郭建國

（江門市科禹水利規(guī)劃設計咨詢有限公司，廣東 江門 529030）

水利樞紐工程中的攔河壩、圍堰等建筑是由土質、石質等透水性物質構筑形成，水分能從這些物質的孔隙中穿過。對水庫來說，水利工程滲漏不僅會導致水量損失，而且滲流速度較快還會使土顆粒散失，從而導致大壩失穩(wěn)[1]。如果水工結構基礎材料具有透水性，例如土質基礎、砂礫石基礎、巖石基礎等，那么土體經(jīng)基礎滲透后，底部會因滲透水的動水壓而產生揚力，從而對土體的穩(wěn)定性造成不利影響。因此必須要掌握滲流的運動規(guī)律，采取有效的措施，對水利樞紐工程進行防滲處理。為全面落實此項工作，發(fā)揮水利工程在市場內更高的經(jīng)濟效益，本文針對此類工程項目的防滲施工方案比選方法進行設計。

1 項目實例

1.1 工程概況

本次以汕頭市中港河某水利工程為例，中港河屬于工程中的主要支流，集雨面積為48.5km2，主河長為17km，坡降為0.2‰。

中港河水利工程整治范圍為崎溝閘至中港河潮南潮陽區(qū)界處，在防滲施工前須進行勘測設計[2]。初步設計階段工程測量內容及成果為GPS控制點E級50個，水準測量32km，1∶1000河道平面帶狀圖3.55km2，河道橫斷面圖60km，河道縱剖面圖20km，涵閘大樣圖0.40km2，在施工圖階段根據(jù)需要進行補充測量。

本次地質勘察工作（包括現(xiàn)場工作及室內工作）均按照市場發(fā)行文件的最新標準執(zhí)行，初步設計階段地質勘察的主要工作見表1。

表1 初步設計階段地質勘察的主要工作

通過現(xiàn)場勘查，對水利工程現(xiàn)場反饋的現(xiàn)狀照片進行匯總。

1.2 水文條件與工程地質

在對該地區(qū)水文條件進行調研中，應明確此地區(qū)屬于亞熱海海洋氣候，根據(jù)秋風嶺水庫42年實測降雨統(tǒng)計，分析地區(qū)降雨情況[3]。見表2。

表2 地區(qū)降雨情況的分析

在深入現(xiàn)場調查后發(fā)現(xiàn)，中港河水源為秋風水庫發(fā)電尾水及區(qū)間匯水，兩岸印染化工污染企業(yè)較多，村莊密集，垃圾堆砌較多，水質污染嚴重，水體發(fā)黑，水浮蓮和垃圾堵塞河道。

本工程場地建筑物主要置于第四系松散堆積層上，從區(qū)域地質構造來看，斷裂構造通過工程場地時，表現(xiàn)為基底隱伏構造，經(jīng)過現(xiàn)場的鉆探調研，分析基礎結構，發(fā)現(xiàn)基礎地質構造整體較為簡單且在鉆探后未發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場存在斷層，經(jīng)過專家與技術人員的現(xiàn)場評估，現(xiàn)有的地質條件對工程項目防滲施工的綜合影響較小。

1.3 工程建設內容與堤防滲透穩(wěn)定計算

根據(jù)工程項目的具體情況，明確此次工程整治的內容為清障及兩岸堤防達標加固，拆除重建1座節(jié)制閘（上東閘）。穿堤涵閘：拆除重建10座，加固8座，新建9座。工程范圍權屬兩英鎮(zhèn)、峽山街道和臚崗鎮(zhèn)，建議工程管理單位加強管理，經(jīng)常清除堤坡上的灌木、雜草，以免影響工程。根據(jù)相關文件，把中港河以南、秋風水庫以北部分和中港河以北臚崗鎮(zhèn)區(qū)域劃分為成田澇區(qū)[4]。成田澇區(qū)位于練江流域下游，靠近海門灣，澇區(qū)外的練江水位主要受潮汐影響。成田澇區(qū)的澇水可以充分利用外江潮汐水位變化和澇區(qū)內的調蓄面積，當外江潮位高于中港河水位時關閉水閘，利用澇區(qū)內的涌容進行調蓄，當外江潮位低于中港河水位時，打開陳厝寮水閘和半港水閘自排。中港河水位高于各穿堤涵排水溝水位時，各穿堤涵閘關閉以防洪水倒灌，澇區(qū)內利用涌容調蓄，有泵站的澇片可啟動水泵進行強排[5]。中港河水位低于各穿堤涵閘所在排水溝水位時，打開閘門進行自排。

在上述內容的基礎上，為確保工程順利實施，滿足工程項目施工中的防滲需求，應明確施工過程中，堤防內部（包括堤基）的滲流作用。如圖1所示。

圖1 堤防內部的滲流作用

明確堤防內部的滲流作用的基礎上，對土粒在滲透條件下的分散作用力進行分析，如圖2所示[6]。

圖2 壩基中土粒在滲透條件下的分散作用力

以此為依據(jù)，計算水利樞紐工程土壩滲透穩(wěn)定系數(shù)，過程如公式（1）所示。

式中：Q為水利樞紐工程土壩滲透穩(wěn)定系數(shù)；A為平均滲透流速；h為壩基中土粒在滲透條件下的分散作用力；L為水利坡度。

4.油區(qū)治安環(huán)境好壞，嚴重影響油地關系。近年來，國家加大了對“三小一點”（小煉油、小化工、小軋鋼、廢舊物資收購點）的打擊和治理整頓，盜油現(xiàn)象雖得到了一定的控制，但是隨著原油價格的上漲，受經(jīng)濟利益地驅動，不法分子盜竊原油的步伐并沒有停止，而且手段越來越高明。村民干擾施工、扣押車輛、挖溝斷路等違法行為時有發(fā)生，甚至出現(xiàn)了破壞油井設施、盜挖輸油管線、大量盜竊原油等一批影響重大的案件，使油區(qū)治安環(huán)境進一步惡化。

2 水利樞紐工程防滲方案比選與推薦方案

2.1 方案比選

結合上述滲透穩(wěn)定計算公式，計算本工程左堤2900m及右堤1450m，總長4350m，計算最大比降大于相應土層的允許比降，堤防滲透穩(wěn)定不達標，有發(fā)生管涌或流土等滲透破壞的風險。針對滲透比降過大的堤段，擬進行防滲加固處理。防滲墻是在松散堤身及透水堤基中形成一道防滲墻，截斷透水層，確保大堤滲透穩(wěn)定，保障堤圍安全。

本次進行比選的防滲處理方案包括充填灌漿、振動沉模混凝土防滲墻、劈裂灌漿、水泥土防滲墻等。

2.1.1 水泥土防滲墻

多頭攪拌水泥土攪拌樁連續(xù)墻是一項已經(jīng)較為成熟的施工技術，造墻深度可達15～20m，厚度30～70cm，有良好的防滲能力。特別是在砂層中，水泥土的強度、完整性更高。多頭攪拌水泥土連續(xù)墻工序簡單、施工速度快、造價低廉、以及對周邊環(huán)境友好無污染。

本工程推薦采用水泥土攪拌樁防滲墻方案進行堤防防滲處理，從現(xiàn)狀堤頂打入單排水泥土攪拌樁防滲墻[7]。計算水泥土攪拌樁防滲墻最小墻厚如公式（2）所示。

式中：δ為水泥土攪拌樁防滲墻最小墻體厚度；ΔH為防滲水頭差，根據(jù)本工程實際情況，堤圍兩側水位差均不超過10m；J為防滲體滲透允許比降。根據(jù)相關工程經(jīng)驗，水泥土攪拌樁防滲墻的允許比降為50。經(jīng)計算，δ=0.2m，即水泥土攪拌樁防滲墻最小墻厚≥0.2m。

樁底高程須至少穿過強透水砂層底界線1m，樁頂高程須高于強透水砂層頂界線1m，上部相對不透水層可采用空樁連接，并夯實土體。

2.1.2 充填灌漿

充填注漿是通過注漿的壓力來填充大壩中存在的裂縫和空洞，從而達到加固大壩的目的。

在注漿壓力的影響下，泥漿會克服各種阻力，滲透到孔、裂縫中，隨著壓力的增加，泥漿的吸漿量和擴散的距離也會增加，因此，填充注漿也被稱為滲透注漿。此類注漿是在不破壞土體結構的情況下進行的，要求其粒度比土體的孔隙度小，即需要滿足土體的可灌性，因此材料選擇非常關鍵。充填灌漿漿液材料主要有水泥漿、黏土漿、水泥黏土漿、水泥砂漿、水玻璃類漿液、水泥-水玻璃漿液等。水泥漿充填灌漿施工簡單，但是漿液凝結時間較長，粉細砂地基的防滲加固可灌性差。黏土漿充填灌漿取材方便，成本低，但防滲效果較差。水泥黏土漿充填灌漿綜合了水泥漿和黏土漿，具備兩者的優(yōu)點，使用最廣泛。水泥砂漿充填灌漿通常用于大的空洞或缺口，可灌性較差且施工質量不容易控制。水玻璃充填灌漿漿液黏度與水接近，可灌性最好，但造價較高，不適合大范圍使用。水泥-水玻璃充填灌漿克服了水泥漿液凝結時間過長的問題，但成本相應增加。

本次比選方案初擬“梅花”形布置兩排充填灌漿孔，單排孔距3m，終孔孔距1.5m，排距1.5m，采用純黏土漿，充填灌漿干料量為1.5t/m。充填灌漿底高程穿過強透水砂層底界線至少1m，灌漿頂高程須高于強透水砂層頂界線1m，上部相對不透水層封孔并用黏土回填、黏夯實。

2.1.3 振動沉模混凝土防滲墻

在地基中，利用泥漿固壁，開鑿一個槽型孔結構，通過回填防滲材料，構建一個具有防滲能力的底線連續(xù)墻。與其他類型的防滲結構相比，振動沉?；炷练罎B墻的墻體結構尺寸、材料的滲透性能能夠按照實際工程以及施工現(xiàn)場的地層條件進行調節(jié)和控制。同時，該施工工藝適用于各種地質條件，盡管施工的難易程度不同，但以目前的施工技術水平，可以建立防滲墻。通常，混凝土防滲墻的施工需要借助大型施工機械，采用泥漿法進行加固，技術環(huán)節(jié)多，因此對工程技術、管理、施工等方面提出了更高的要求?；炷练罎B墻有良好的耐久性和防滲效果[8]。混凝土防滲墻的施工方法很多，最大的不同是溝槽（孔）的成縫方式，控制溝槽與孔板間的連接和溝槽（孔豎向）是施工關鍵。

本次比選方案擬采用厚度為0.3m的薄型混凝土防滲墻，具體施工工藝為采用液壓抓斗施工成槽，泥漿護壁，澆筑塑性混凝土防滲墻。墻底高程須穿過強透水砂層底界線1m，墻頂高程須至少高于強透水砂層頂界線1m，上部相對不透水層可采用回填素土并夯實。

2.1.4 劈裂灌漿

劈裂灌漿技術是利用堤壩體的灌漿體柱的側向壓力大于原堤壩體的側向壓力（小主應力），填充密實所有與漿脈相連接的裂縫、洞穴等。根據(jù)《土壩灌漿技術規(guī)范》（SL 564—2014），劈裂灌漿具有機理明確、施工控制合理、工藝流程簡單、工期短以及見效快等優(yōu)點。本次比選方案初擬布置單排劈裂灌漿孔，孔距3m，沿堤軸線布置，采用純黏土漿，劈裂灌漿干料量為1.5t/m。劈裂灌漿底高程穿過強透水砂層底界線1m，灌漿頂高程須至少高于強透水砂層頂界線1m，上部相對不透水層封孔并用黏土回填、黏夯實。

針對上述防滲方案，對其投資進行對比，見表3～表6。

表3 攪拌樁防滲墻防滲方案投資

表4 比選方案（一）混凝土防滲墻投資

表5 比選方案（二）充填灌漿投資

表6 比選方案（三）劈裂灌漿投資

2.2 推薦方案

混凝土防滲墻防滲效果好，但是施工工藝復雜，溝槽垂直精度和混凝土板墻連接處施工質量不易控制，施工進度難以得到保證且混凝土防滲墻造價較高，綜合考慮本工程的工程規(guī)模及投資控制，不建議采用此方案。

充填灌漿方案施工方便，但防滲效果較差，不同地質情況須采用不同的灌漿材料，施工質量不易控制且充填灌漿造價較高，不建議采用此方案。

劈裂灌漿方案施工方便，但對粗砂及卵礫石壩基，不易形成連續(xù)劈裂，可灌性較差。與推薦方案相比，劈裂灌漿造價偏高，綜合考慮本工程投資控制，不建議采用此方案。

綜合考慮施工方便、技術可靠、經(jīng)濟節(jié)約等因素，水泥土攪拌樁防滲墻方案具有適用范圍廣，工程造價低，防滲效果及耐久性較好，工藝技術成熟有利于保證施工質量，施工簡單便捷可以保證施工進度等優(yōu)點，無明顯缺點，推薦采用水泥土攪拌樁防滲墻方案。

3 結語

水通過土、巖等孔隙介質時的流動現(xiàn)象被稱為“滲流”，又稱“地下水流滲透”。在水利樞紐工程的水、電、氣等基礎設施中，有滲漏問題較為普遍。

為解決現(xiàn)有問題，本文對汕頭市中港河某水利樞紐工程項目進行了研究，希望能夠通過研究，為水利工程項目的規(guī)范化建設與科學施工提供技術支持與幫助，提高水利樞紐工程在市場內的效益。