多頭小直徑防滲墻在時(shí)淠圩堤防滲漏加固中的應(yīng)用

2022-06-14 08:07:18吳平安

河南水利與南水北調(diào) 2022年5期

吳平安

（安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院有限公司，安徽合肥 230088）

0 引言

多頭小直徑防滲墻技術(shù)是運(yùn)用特制的多頭小直徑深層攪拌樁機(jī)，把水泥漿噴入土體并攪拌形成水泥土墻，用水泥土墻作為防滲墻達(dá)到截滲的目的。該方法是利用水泥作為固化劑，通過深層攪拌機(jī)械，在地基深處就地將軟土和水泥（漿液或粉體）強(qiáng)制攪拌后，水泥和軟土將產(chǎn)生一系列物理—化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)改性，形成具有良好整體性、穩(wěn)定性、不透水性并具有一定強(qiáng)度的水泥土防滲墻。該項(xiàng)技術(shù)是在普通深層攪拌樁技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，它保留了普通深層攪拌樁技術(shù)取材方便、施工無噪音、無污染、工程效果好等優(yōu)點(diǎn)外，主要在一機(jī)多頭（3個(gè)鉆頭）和小直徑（200～300 mm）成墻兩個(gè)方面有所突破，并可連續(xù)成墻。目前國(guó)內(nèi)多頭小直徑防滲墻施工工藝較為成熟被普遍應(yīng)用于堤防險(xiǎn)工險(xiǎn)段的加固工程中。

1 工程概況

梁家湖位于壽縣西南部，南起眾興鎮(zhèn)新店村李家營(yíng)隊(duì)，北訖淠河的幸福涵，全長(zhǎng)33.40 km。梁家湖團(tuán)崗渡槽以下河道左岸為時(shí)淠圩，圩區(qū)位于梁家湖與淠河之間。時(shí)淠圩段堤防上起團(tuán)崗渡槽，下至幸福涵，長(zhǎng)9.41 km，現(xiàn)狀堤頂高程27.80～27.50 m，堤頂迎水側(cè)設(shè)防浪墻，迎水側(cè)邊坡1:2.50～1:3，背水側(cè)邊坡1:2.50～1:6.78，堤頂為混凝土路面。

經(jīng)過多年運(yùn)行，時(shí)淠圩圩區(qū)內(nèi)部分堤防迎水坡堤腳損毀、淘刷嚴(yán)重；堤防填筑質(zhì)量較差，部分堤基存在透水層，導(dǎo)致內(nèi)塘與外河相通，在汛期高水位下，翻沙鼓水現(xiàn)象嚴(yán)重，2020 年汛期堤防出現(xiàn)了多處散浸、滲漏和滑坡等險(xiǎn)情。故對(duì)時(shí)淠圩堤防滲漏原因進(jìn)行綜合分析，以期制定合理的防滲加固方案。

2 工程地質(zhì)概況及滲漏原因分析

2.1 工程地質(zhì)概況

2.2 堤防滲漏原因分析

時(shí)淠圩堤防堤身主要由人工填筑土筑成，填土主要來源于附近渠道開挖棄土或堤后就近取土，填土成分以重粉質(zhì)壤土～粉質(zhì)粘土為主，軟塑狀。堤防施工質(zhì)量差，堤身內(nèi)部填筑不均衡，土質(zhì)松散，壓實(shí)度未達(dá)設(shè)計(jì)要求，且未對(duì)堤身、堤基做任何防滲處理，造成部分堤防滲漏嚴(yán)重，特別是高水位運(yùn)行時(shí)，滲漏現(xiàn)象更為突出，給堤防安全留下較多隱患。

3 堤防加固處理方案比選

根據(jù)該工程區(qū)堤防實(shí)際運(yùn)行中的工程狀態(tài)，從加固效果、施工速度、施工質(zhì)量檢查和工程造價(jià)等因素綜合考慮篩選幾種防滲加固方案，比較如下：①高噴防滲墻方案。該方案利用高壓射流作用切割堤身土體，同時(shí)注入水泥漿形成凝結(jié)體防滲墻，以解決壩身與壩基的滲透穩(wěn)定問題。高壓噴射灌漿分為定噴、旋噴和擺噴三種形式。高壓噴射灌漿技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于高壓噴射灌漿是在地基應(yīng)力基本不釋放的情況下實(shí)施完成的，所形成的墻體屬逐漸過渡型，墻體與原堤身、地基結(jié)合緊密，這種復(fù)合結(jié)構(gòu)有利于提高防滲效果及改善地基穩(wěn)定性，在施工時(shí)不受河道內(nèi)水位影響、設(shè)備簡(jiǎn)單，施工簡(jiǎn)便、且工效高、耐久性強(qiáng)、施工管理方便。缺點(diǎn)是投資較大，施工速度慢。②多頭小直徑防滲墻方案。多頭小直徑防滲墻的優(yōu)點(diǎn)在于施工方式靈活多變，適應(yīng)性強(qiáng)、適用面廣；施工速度快；工程造價(jià)低廉；適用于素填土，軟塑或可塑的黏性土，稍密或中密的粉土等地基的加固。缺點(diǎn)是對(duì)施工場(chǎng)地要求大，施工工藝要求比較高。③沖抓套井回填粘土防滲墻。沿堤防堤頂軸線從堤頂至堤防天然地基下1～2 m 處利用沖抓錐造孔，套井中回填含有5%水泥的粘土，經(jīng)分層夯實(shí)后，形成一道連續(xù)的粘土心墻，使其土體密度增大，滲透系數(shù)減小，從而達(dá)到防滲目的，同時(shí)夯實(shí)對(duì)井孔周圍土體有壓實(shí)作用。該方案施工方便，機(jī)械簡(jiǎn)單，質(zhì)量易于控制，工效高。但此方法僅適用于浸潤(rùn)線以上施工，因此施工時(shí)必需降低外河水位或在枯水季節(jié)施工，地下水位以下部分堤身（或堤基）要采用高噴防滲墻，總體造價(jià)也較高。④復(fù)合土工膜。土工膜具有很好的延展性能，能夠較好的適應(yīng)土體不同工況下的變形。土工膜防滲的優(yōu)點(diǎn)在于造價(jià)低、工期短、施工速度快，但是其缺點(diǎn)也很顯著，土工膜容易老化破損，抵抗外力損傷以及抗撕裂的性能較差。

通過以上幾種防滲方案比較，多頭小直徑防滲墻方案成墻均勻性和連續(xù)性都較好，機(jī)械施工自動(dòng)化程度高，工期短，工程投資較少，從已建工程看，該方法總體防滲效果較好。故此次堤防滲漏段防滲加固采取多頭小直徑防滲墻方案。

4 多頭小直徑防滲墻設(shè)計(jì)

防滲墻深度：防滲墻頂高程同現(xiàn)狀堤頂，墻底高程約18 m，深入堤基大于1 m，平均深度為7 m。

多頭小直徑防滲墻成墻厚度：墻體為水泥與土的混合體，其墻體抗?jié)B厚度按下式確定：

式中：T—墻厚（m）；H—上、下游水頭差；i—水泥土破壞坡降，有關(guān)資料取i=60。

經(jīng)計(jì)算得水泥土防滲墻厚度為0.12 m時(shí)即可滿足要求，此次設(shè)計(jì)考慮到施工連續(xù)性和均勻性，故選取成孔徑為30 cm，樁體間水平向搭接長(zhǎng)度10 cm；此次設(shè)計(jì)多頭小直徑墻體有效厚度22.40 cm，滿足防滲要求。

5 堤防加固處理前滲漏穩(wěn)定計(jì)算分析

5.1 計(jì)算斷面

根據(jù)歷年統(tǒng)計(jì)的險(xiǎn)情和對(duì)勘探資料進(jìn)行分析，結(jié)合地形、堤高及歷年險(xiǎn)情發(fā)生位置，選取新河村滲漏段斷面作為計(jì)算典型斷面。

5.2 計(jì)算方法

按《堤防設(shè)計(jì)規(guī)范》中有關(guān)滲流及滲透穩(wěn)定計(jì)算的規(guī)定，選用河海大學(xué)編制的《水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)（autobank7.5.1）》堤防滲流場(chǎng)計(jì)算程序，對(duì)選取的典型斷面進(jìn)行滲流穩(wěn)定計(jì)算。

5.3 計(jì)算參數(shù)選取

各土層參數(shù)依照該滲漏段的地質(zhì)資料選取，詳見表1。

表1 滲漏段地質(zhì)物理力學(xué)性指標(biāo)建議值表

5.4 計(jì)算工況

根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，此區(qū)工程地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g，相應(yīng)地震基本裂度為Ⅵ度，不需進(jìn)行抗震安全復(fù)核。

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，滲流計(jì)算應(yīng)考慮河道出現(xiàn)的各種不利組合，選取堤防滲流穩(wěn)定計(jì)算工況為：①正常運(yùn)行期：臨水側(cè)為設(shè)計(jì)水位，背水側(cè)為無水。②水位降落期：臨水側(cè)10 h內(nèi)由設(shè)計(jì)水位降至24.00 m高程，背水側(cè)無水。