高壓定噴灌漿截滲墻在環(huán)巢湖生態(tài)修復(fù)四期工程中的應(yīng)用

張玉程

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）第六設(shè)計(jì)院有限公司，安徽 合肥 230061）

1 概述

環(huán)巢湖生態(tài)修復(fù)四期工程共包含13個(gè)單項(xiàng)工程，廬北大圩堤防截滲工程即為其中之一。廬北大圩位于廬江縣北部，東臨巢湖，總面積136.9 km2，耕地面積0.92萬(wàn)hm2畝，是廬江縣唯一的10萬(wàn)畝以上圩口。廬北大圩堤防截滲工程主要內(nèi)容：杭埠河右堤堤防截滲，總長(zhǎng)19.5 km，采用水泥土攪拌樁截滲墻；白石天河左堤堤防截滲，總長(zhǎng)11.65 km，采用高噴灌漿截滲墻。本文主要針對(duì)白石天河左堤的高噴灌漿截滲墻進(jìn)行探討。

根據(jù)地勘報(bào)告，白石天河左堤，堤身為雜填土，滲透系數(shù)K=1.76×10-4cm/s，中等透水性，厚度約6.0 m～7.0m，局部存在建筑垃圾；堤基中透水層為②2層輕粉質(zhì)壤土、砂壤土，滲透系數(shù)K=3.40×10-4cm/s，中等透水性，厚度約5.0 m，埋深約15.0 m。綜合白石天河左堤的地質(zhì)情況、截滲墻深度情況，造價(jià)較低的水泥土攪拌樁截滲墻不適用于該段堤防，本次設(shè)計(jì)擬采用高噴灌漿截滲墻。高噴灌漿截滲墻主要有旋噴、擺噴、定噴等3種形式，在滿足工程安全性的前提下兼顧工程經(jīng)濟(jì)性，經(jīng)綜合比選后，設(shè)計(jì)采用高壓定噴灌漿截滲墻。

2 高壓定噴灌截滲墻設(shè)計(jì)

為保證成墻可靠，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)合理，高壓定噴灌漿截滲墻的連接方式選擇定噴折接，三管法（CJP工法）施工。

高壓定噴灌漿截滲墻的設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容包括以下4方面內(nèi)容：

（1）截滲墻厚度的計(jì)算；（2）定噴孔距的計(jì)算；（3）截滲墻貫入深度的計(jì)算；（4）截滲墻與現(xiàn)狀穿堤建筑物的連接。

2.1 截滲墻厚度的計(jì)算

截滲墻厚度主要取決于墻體的滲透穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)應(yīng)力等因素。滲透穩(wěn)定性主要由允許水力比降控制，結(jié)構(gòu)應(yīng)力主要由強(qiáng)度指標(biāo)控制。結(jié)構(gòu)應(yīng)力在大壩工程中應(yīng)予以重視，在堤防工程中，因墻深不大且有土體的圍壓作用，截滲墻通常不會(huì)因?yàn)閺?qiáng)度問(wèn)題而破壞。

根據(jù)《深層攪拌法技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5425-2018），截滲墻厚度D可按下式進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算：

式中：H為截滲墻作用水頭，按6.0 m全水頭計(jì)；[J]為高噴凝結(jié)體的允許水力比降，查閱相關(guān)資料[J]基本為80～100，本次取[J]=100；η 為系數(shù)，可取 1.1～1.4，本次取 1.3。

經(jīng)計(jì)算，D=1.3×6/100=0.08 m。結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，高壓定噴凝結(jié)體，中部最薄，一般為10 cm左右，故墻厚可滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2 定噴孔距的計(jì)算

高壓定噴灌漿折接時(shí)的孔距，可通過(guò)下式確定。

式中：L1為高壓定噴灌漿折接時(shí)的孔距，m；L為高壓定噴墻的有效長(zhǎng)度，m，根據(jù)地質(zhì)情況及施工方法，取2.4；α為噴射板墻與施工軸線的夾角，取15°；ΔL為高噴防滲板墻的搭接長(zhǎng)度，m，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，ΔL≥0.3 m。

經(jīng)計(jì)算，孔距L1=2.03 m，結(jié)合本地區(qū)的工程經(jīng)驗(yàn)，為保證搭接可靠，取孔距L1=1.40 m。

2.3 截滲墻貫入深度的計(jì)算

高壓定噴灌漿截滲墻貫入深度（墻底進(jìn)入相對(duì)不透水層的深度），可通過(guò)下式確定。

式中：d為截滲墻貫入深度，m；H為作用水頭，m，取6.0 m；J為接觸面允許滲透比降，取5～6；b為高壓定噴灌漿截滲墻有效厚度，m，查閱相關(guān)資料結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)，取0.1。

經(jīng)計(jì)算，貫入深度d=0.45 m，考慮施工方便，取貫入深度d=0.50 m。高壓定噴灌漿截滲墻底穿過(guò)透水層（②2輕粉質(zhì)壤土、砂壤土層）進(jìn)入相對(duì)不透水層中（③1淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土層或③2重粉質(zhì)壤土層），不小于0.50 m，形成半封閉式截滲墻。

2.4 截滲墻與現(xiàn)狀穿堤建筑物的連接

白石天河左堤沿線分布有多處穿堤涵閘，基本為鋼筋砼箱涵結(jié)構(gòu)。高壓定噴灌漿截滲墻與現(xiàn)狀穿堤涵閘之間，需采取有效措施，保證截滲墻與穿堤涵閘之間連接可靠，防止墻、涵之間的接觸沖刷，形成集中滲漏通道，以保證截滲效果的連續(xù)性。

結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本次設(shè)計(jì)，截滲墻與穿堤涵閘之間擬采用高壓旋噴灌漿的形式進(jìn)行連接。高壓旋噴灌漿，設(shè)計(jì)孔徑1.0 m，孔距0.6 m，樁底進(jìn)入相對(duì)不透水層中0.5 m，采用雙排套接形式，共2排，每排3根，單個(gè)穿堤涵閘左右側(cè)合計(jì)12根，旋噴樁軸線與現(xiàn)狀穿堤涵閘軸線平行，與截滲墻軸線垂直。

2.5 截滲墻設(shè)計(jì)施工方案

為提高防滲效率，截滲墻宜布置在迎水側(cè)，由于白石天河左堤堤頂防汛道路已實(shí)施，為避免截滲墻施工對(duì)防汛道路的破壞，本次設(shè)計(jì)截滲墻沿迎水側(cè)土路肩中心線布置。設(shè)計(jì)截滲墻頂高程平20年一遇設(shè)計(jì)洪水位，截滲墻底穿過(guò)透水層（②2輕粉質(zhì)壤土、砂壤土層）進(jìn)入相對(duì)不透水層中（③1淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土層或③2重粉質(zhì)壤土層），不小于0.50 m，形成半封閉式截滲墻。

圖1 堤防截滲方案典型斷面圖

高壓定噴灌漿截滲墻，孔距1.40 m，與施工軸線夾角為15°，分兩序孔進(jìn)行施工，先噴灌一序孔，后噴灌二序孔，相鄰孔作業(yè)時(shí)間間隔控制在12 h～72 h范圍內(nèi)。

圖2 高壓定噴截滲墻孔位布置示意圖

高壓定噴灌漿截滲墻，設(shè)計(jì)工藝參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 高壓定噴灌漿截滲墻設(shè)計(jì)工藝參數(shù)表

3 高壓定噴灌漿截滲墻截滲效果分析

高壓定噴灌漿截滲墻的截滲效果，可通過(guò)對(duì)采用截滲墻前后的堤防滲透穩(wěn)定相關(guān)指標(biāo)的變化來(lái)體現(xiàn)。滲透穩(wěn)定分析采用河海大學(xué)編制的“AutoBANK”軟件進(jìn)行計(jì)算，該程序采用有限元方法求解二維滲流控制方程，目前國(guó)內(nèi)普遍使用，具有較高的精度和較好的適用性，認(rèn)可度較高。計(jì)算采用二維有限元方法并繪制流網(wǎng)，然后對(duì)滲流穩(wěn)定要求的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)地勘資料，白石天河左堤各地層滲透性試驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 堤防各地層滲透性參數(shù)表

3.1 未采用截滲墻時(shí)堤防滲流穩(wěn)定分析

選取代表性斷面，對(duì)白石天河左堤未采取截滲措施的現(xiàn)狀堤防進(jìn)行滲流穩(wěn)定計(jì)算，計(jì)算成果見(jiàn)表3。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，現(xiàn)狀斷面②2層（輕粉質(zhì)壤土、砂壤土）頂覆蓋層垂直比降較大，超過(guò)允許垂直比降（0.49，地勘報(bào)告中該土層的允許垂直比降建議值），部分?jǐn)嗝娉鲆蔹c(diǎn)距地面較高，為1.5 m左右。2016年汛期白石天河左堤險(xiǎn)情多為堤身滲漏、背水側(cè)堤身滑坡、堤身散浸等，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查可知，造成此類險(xiǎn)情的主要原因是長(zhǎng)時(shí)間高水位情況下，背水側(cè)堤坡出逸點(diǎn)過(guò)高。

表3 未采用截滲墻時(shí)堤防滲流計(jì)算成果表

3.2 采用截滲墻后堤防滲流穩(wěn)定分析

選取代表性斷面，對(duì)白石天河左堤采用高壓定噴灌漿截滲墻后的堤防進(jìn)行滲流穩(wěn)定計(jì)算，計(jì)算成果見(jiàn)表4。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，②2層（輕粉質(zhì)壤土、砂壤土）頂覆蓋層垂直比降為0.30左右，小于允許垂直比降（0.49，地勘報(bào)告中該土層的允許垂直比降建議值），出逸點(diǎn)距地面高度0.50 m左右。

表4 采用高壓定噴灌漿截滲墻后滲流計(jì)算成果表

選取代表性斷面，對(duì)白石天河左堤采用高壓定噴灌漿截滲墻前后相關(guān)參數(shù)的變化列表進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表5。由表中數(shù)據(jù)可知，②2層（輕粉質(zhì)壤土、砂壤土）頂超靜水頭減少0.4 m～0.6 m左右；垂直比降降低0.5左右；出逸點(diǎn)高程降低1.0 m左右，截滲效果明顯。

表5 采用高壓定噴灌漿截滲墻前后對(duì)比表

4 結(jié)論與建議

通過(guò)上述分析可知，高壓定噴灌漿截滲墻在降低滲流比降方面有顯著作用，可以有效減少堤后覆蓋層的垂直比降，降低下游浸潤(rùn)線高度及出逸點(diǎn)高程，從而減少堤身散浸范圍，提高堤坡滲流穩(wěn)定安全。

結(jié)合設(shè)計(jì)參數(shù)，白石天河左堤堤防截滲工程在正式實(shí)施之前進(jìn)行了高壓定噴灌漿工藝試驗(yàn)。工藝試驗(yàn)完成14天后進(jìn)行淺部開(kāi)挖，28天后進(jìn)行鉆芯取樣，試樣送室內(nèi)試驗(yàn)。淺部開(kāi)挖顯示，單孔連續(xù)墻有效長(zhǎng)度≥2.5 m，延伸長(zhǎng)度≥3.8 m，墻厚≥0.1 m，墻體連續(xù)性好，外觀均勻、平整，未發(fā)現(xiàn)明顯蜂窩和孔洞等質(zhì)量缺陷，外觀質(zhì)量滿足要求。室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果顯示，滲透系數(shù)K≤1×10-6cm/s，90天齡期抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu90在 3.48 MPa～5.61 MPa之間，相關(guān)參數(shù)均滿足設(shè)計(jì)要求。

高壓定噴灌漿截滲墻既滿足工程安全性，又兼顧工程經(jīng)濟(jì)性，其用于堤防加固設(shè)計(jì)中是合適的。廬北大圩堤防截滲工程于2017年6月開(kāi)工建設(shè)并于2018年初完工，經(jīng)過(guò)了2018年汛期考驗(yàn)，目前運(yùn)行良好，為廬北大圩的防洪保安提供重要支撐。