長江堤防防滲加固方法應(yīng)用研究

焦 潔，孫 丹

（河海大學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210098）

長江堤防除險(xiǎn)加固工程中，防滲加固是一項(xiàng)重要的工程措施。根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，堤防防滲加固有多種方案，如迎水面修筑防滲鋪蓋、防滲斜坡墻、垂直防滲墻、填塘固基、排水減壓井等。實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)滲流的具體情況，選擇一種或多種來達(dá)到除險(xiǎn)加固的目的。

1 工程概況

常州市長江堤防防洪能力提升一期工程，工程范圍為常州市長江主江堤，長度共17.187 km，主要工程內(nèi)容包括：（1）根據(jù)防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核江堤防洪高程，對常州段長江堤防主江堤采取加高防浪墻、堤身防滲處理、堤防斷面覆土加寬、背水坡坡頂設(shè)置擋土墻等方式加固；（2）主江堤全線防洪線封閉；（3）主江堤全線堤頂?shù)缆贩蓿唬?）主江堤全線堤腳排水設(shè)施完善；（5）主江堤5座涵洞拆除重建，1座水閘拆除重建；（6）堤防配套管理設(shè)施完善。

2 原江堤防滲加固設(shè)計(jì)方案

根據(jù)地勘報(bào)告，本段江堤三個(gè)工程地質(zhì)段中堤身土的滲透系數(shù) K=1.3×10-4cm/s～1.4×10-4cm/s（注水試驗(yàn)），屬中等~弱透水性，堤身現(xiàn)狀也存在滲透情況，同時(shí)根據(jù)滲透、滲流計(jì)算結(jié)果，堤防滲流量略偏大。近年來，雖然對部分區(qū)段進(jìn)行了劈裂灌漿，但其主要作用是針對白蟻防治，且最新的地質(zhì)勘探成果表明已進(jìn)行劈裂灌漿段的堤身滲透系數(shù)注水試驗(yàn)值仍為1×10-4cm/s左右。因此，為保證堤防安全，需對江堤進(jìn)行全線封閉。

初步設(shè)計(jì)時(shí)采用多頭小直徑深層攪拌樁截滲技術(shù)對堤防全段進(jìn)行防滲處理。該方法施工工效高，工藝簡單，成墻效果好，墻體連續(xù)，可滿足堤防防滲要求，且成墻造價(jià)較低。施工機(jī)械采用一機(jī)三鉆頭，單排布孔，鉆頭直徑370 mm，鉆桿間距320 mm，水泥滲入量15%，防滲墻成墻厚度180 mm，滲透系數(shù)k＜1×10-6cm/s，防滲墻穿過堤身土深入相對不透水層（①層土）不小于1 m。

圖1 多頭小直徑深層攪樁防滲加固典型斷面圖

圖2 多頭小直徑深層攪樁防滲墻布置圖

3 施工問題

本段江堤施工時(shí)分為六個(gè)標(biāo)段。第一~五標(biāo)段江堤（常州段長江堤防起點(diǎn)至澡港河段，長約1.5 km）進(jìn)行多頭小直徑深層攪樁施工時(shí)較為順利，按照預(yù)定的施工進(jìn)度要求完成了防滲施工，且經(jīng)檢測，成墻厚度、墻體防滲系數(shù)等指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求。

但第六標(biāo)段江堤（澡港河以東段，長約2.4 km）在進(jìn)行多頭小直徑深層攪樁施工時(shí)遭遇多處樁機(jī)鉆進(jìn)困難的問題。為進(jìn)一步查明堤身填土中碎石和灰土墊層的分布，對該段江堤進(jìn)行了補(bǔ)充勘察。根據(jù)勘察結(jié)果，該段堤防夾碎石范圍較大，大部分堤身填土中均分布上、下兩層碎石或灰土墊層，局部埋藏較深，對多頭小直徑防滲墻施工影響較大，另據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，由于該段堤防存在多處碼頭，堤身中的碎石或灰土夾層可能是前期碼頭方面圍灘造堤未按照堤防填土要求施工，以及歷次堤防加高加固時(shí)未清除原道路路面結(jié)構(gòu)層造成的。

施工單位通過加大配套電動機(jī)功率、改進(jìn)鉆頭、增加操作時(shí)間等措施對多頭小直徑深層攪樁防滲墻進(jìn)行試樁，但仍舊在高程5 m處出現(xiàn)卡頓無法繼續(xù)下鉆，防滲墻難以滿足設(shè)計(jì)深度要求。

針對以上問題，需對該段江堤防滲加固方案進(jìn)行調(diào)整。

4 江堤防滲加固方案選擇

4.1 江堤防滲加固方案比選

依據(jù)地質(zhì)勘察成果，針對施工六標(biāo)段堤身防滲加固措施提出以下兩種方案：

（1）方案一：迎水坡鋪設(shè)復(fù)合土工膜+水泥攪拌樁防滲

保留迎水側(cè)坡面護(hù)坡，坡面上鋪設(shè)5 cm砂石找平層后鋪設(shè)復(fù)合土工膜，在復(fù)合土工膜上澆筑15 cm厚C25現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡；復(fù)合土工膜采用兩布一膜復(fù)合土工膜，規(guī)格為200 g/m2/0.5 mmPE/200 g/m2，滲透系數(shù)k＜1×10-11cm/s。同時(shí)在迎水側(cè)灘地距堤腳2 m處設(shè)水泥攪拌樁防滲墻，采用單軸深攪樁機(jī)械，機(jī)械鉆頭直徑500 mm，鉆桿間距449 mm，成墻厚度220 mm，滲透系數(shù)k＜1×10-6cm/s，防滲墻穿過堤身土（A層土）深入相對不透水層不小于1 m。復(fù)合土工膜頂部和底部均采用M12螺栓錨入堤防防浪墻和攪拌樁防滲墻。

（2）方案二：塑性混凝土防滲墻

利用專用的造孔設(shè)備營造孔槽，采用泥漿護(hù)壁，用導(dǎo)管在注滿泥漿的槽孔中澆注塑性混凝土并置換出泥漿，形成墻體。防滲墻頂高程為8.70 m，防滲墻厚度0.3 m，滲透系數(shù)k＜1×10-6cm/s，防滲墻穿過堤身土深入相對不透水層不小于1 m。塑性混凝土的水泥用量不小于80 kg/m3，膨潤土用量不小于40 kg/m3，水泥與膨潤土的合計(jì)用量不小于160 kg/m3，膠凝材料總量不小于240 kg/m3，砂率不小于45%。

（3）方案比選

以上兩種方案在技術(shù)上都是可行的，且施工不受堤身碎石、灰土夾層及孤石的影響。兩種方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較如下。

方案一：迎水坡復(fù)合土工膜+水泥攪拌樁防滲僅在迎水坡側(cè)施工，對堤頂路面、背水坡及護(hù)堤地的施工干擾較小，對工期影響較小，但對施工質(zhì)量要求高。

方案二：塑性混凝土防滲墻墻體連續(xù)性好，防滲性能可靠，墻體耐久性好，墻體為塑性，可適應(yīng)堤防的變形，與堤身土結(jié)合緊密。但施工時(shí)需構(gòu)筑滿足防滲墻施工需求的施工平臺，施工速度較慢，對工期影響較大，同時(shí)需將已完成的堤頂覆土部分開挖并將已鋪設(shè)完成的加筋土工格柵卷起，待防滲墻施工完成后重新鋪設(shè)并回填土。

以上兩種方案投資對比見表1。

表1 六標(biāo)段堤身防滲方案投資對比表

上述兩種方案在技術(shù)上均可滿足堤身防滲要求，在堤防設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)可保證堤防的防滲安全。但方案二防滲墻施工速度較慢，對工期影響大，開槽施工對六標(biāo)段已完成的堤身覆土和加筋土工格柵的影響較大，且投資較大。

方案一施工可與堤頂?shù)缆贰⒈乘录白o(hù)堤地綠化施工同步進(jìn)行，相互間干擾小，對六標(biāo)段工期的影響較小，且無需對堤頂覆土和加筋土工格柵進(jìn)行返工。因此，本次六標(biāo)段堤身防滲處理方案推薦方案一。

4.2 江堤滲流穩(wěn)定計(jì)算

圖3 迎水坡鋪設(shè)復(fù)合土工膜+水泥攪拌樁防滲典型斷面圖

采用Autobank對復(fù)合土工膜+水泥攪拌樁防滲處理后江堤滲流穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表2~表3。

表2 復(fù)合土工膜+水泥攪拌樁處理后堤防滲流、滲透穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

表3 復(fù)合土工膜+水泥攪拌樁處理后堤防抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

根據(jù)上述計(jì)算成果，該防滲方案可有效降低浸潤線，減小滲漏量，防滲處理后效果明顯，堤防滲透穩(wěn)定、抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

根據(jù)以上方案分析，第六標(biāo)段江堤改為采用采用復(fù)合土工膜+水泥攪拌樁方案進(jìn)行防滲處理，施工完成后，經(jīng)檢測土工膜防滲效果等指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語

（1）本工程中堤防加固針對不同的地質(zhì)情況采用了兩種防滲措施（多頭小直徑深層攪樁防滲墻、迎水坡復(fù)合土工膜+水泥攪拌樁），施工完成后現(xiàn)階段運(yùn)行中均達(dá)到了較好的防滲效果。

（2）多頭小直徑深層攪樁防滲墻施工工效高，工藝簡單，成墻效果好，墻體連續(xù)，且造價(jià)較低，適合于淤泥質(zhì)土、粘性土及砂土，但堤身中有大面積碎石夾層時(shí)該方法施工難度較大，不宜采用。

（3）臨水坡鋪設(shè)土工膜防滲效果良好，且施工方便，施工工期短，同垂直防滲措施聯(lián)合使用可達(dá)到更好的防滲加固效果，但與多頭小直徑相比造價(jià)偏高。

（4）堤防防滲加固時(shí)應(yīng)結(jié)合堤防滲漏原因、地質(zhì)情況、造價(jià)等因素，對適宜的防滲措施進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，選擇最優(yōu)方案。