長(zhǎng)江堤防防滲加固技術(shù)分析

金 軍

（安慶市長(zhǎng)江河道管理處二分處，安徽 安慶 246008）

在我國(guó)長(zhǎng)江流域的堤防工程除險(xiǎn)和加固的施工作業(yè)過程中，防滲加固是一類關(guān)鍵的工程解決方案。按照國(guó)內(nèi)、國(guó)際上的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，堤防工程的防滲加固模式有多種，比如在迎水面位置修建防滲的鋪蓋、垂直類型的防滲墻、防滲的斜坡墻、填塘的固定地基和減壓用排水井等等解決方案。在工程實(shí)際推進(jìn)的過程中，需要依據(jù)滲流的實(shí)際情況，科學(xué)選取一類或者多類防滲加固方案來實(shí)現(xiàn)除險(xiǎn)加固的效果。

1 工程情況簡(jiǎn)述

某市的長(zhǎng)江堤防防洪能力提升項(xiàng)目，該工程實(shí)施的范圍包含了長(zhǎng)江位置的主江堤，長(zhǎng)度共18.187 km，工程項(xiàng)目的主要內(nèi)容包含：（1）根據(jù)防洪工程的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)校核江堤部位防洪工程的高程，針對(duì)長(zhǎng)江的堤防主江堤部位應(yīng)用增高防浪圍墻、加強(qiáng)堤身的防滲能力、堤防橫斷面的覆土寬度加強(qiáng)以及背水坡區(qū)域的坡頂增加擋土墻等模式進(jìn)行項(xiàng)目工程的加固作業(yè)；（2）主江堤區(qū)域全程進(jìn)行防洪線的封閉作業(yè)；（3）主江堤區(qū)域全程進(jìn)行堤頂?shù)缆返姆伦鳂I(yè)；（4）主江堤區(qū)域全程堤腳部位的排水系統(tǒng)進(jìn)一步完善；（5）主江堤區(qū)域的涵洞全部進(jìn)行拆除并重新修建，水閘裝置也進(jìn)行拆除和重新修建；（6）堤防區(qū)域的配套管理裝置進(jìn)一步完善。

2 原江堤區(qū)域的防滲加固相關(guān)設(shè)計(jì)方案

按照前期的地質(zhì)勘探報(bào)告，該段江堤區(qū)域的3個(gè)工程地質(zhì)分段之中，堤身土體的滲透系數(shù)為K=（1.3×10-4～1.4×10-4）cm/s（根據(jù)注水試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)），屬中等到偏弱的透水性能，堤身現(xiàn)階段也有發(fā)生滲透的情況，并且參考滲透以及滲流計(jì)算的結(jié)果，堤防滲流的量屬于偏大的情況。雖然之前曾經(jīng)針對(duì)部分江提區(qū)域?qū)嵤┝伺压酀{的施工操作，不過其作用通常是為了整治白蟻病害，最新的一次地質(zhì)學(xué)勘探的結(jié)果說明曾經(jīng)進(jìn)行劈裂灌漿操作的區(qū)段的堤身滲透系數(shù)，其注水試驗(yàn)的結(jié)果仍為1×10-5cm/s左右。所以為了確保堤防工程的安全和穩(wěn)定，需要對(duì)江堤項(xiàng)目工程實(shí)施全線的封閉。

本工程的初步設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用多頭小直徑深層攪拌樁類型的截滲方案對(duì)堤防區(qū)域進(jìn)行全段的防滲操作，如圖1所示。該方法作業(yè)效率高，工藝過程簡(jiǎn)單，墻體呈現(xiàn)連續(xù)性，如圖2所示，滿足相關(guān)的防滲要求，并且造價(jià)較低。工程機(jī)械為一機(jī)三鉆頭，單排布孔，水泥滲入量為18%，防滲墻的厚度為180 mm，滲透系數(shù)k＜1×10-7cm/s，防滲墻穿透堤身土深入到相對(duì)不透水層（也就是A層土）不得小于1 m。

圖1 多頭小直徑深層攪樁類型防滲加固典型斷面圖

圖2 多頭小直徑深層攪樁類型防滲墻布置圖

3 施工中遇到的問題

本段江堤施工中的第6標(biāo)段江堤（河以東段，長(zhǎng)約2.5 km）在實(shí)施多頭小直徑深層攪樁類型作業(yè)中多次遇到樁機(jī)鉆進(jìn)困難的情況。為明確堤身填土部位碎石以及灰土墊層的具體分布情況，對(duì)于工程段江堤實(shí)施補(bǔ)充的地質(zhì)勘察。根據(jù)結(jié)果，此段堤防區(qū)域夾碎石范圍比較大，多數(shù)部分堤身填土中都存在上、下2層碎石或者灰土的墊層，這種情況對(duì)于多頭小直徑防滲墻的作業(yè)過程有顯著的影響，從現(xiàn)場(chǎng)情況來看，因?yàn)榇硕蔚谭绤^(qū)域建有多處碼頭，因此堤身中含有的碎石或者灰土夾層有可能是早期碼頭圍灘造堤施工中沒能依據(jù)堤防工程的填土要求進(jìn)行施工，加上歷次堤防增高時(shí)沒有清除原有路面的結(jié)構(gòu)層所導(dǎo)致的[1]。

4 江堤防滲加固施工方法的選擇

4.1 各類江堤防滲加固方案優(yōu)勢(shì)對(duì)比

根據(jù)地質(zhì)勘察的數(shù)據(jù)，對(duì)于施工6標(biāo)段的堤身防滲加固措施給出如下方案。

4.1.1 技術(shù)方案（1）：迎水坡復(fù)合型土工膜處理+水泥混凝土攪拌樁防滲水處理

迎水坡復(fù)合型土工膜處理+水泥混凝土攪拌樁防滲水處理保留迎水區(qū)域側(cè)護(hù)坡，坡面鋪設(shè)有5.155 cm砂石層找平操作后進(jìn)行復(fù)合土工膜的鋪設(shè)操作，在膜上澆筑15.155 cm的C25.115現(xiàn)澆混凝土進(jìn)行護(hù)坡；復(fù)合土工膜應(yīng)用兩布一膜類型復(fù)合膜，規(guī)格是215.615 g/m2、0.515 mm/m2、215.775 g/m2，防滲透安全系數(shù)k小于1×10-12cm/s。在迎水側(cè)的灘地區(qū)域距離堤腳處2.615 m處設(shè)水泥攪拌樁構(gòu)成的防滲墻，相關(guān)工程機(jī)械使用的鉆頭直徑為500.725 mm，鉆桿的間距為449.615 mm，墻體完工后的厚度為221.535 mm，防滲透安全系數(shù)k小于1×10-7cm/s，防滲墻穿透堤身土（也就是A層土）深入到相對(duì)不透水層的深度不得小于1.685 m。土工膜頂部以及底部能夠使用M12螺栓錨入堤防的防浪墻以及拌樁防滲墻內(nèi)部[2]。

4.1.2 技術(shù)方案（2）：塑性水泥混凝土防滲墻體

水利工程相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)人員使用專用的打孔裝置進(jìn)行孔槽的營(yíng)造工作，使用水泥砂漿進(jìn)行護(hù)壁作業(yè)，使用導(dǎo)管裝置在灌滿水泥砂漿的槽孔內(nèi)部灌注塑性水泥混凝土并且將泥漿置換出來，進(jìn)而形成堅(jiān)固的墻體。防滲墻體部頂高度行程數(shù)值是8.715 m，防滲墻體的厚度數(shù)值是0.375 m，防滲透安全系數(shù)k小于1×10-7cm/s，防滲墻體穿透堤身土進(jìn)入相應(yīng)防透水層≥1.575 m。塑性水泥混凝土的水泥占比數(shù)量≥80.715 kg/m3，膨潤(rùn)土的使用數(shù)量≥40.715 kg/m3，水泥和膨潤(rùn)土總共使用數(shù)量≥160.715 kg/m3，凝膠原材料的總共使用量≥240.715 kg/m3，含砂率≥45.275%。

4.1.3 技術(shù)方案（1）與技術(shù)方案（2）對(duì)比

上述兩類技術(shù)方案在施工技術(shù)及原理上均是能夠?qū)崿F(xiàn)的，而且水利工程相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)人員在施工作業(yè)的過程中不受限制于堤身孤石、碎石以及夾層灰土的影響?，F(xiàn)將兩類技術(shù)方案的經(jīng)濟(jì)適用性進(jìn)行分析對(duì)比。技術(shù)方案（1）迎水坡復(fù)合型土工膜處理+水泥混凝土攪拌樁防滲水處理只是在迎水坡側(cè)面進(jìn)行施工作業(yè)，對(duì)于堤頂?shù)缆繁砻?、背水坡路以及護(hù)堤地面的施工作業(yè)的干擾程度是非常小的，對(duì)于施工工期的影響也是非常小的，然而此類技術(shù)方案對(duì)于水利工程相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)人員的施工作業(yè)品質(zhì)的要求是非常高的。技術(shù)方案（2）塑性水泥混凝土的防滲墻主墻體的連續(xù)性能是非常優(yōu)異的，該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是防滲性能安全可靠，主防滲墻墻體的耐久性能優(yōu)良，其中非墻體力學(xué)性能為塑性，能夠適應(yīng)堤防的形變，進(jìn)而和堤身土進(jìn)行緊密的結(jié)合。然而水利工程相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)人員在施工作業(yè)的過程中，必須搭建起符合防滲墻施工作業(yè)技術(shù)要求的施工作業(yè)平臺(tái)，施工作業(yè)的速率相對(duì)比較緩慢，對(duì)于施工周期的影響還是非常大的，與此同時(shí)必須把已經(jīng)完成施工的堤頂覆土區(qū)域開挖并且將已經(jīng)鋪設(shè)好的加筋土工格柵盤起，等到防滲墻主體施工作業(yè)結(jié)束以后重新鋪設(shè)并且進(jìn)行回填土作業(yè)。上述2類技術(shù)方案的投資對(duì)比結(jié)果見表1。

表1 6標(biāo)段堤身防滲2種技術(shù)方案的投資規(guī)劃對(duì)比結(jié)果

水利工程相關(guān)技術(shù)人員采用以上2種技術(shù)方案在技術(shù)上以及原理上都能夠符合堤身防滲相關(guān)法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)，在堤防設(shè)計(jì)安全使用周期以內(nèi)都能夠保證堤防的防滲安全過程。但是技術(shù)方案（2）塑性水泥混凝土防滲墻體施工作業(yè)的速率是比較緩慢的，對(duì)于施工工期的影響是非常大的，開槽施工作業(yè)對(duì)于第6標(biāo)段已經(jīng)結(jié)束的堤身覆土以及加筋土工格柵的影響都是比較大的，并且投入的資金數(shù)額是非常龐大的。技術(shù)方案（1）迎水坡復(fù)合型土工膜處理+水泥混凝土攪拌樁防滲水處理在施工作業(yè)能夠和堤頂路面、背水坡路段以及護(hù)堤地綠化的施工作業(yè)確保一同實(shí)施，相互之間的影響非常微弱，對(duì)于第6標(biāo)段施工周期的影響也是比較小的，并且不需要針對(duì)堤頂覆土及加筋土工格柵實(shí)施再一次施工作業(yè)?；诖?，此次第6標(biāo)段堤身防滲處理技術(shù)方案優(yōu)選推薦選擇技術(shù)方案（1）。

4.2 長(zhǎng)江堤防滲流穩(wěn)定性校核研究

水利工程相關(guān)技術(shù)人員使用Autobank應(yīng)用軟件針對(duì)水泥攪拌樁與復(fù)合土工膜進(jìn)行防滲施工作業(yè)以后江堤滲流穩(wěn)定實(shí)施校核及模擬，如圖3所示，相關(guān)校核結(jié)果詳見相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果得出，此類江堤防滲技術(shù)方案能夠最大限度地減少浸潤(rùn)線及降低滲漏數(shù)量，防滲施工作業(yè)以后的防滲效果是非常顯著的，堤防滲透安全穩(wěn)固及抗滑平穩(wěn)性都完全符合相關(guān)行業(yè)內(nèi)法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。水利工程相關(guān)技術(shù)人員根據(jù)上述兩類技術(shù)方案進(jìn)行對(duì)比及研究得出，第6標(biāo)段江堤更改成使用采用復(fù)合土工膜+水泥混凝土攪拌樁技術(shù)方案實(shí)施江堤防滲處理，水利工程相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)人員在施工作業(yè)完成以后，經(jīng)過權(quán)威部門的檢驗(yàn)土工膜防滲效果等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)都能夠完全符合相關(guān)設(shè)計(jì)的要求[3]。

圖3 迎水坡路段鋪設(shè)復(fù)合型土工膜與水泥攪拌樁防滲處理的經(jīng)典斷面剖視圖

5 結(jié)束語

綜上所述，水利工程相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)人員在此工程施工作業(yè)過程中，對(duì)于堤防加固各種不同類型地質(zhì)狀況使用了2類不同的防滲技術(shù)方案，在施工作業(yè)完成以后當(dāng)前環(huán)境運(yùn)行中都取得了非常理想的防滲效果。臨水坡鋪設(shè)土工膜防滲效果是非常優(yōu)良的，并且施工作業(yè)工藝是非常方便的，并且施工工期較短。水利工程相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)人員在進(jìn)行堤防防滲加固過程中，必須結(jié)合堤防滲漏各種因素、各個(gè)區(qū)域的地質(zhì)狀況以及造價(jià)成本等重要因素，針對(duì)防滲技術(shù)方案實(shí)施經(jīng)濟(jì)適用性對(duì)比與選擇，進(jìn)而選擇最科學(xué)合理的技術(shù)方案。