沭河上游堤防加固截滲工程方案比選

叢 榕

（臨沂市水務(wù)集團(tuán)有限公司，山東 臨沂 276000）

沭河發(fā)源于沂山南麓，南流經(jīng)山東省沂水、莒縣、莒南、河?xùn)|、臨沭、郯城等縣（市），江蘇省東海、新沂等縣（市），至江蘇新沂口頭入新沂河，全長(zhǎng)300 km，流域面積6 400 km2。沭河上游堤防加固工程治理范圍自潯河口至青峰嶺水庫(kù)（中泓樁號(hào)132+142～70+000），治理河段總長(zhǎng)62.142 km。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，沭河左岸莒縣荊家莊科段（左岸樁號(hào)38+175～39+280 段）、沭河右岸莒縣縣城幕家莊子街段（右岸樁號(hào)33+517～34+907 段）均存在以下問(wèn)題：一是堤防座落于沙基或純沙堤段較多，且堤身為松散細(xì)砂，抗沖和抗風(fēng)蝕能力低、抗?jié)B穩(wěn)定性差；二是上層為黏性土，下層為礫質(zhì)粗砂，兩層間可能存在接觸沖刷，存在堤基滲漏問(wèn)題；三是經(jīng)滲透穩(wěn)定計(jì)算，這兩段堤防下游出逸點(diǎn)比較高、滲流出口坡降大于表層土允許滲流坡降，在滲流作用下將發(fā)生滲透破壞；四是沭河洪峰持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，洪水漫灘，堤后滲水嚴(yán)重。因此，為消除防洪隱患，確保堤防安全，對(duì)這兩個(gè)堤段進(jìn)行截滲加固處理是十分必要的。

1 截滲工程方案比選

根據(jù)已建工程經(jīng)驗(yàn)和工程實(shí)際情況，截滲工程擬定以下6 種方案進(jìn)行比選。

1）方案Ⅰ：垂直鋪塑截滲。利用專門的開(kāi)槽機(jī)開(kāi)出符合設(shè)計(jì)要求的溝槽，然后鋪設(shè)厚0.2 mm的土工膜，塑膜嵌入堤基壤土層內(nèi)0.5 m 或嵌入基巖面以下0.2 m，再回填黏性土，使槽內(nèi)回填土干容重不小于1.45 g/cm3，形成塑膜防滲帷幕。

2）方案Ⅱ：多頭小直徑深層攪拌樁墻截滲。多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻技術(shù)以其成墻防滲效果好、成本低、適用范圍廣、工效高等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)江河堤防等截滲工程中得到廣泛應(yīng)用，具有較成熟的施工經(jīng)驗(yàn)。其施工工藝是利用特制的多頭小直徑深層攪拌機(jī)，按設(shè)計(jì)要求把水泥漿噴入土體并攪拌形成水泥土墻，截滲墻厚度不小于12 cm，嵌入堤基壤土層內(nèi)1.0 m 或嵌入基巖面以下0.2 m，且樁與樁之間搭接良好，墻體連續(xù)，墻體水泥土基本均勻，整體性好，截滲性能好。

3）方案Ⅲ：高壓噴射防滲板墻截滲。按單排孔布設(shè)，孔距1.5 m，嵌入基巖面以下0.2 m，在礫質(zhì)粗砂層內(nèi)采用30°角擺噴，在亞黏土層內(nèi)采用定噴，且要求防滲墻厚度不小于30 cm。

4）方案Ⅳ：黏土斜墻截滲。堤防迎水坡清基后按要求置換黏土，黏土斜墻厚度0.8 m，坡腳設(shè)齒墻，齒墻邊坡 1∶0.8，底寬 1.2 m，深 1.2 m，要求黏土墻體均勻密實(shí)、連接緊密，干容重不小于1.45 g/cm3，無(wú)集中滲漏問(wèn)題。

5）方案Ⅴ：復(fù)合土工膜水平鋪蓋截滲。堤防迎水坡防洪水位1.0 m 以下及灘地水平鋪蓋范圍內(nèi)清基后按要求鋪設(shè)復(fù)合土工膜，上設(shè)厚0.2 m干砌塊石防護(hù)層，防御外界水流或波浪沖擊、風(fēng)化侵蝕、冰凍破壞和遮蔽日光紫外線，下設(shè)厚0.1 m、粒徑為2～4 cm 碎石支持層，保護(hù)非織造土工織物不受破壞，復(fù)合土工膜上端嵌入堤身0.5 m，采用波浪形松弛鋪設(shè)型式，接縫寬度0.1 m，并保證最小黏接寬度0.08 m，且接縫黏接良好，無(wú)集中滲漏問(wèn)題。

6）方案Ⅵ：堤后黏土壓滲蓋重截滲。堤防背水坡清基后，浸潤(rùn)線下游出逸點(diǎn)以下按要求壓蓋清基土，浸潤(rùn)線下游出逸點(diǎn)以上按要求壓蓋黏土，黏土厚度為1.0 m，寬度為堤基發(fā)生滲流破壞的長(zhǎng)度，邊坡1∶2.5，要壓蓋黏土均勻密實(shí)、連接緊密，干容重不小于1.45 g/cm3，無(wú)集中滲漏問(wèn)題。方案比較見(jiàn)表1。

表1 截滲方案比較表

經(jīng)綜合分析比較，方案Ⅰ垂直鋪塑截滲具有施工工藝簡(jiǎn)單、施工速度快、防滲效果好、投資少、易與大堤防滲相結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)，但在砂堤上施工易塌槽，施工質(zhì)量難以保證；方案Ⅱ多頭小直徑深層攪拌樁截滲除具有方案Ⅰ的優(yōu)點(diǎn)外，還具有加固堤防或堤基，震動(dòng)小、無(wú)棄土等優(yōu)點(diǎn)；方案Ⅲ成墻深度大，防滲效果好，但是施工工序多，施工復(fù)雜，投資大；方案Ⅳ施工工藝簡(jiǎn)單，投資居中，但施工速度慢，占地多，尤其是當(dāng)?shù)仞ね羶?chǔ)量不足需外購(gòu)；方案Ⅴ施工工藝簡(jiǎn)單，防滲效果好，但是施工速度慢，占地多，允許流速小，投資大，耐久性差，使用年限僅20～30 a，抵抗人類活動(dòng)及生物破壞的能力低；方案Ⅵ施工工藝簡(jiǎn)單，投資相對(duì)較低，但是施工速度慢，占地多，尤其是當(dāng)?shù)仞ね羶?chǔ)量不足需外購(gòu)，抵抗人類活動(dòng)及生物破壞的能力低，工程建成后管理不便。

本次設(shè)計(jì)選用方案Ⅱ多頭小直徑深層攪拌樁截滲方案，對(duì)相對(duì)不透水層埋藏淺的堤段采用封閉式截滲，對(duì)相對(duì)不透水層埋藏深的堤段采用懸掛式截滲，截滲深度以滿足堤防下游堤坡和堤基滲流坡降小于表層土允許滲流坡降。

2 截滲工程設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)是在堤頂采用多頭小直徑深層攪拌樁，截滲軸線布置在距堤內(nèi)肩1.0 m 的堤頂上。參照已建類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，確定堤防截滲上限取設(shè)計(jì)洪水位以上0.5 m 與現(xiàn)狀堤頂高程以下1.0 m 中的大值，封閉式截滲下端嵌入堤基壤土層內(nèi)1.0 m，懸掛式截滲深度滿足堤防下游堤坡和堤基表層土允許滲流坡降。

墻體厚度主要由墻體允許滲透破壞比降控制，另外要考慮施工機(jī)具、施工時(shí)可能造成的允許偏差和墻體壽命。

根據(jù)有關(guān)資料，截滲墻體厚度可按下式計(jì)算取值：

式中：δ 為最小防滲墻厚度，m；△H 為防滲水頭差，m；[J]為設(shè)計(jì)允許破壞比降（一般取滲透破壞比降的1/2）。

墻體允許滲透破壞比降受材料配比影響，有一定的變化范圍。根據(jù)國(guó)內(nèi)已建截滲墻工程試驗(yàn)結(jié)果，墻體抗?jié)B透破壞比降不小于200，設(shè)計(jì)允許破壞比降一般采用60。由此計(jì)算的截滲墻體最大厚度為97 mm，本次設(shè)計(jì)采用墻厚120 mm。

防滲墻墻體厚度采用120 mm，選用鉆頭直徑為φ200 mm。每一個(gè)單元墻按三序樁施工，樁間搭接長(zhǎng)度應(yīng)不小于50 mm，施工單元墻搭接長(zhǎng)度應(yīng)不小于100 mm，樁間搭接間歇時(shí)間不得超過(guò)24 h，如因特殊原因超過(guò)上述時(shí)間，應(yīng)對(duì)最后一根樁搭接處進(jìn)行空鉆留出榫頭以待下一批樁搭接；如間歇時(shí)間過(guò)長(zhǎng)（如停電等），與后續(xù)樁無(wú)法搭接，應(yīng)采取局部補(bǔ)樁或注漿措施。水泥摻入量及水灰比應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)成墻試驗(yàn)確定，通過(guò)成墻試驗(yàn)選擇最優(yōu)漿液配比，輸漿的工作壓力、輸漿量和與之相匹配的鉆頭下沉、提升速度，以及相應(yīng)的允許電流等技術(shù)參數(shù)。

3 截滲效果復(fù)核

對(duì)于完全截?cái)嗤杆袒姆忾]式截滲堤段，按不透水堤基計(jì)算滲流量、堤防浸潤(rùn)線下游出逸點(diǎn)高度和滲流坡降；對(duì)于不完全截?cái)嗤杆袒牡潭危瑢賾覓焓浇貪B墻，按透水堤基計(jì)算滲流量、堤防浸潤(rùn)線下游出逸點(diǎn)高度和滲流坡降。多頭小直徑深層攪拌樁墻體的滲透系數(shù)采用2×10-6cm/s。截滲后滲流坡降計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

由計(jì)算結(jié)果可知，上述堤段截滲后堤防下游出逸點(diǎn)滲流坡降均小于表層土允許滲流坡降，堤防下游出逸點(diǎn)高度降低，堤防與堤基在滲流作用下，滿足滲透穩(wěn)定要求。

表2 截滲后堤防滲透穩(wěn)定計(jì)算成果表