用進(jìn)行了探索，詳細(xì)介紹了防滲墻工程設(shè)計方案、施工工藝等內(nèi)容，并對防滲效果進(jìn)行了評價。對今后城市河道生態(tài)治理過程中出現(xiàn)的滲漏處理問題具有一定的借鑒意義。

[1]任紅云，劉海軍等.雙板振動沉模防滲墻的質(zhì)量分析與控制[J].水利水電科技進(jìn)展，2009(4).

[2]錢玉林，殷宗澤.振動沉模防滲墻的成墻機(jī)理及其工程應(yīng)用[J].工程勘察,2008(11).