粉砂地基上水閘防滲設(shè)計(jì)案例分析

陳格君　管玲玉

摘? 要：下沙地區(qū)的地基土中含有較厚的粉砂層，且場(chǎng)地周邊有魚(yú)塘，需做好充分的防滲措施。本案經(jīng)地質(zhì)勘探后運(yùn)用改進(jìn)阻力系數(shù)法對(duì)三號(hào)大堤北閘進(jìn)行滲流穩(wěn)定計(jì)算，選取高壓旋噴樁提高防滲能力。水閘建成后通過(guò)位移監(jiān)測(cè)對(duì)防滲效果進(jìn)行分析，并對(duì)暗塘部位采取防滲補(bǔ)強(qiáng)措施。

關(guān)鍵詞：滲漏;水閘;改進(jìn)阻力系數(shù)法;高壓旋噴樁

中圖分類號(hào)：TV66? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）29-0096-02

Abstract： The foundation soil in Xiasha area contains thick silt layer， and there are fish ponds around the site， so it is necessary to take adequate anti-seepage measures. In this case， after geological exploration， the improved resistance coefficient method is used to calculate the seepage stability of the north sluice of No. 3 embankment， and the high pressure rotary jet grouting pile is selected to improve the anti-seepage ability. After the completion of the sluice， the anti-seepage effect is analyzed by displacement monitoring， and the anti-seepage and reinforcement measures are taken to the hidden pond.

Keywords： leakage; sluice; improved resistance coefficient method; high pressure jet grouting pile

1 概述

粉砂是含有砂土顆粒的土，且具有一定粘性，顆粒間無(wú)粘聚力，性質(zhì)松散。滲透破壞是建設(shè)在砂性土地基上的水閘面臨的主要問(wèn)題之一。[1]

管涌和流土是滲透破壞的兩種主要形式，它直接影響著土體的穩(wěn)定，足以導(dǎo)致水閘破壞。從水閘建筑物的建設(shè)程序上講，無(wú)論是從設(shè)計(jì)方面，還是從施工方面，對(duì)水閘閘基防滲的重視程度很重要。[4]

水閘的防滲排水設(shè)施通常有閘前混凝土鋪蓋，閘后消力池，在滿足閘基滲徑要求的情況下設(shè)置排水孔釋放揚(yáng)壓力，還可以通過(guò)布置防滲鋪蓋、防滲墻、防滲帷幕等措施，來(lái)降低滲透壓力，減小滲透破壞的風(fēng)險(xiǎn)。

2 工程概況

三號(hào)大堤北閘（以下簡(jiǎn)稱“水閘”）位于下沙三號(hào)大堤護(hù)塘河下游，主要功能為防洪排澇、配水。主要工程任務(wù)為拆除老閘，原址重建水閘。

水閘防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，工程等級(jí)為Ⅲ等，主要建筑物為3級(jí)，次要建筑物為4級(jí)，臨時(shí)建筑物為5級(jí)。水閘為2孔，單孔凈寬15m，閘門(mén)高度3.5m，閘底板高程2.0m。

閘門(mén)采用可傾斜調(diào)節(jié)閘門(mén)，為整體塢式結(jié)構(gòu)，閘室順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)15m，垂直水流長(zhǎng)度47m。

擬建場(chǎng)地地貌單元屬?zèng)_海積平原，類型簡(jiǎn)單，地形起伏不大。地質(zhì)勘察的最大勘察深度為35m，根據(jù)場(chǎng)地土的物理力學(xué)性質(zhì)，可將勘探深度范圍內(nèi)地基土分為3層7亞層，自上而下分述如下：

①1素填土：灰黃色，稍濕，松散。以粉土為主，含碎石、塊石及少量植物根系。硬物質(zhì)含量30～40%，直徑2～15cm不等。三號(hào)大堤綠化帶區(qū)域揭示。層頂標(biāo)高5.75～5.82m，厚度4.40～5.10m。

①2塘泥：灰色，飽和，流塑狀。以粉土為主，含少量有機(jī)質(zhì)，夾碎石。僅鉆孔Z2揭示。層頂標(biāo)高1.12m，厚度0.40m。

②1 砂質(zhì)粉土：黃灰色，濕，稍密-中密。切面粗糙，搖震反應(yīng)迅速，見(jiàn)大量云母碎屑，局部為粘質(zhì)粉土，韌性及干強(qiáng)度較低。全場(chǎng)分布。層頂標(biāo)高0.72～1.41m，厚度4.40～5.90m。

②2粉砂：灰、青灰色，濕，中密。砂質(zhì)不純，粘粒含量低，級(jí)配良好，分選性差，局部相變?yōu)樯百|(zhì)粉土。全場(chǎng)分布。層頂標(biāo)高-4.49～-3.68m，厚度5.20～6.70m。

②3粘質(zhì)粉土：灰色，濕，稍密-中密。切面粗糙，搖震反應(yīng)迅速，見(jiàn)大量云母碎屑，韌性及干強(qiáng)度低。局部夾少量粉質(zhì)粘土。全場(chǎng)分布。層頂標(biāo)高-10.38～-9.69m，厚度5.20～6.71m。

④1粉質(zhì)粘土：灰黃色，軟可塑-硬可塑。切面稍光滑，稍有光澤，無(wú)搖震反應(yīng)，韌性及干強(qiáng)度中等，局部夾粉土薄層。全場(chǎng)分布。層頂標(biāo)高-15.59～-14.68m，厚度8.20～9.90m。

④2粉質(zhì)粘土：灰色，軟可塑。切面稍光滑，有光澤，無(wú)搖震反應(yīng)，韌性及干強(qiáng)度中等，局部夾粉土薄層。全場(chǎng)分布。層頂標(biāo)高-25.48～-23.79m，控制厚度9.40m。

3 滲流穩(wěn)定計(jì)算

滲流穩(wěn)定計(jì)算通常有以下幾種方法：

（1）流網(wǎng)法?？蛇m用各向同性的均質(zhì)地基及非均質(zhì)地基，也適用于各向異性的地基;各種不同的地下輪廓和布置也適用;費(fèi)時(shí)不多，精度足夠。

（2）改進(jìn)阻力系數(shù)法。精度高，應(yīng)用廣泛。

（3）直線比例法。計(jì)算簡(jiǎn)單，精度差，小型水閘可用。

（4）加權(quán)直線法。在直線比例法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，僅對(duì)上、下游兩端的鉛直滲徑進(jìn)行加權(quán)處理。

對(duì)于中小型水利工程，改進(jìn)阻力系數(shù)法在滲流計(jì)算中應(yīng)用較為廣泛。改進(jìn)阻力系數(shù)法是在阻力系數(shù)法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其基本思路為根據(jù)地下輪廓的特點(diǎn)將復(fù)雜的閘基滲流區(qū)域劃分為簡(jiǎn)單的區(qū)段，計(jì)算各典型段的阻力系數(shù)，并得出各典型段的滲壓水頭損失，并對(duì)進(jìn)出口滲壓水頭進(jìn)行修正，最后得出滲壓水頭。同時(shí)計(jì)算出滲流出口比降及水平坡降，以此判斷閘基的滲流穩(wěn)定。[2]

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2016）[3]，初始狀態(tài)下防滲長(zhǎng)度計(jì)算：

L允=C△H

式中：L-閘側(cè)防滲長(zhǎng)度（m）;△H-上、下游水位差（m）;C-允許滲徑系數(shù)值。

本案中△H=3.5m，C=8m，L實(shí)=28m。

實(shí)際地下輪廓線L實(shí)=26m

4 防滲措施及樁長(zhǎng)選擇

防滲設(shè)施：鋪蓋、防滲墻、齒墻及帷幕灌漿等，滯滲。

排水設(shè)施：設(shè)在地下輪廓末端及其下游部位，導(dǎo)滲。

（1）鋪蓋

布設(shè)在閘室上游一側(cè)，長(zhǎng)度約為（3～5）H。

鋪蓋應(yīng)首先具有不透水性，最好具有一定的柔性，以適應(yīng)地基變形。

鋪蓋材料有黏土和黏壤土，必要時(shí)可以采用混凝土、鋼筋混凝土等。小型水閘可以采用漿砌塊石。

鋪蓋的滲透系數(shù)應(yīng)比地基的滲透系數(shù)小100倍以上。

（2）防滲樁

對(duì)以下兩種常用防滲樁進(jìn)行比選：

方案一：Φ60cm高壓旋噴樁，間距0.45m，單根長(zhǎng)11.5m，共280根。

方案二：C30混凝土防滲墻，墻厚0.4m，墻高11.5m，墻總長(zhǎng)度95m。

經(jīng)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，兩種方案防滲效果差距不大，方案一投資較小，最終選擇方案一高壓旋噴樁作為防滲措施。

考慮到水閘為雙向擋水，初始計(jì)算選擇12m樁長(zhǎng)（打入粉質(zhì)粘土層），上下游各布置單排樁。為避免繞滲，樁墻伸出閘墩左右岸各6m，并設(shè)置刺墻，閘墩兩側(cè)采用粘土回填。

計(jì)算結(jié)果如表1。

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2016）[3]：驗(yàn)算閘基抗?jié)B穩(wěn)定性時(shí)，要求水平段和出口段的滲流坡降應(yīng)小于水平段和出口段允許滲流坡降值，中砂水平段J允許=0.10～0.13，出口段允許滲流坡降值J允許=0.25～0.30。水閘出口段滲流坡降均小于允許水力比降，故閘基礎(chǔ)均可滿足抗?jié)B穩(wěn)定要求。

5 處理效果

水閘施工期經(jīng)位移監(jiān)測(cè)及現(xiàn)場(chǎng)勘查，閘室段經(jīng)防滲處理后未出現(xiàn)明顯移位。上游段右岸擋墻未經(jīng)防滲處理，兩段結(jié)構(gòu)段之間出現(xiàn)約5cm移位。經(jīng)調(diào)查分析，此段擋墻基礎(chǔ)原為防護(hù)林，樹(shù)木腐爛后變?yōu)榘堤粒纬蓾B漏通道，完建期河道內(nèi)無(wú)水，擋墻背側(cè)有魚(yú)塘蓄水，與河道存在水頭差，因此造成局部滲漏破壞。

經(jīng)綜合考慮，將移位段擋墻拆除重建，對(duì)此段擋墻基礎(chǔ)采用水泥攪拌樁處理，避免再次產(chǎn)生滲透破壞。

6 結(jié)束語(yǔ)

（1）下沙地區(qū)普遍存在較厚粉砂層，對(duì)水閘滲透安全造成不利影響，水閘設(shè)計(jì)時(shí)需做好充分的防滲措施。

（2）新建水閘附近的魚(yú)塘盡量填埋，或河道通水前禁止魚(yú)塘蓄水。

（3）盡量避免將水閘建在可能存在滲漏通道的位置，如曾發(fā)生過(guò)滲漏破壞的建筑物旁，防護(hù)林舊址等。

（4）水閘施工過(guò)程中需對(duì)位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如出現(xiàn)明顯位移變形，需立即停止施工，并將擋墻背后土方挖開(kāi)、卸載，觀察是否繼續(xù)變位或反向變位。一旦發(fā)現(xiàn)位移變形，需及時(shí)聯(lián)系設(shè)計(jì)、勘察人員分析原因，提出補(bǔ)救措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]張嘉誠(chéng).砂性土地基上的水閘設(shè)計(jì)實(shí)例[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2018（6）：15.

[2]武漢水利水電學(xué)院水力學(xué)教研室.水力計(jì)算手冊(cè)（第二版）[M].北京：水利水電出版社，2006.

[3]水閘設(shè)計(jì)規(guī)范.SL 265-2016[S].

[4]賈順起.淺談平原水閘側(cè)向滲透破壞原因及防治措施[J].科技資訊，2009（18）：87.