某河道堤防防滲工程方案分析

齊凱

（遼寧省清河水庫(kù)管理局有限責(zé)任公司，遼寧 鐵嶺 112003）

堤防工程是河道防洪工程的重要組成部分，堤防結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性對(duì)河道沿線居民的生產(chǎn)、生活安全有重大影響[1，2]。滲流破壞是堤防工程常見的破壞形式，因此，加強(qiáng)堤防結(jié)構(gòu)防滲工程是十分必要的[3-5]。堤防防滲工程設(shè)計(jì)需要充分考慮堤防工程的工程地質(zhì)條件、施工條件等多方面因素，選取適宜的防滲方案，保證工程安全和防滲效果。

1 工程概況

河道堤防堤身土成份以砂壤土為主，局部堤段堤身為砂壤土夾細(xì)砂。堤基表層土最上層和堤身土相同，為砂壤土，往下為細(xì)砂、淤泥質(zhì)粘土、重粉質(zhì)壤土中粗砂，局部堤段分布有粉質(zhì)粘土和礫石層。總體來(lái)說(shuō)堤身、堤基土質(zhì)較差，滲透系數(shù)較大，沿線堤身堤基容易發(fā)生滲透破壞。根據(jù)堤身和堤基土質(zhì)分層，分段選取了代表斷面進(jìn)行滲流穩(wěn)定計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明，除左堤75+980，91+952和右堤93+760 典型斷面所代表堤段的堤基滲透比降小于允許滲透比降，右堤104+292 斷面的堤基、堤坡滲透比降小于允許滲透比降外，其它均超過(guò)允許比降，有發(fā)生滲透破壞的可能，需采取截滲措施。根據(jù)地質(zhì)情況劃分的分段情況和滲流計(jì)算結(jié)果，此次治理擬對(duì)河道沿線可能發(fā)生滲透破壞的堤段進(jìn)行截滲處理，河道橫排頭以下堤防擬進(jìn)行防滲處理的堤防共5 段，長(zhǎng)5 906 km，其中左堤3 段，右堤2 段。

2 防滲方案比選

根據(jù)堤基砂層的具體情況，此次設(shè)計(jì)擬定5 個(gè)方案，分別從技術(shù)可行性、施工工藝和工程投資等方面進(jìn)行比選。

2.1 垂直鋪塑防滲

垂直鋪塑軸線設(shè)在堤頂中心線上游1.5 m 處，下端插入堤基壤土層內(nèi)0.5 m 或嵌入基巖面以下0.2 m。適用范圍：粘土、砂土、砂礫石層和含有少量大粒徑砂漿石層。技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：開槽深度為10～15 m，寬16～30 cm，滲透系數(shù)k＜1×10-6cm/s，施工工效平均為150 m2/臺(tái)班，綜合造價(jià)70 元/m2。優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)可行，工效高，工程造價(jià)低，施工工藝簡(jiǎn)單，防滲效果好；缺點(diǎn)：易遭受石子及尖硬物刺穿、鼓破，槽內(nèi)回填土不易壓實(shí)。

2.2 高壓噴射灌漿防滲

高壓噴射灌漿是目前水利工程中應(yīng)用較為廣泛的防滲措施之一，經(jīng)多年研究和應(yīng)用，技術(shù)比較成熟。初擬防滲墻為折線形連接的單排板墻，孔距1.5 m，擺噴角為25°。灌漿軸線設(shè)在堤頂中心線上游1.5 m 處，下端嵌入基巖面以下0.2 m。適用范圍：含砂量較大的砂土層和含礫粒徑小于5 cm 的砂礫石層。技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：最大成墻深40 m，厚22 cm，滲透系數(shù)k＜1×10-6cm/s，施工工效平均為150 m2/臺(tái)班，綜合造價(jià)250 元/m2。優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)可行，工效高，成墻深度大，防滲效果好，施工工藝簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：工程造價(jià)較高。

2.3 多頭小直徑攪拌樁

截滲墻軸線設(shè)在堤頂中心線上游1.5 m 處，下端嵌入基巖面以下0.2 m，初擬截滲墻厚0.15 m。適用范圍：粘土、砂土、粉質(zhì)粘土和含礫粒徑小于5 cm的砂礫石層。技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：最大成墻深18 m，厚10～30 cm，滲透系數(shù)k＜1×10-6cm/s，施工工效平均為150 m2/臺(tái)班，綜合造價(jià)70～100 元/m2。優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)可行，工效高，工程造價(jià)較低，防滲效果好；缺點(diǎn)：對(duì)于密實(shí)的礫質(zhì)粗砂地層施工難度較大，并受防滲墻深度限制。

2.4 減壓井

減壓井方案是通過(guò)打穿堤防背水側(cè)堤基表面弱透水層，使下覆中等、強(qiáng)透水層滲水壓力降低，有效降低堤身浸潤(rùn)線，該技術(shù)是防止堤防滲透破壞的一種有效措施。適用范圍：表層有弱透水層覆蓋。優(yōu)點(diǎn)：施工工藝簡(jiǎn)單，操作方便，工程造價(jià)低；缺點(diǎn)：運(yùn)行幾年后容易淤堵，效果漸減，需要后期維護(hù)管理。

2.5 壓滲

堤后壓滲是堤防加固中常用的一種工程措施，設(shè)計(jì)壓蓋土層的透水性應(yīng)大于其下覆蓋層，一般吸取江河泥沙吹填至堤內(nèi)地面作為壓蓋土。適用范圍：堤后有強(qiáng)透水砂層出露，或者上部為弱透水的粘土覆蓋層、下部為強(qiáng)透水的砂層（間或有弱透水夾層）。優(yōu)點(diǎn)：施工工藝簡(jiǎn)單，工程單價(jià)較低；缺點(diǎn)：需要土方工程量較大，占用土地資源較多。

根據(jù)以上各種截滲措施的優(yōu)缺點(diǎn)，此次河道治理選用多頭小直徑攪拌樁方案。由于河道下游河段堤防大部分為砂堤砂基，部分堤段單獨(dú)采用多頭小直徑攪拌樁防滲措施仍不能滿足防滲要求，對(duì)于堤基、堤坡均不穩(wěn)定的，采取多頭小直徑攪拌樁結(jié)合減壓井截滲方案；對(duì)于堤基穩(wěn)定、堤坡不穩(wěn)定的，采取減壓井方案。

3 截滲工程設(shè)計(jì)

3.1 多頭小直徑攪拌樁

多頭小直徑攪拌樁截滲墻軸線位于迎水側(cè)堤肩1.5 m 處，下端嵌入相對(duì)不透水層0.5 m，沒有相對(duì)不透水層或者相對(duì)不透水層較薄，不能起到很好隔水作用的堤段，此次采用懸掛式截滲墻延長(zhǎng)滲徑，防止發(fā)生滲透破壞。墻體厚度計(jì)算方法如下：

式中：δ為最小厚度，m；△H為防滲水頭差，m；[J]為設(shè)計(jì)允許破壞比降。

截滲墻體最小厚度為90 mm，此次設(shè)計(jì)采用墻厚150 mm，水泥、水均應(yīng)當(dāng)滿足相關(guān)規(guī)范要求。

3.2 減壓井

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，河道左堤75+370～81+299，82+479～84+947，91+442～94+856，97+017～102+010，104+519～107+012 段，右堤73+354～82+198，87+095～88+273，89+358～92+244，96+260～97+260 段堤基土層由上至下基本為①層輕粉質(zhì)壤土、②層中粉質(zhì)壤土、③層細(xì)砂、④層中粗砂夾礫石。①層和②層為弱透水覆蓋層，層厚一般為1～3 m；下覆為③層、④層中等透水層，層厚較厚。綜合類似工程經(jīng)驗(yàn)，此次擬在背水側(cè)設(shè)計(jì)堤腳向外2.0 m 縱向布置1 排減壓井，減壓井間距12.0 m，平均井深約為10.0 m。減壓井井管采用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材，公稱外徑200 mm，壓力等級(jí)1 MPa，壁厚9.6 mm，每節(jié)管長(zhǎng)4.0 m。井管的連接采用承插式連接。井管的連接必須做到對(duì)正接直，封閉嚴(yán)密，受拉變形荷載大于20 kN，斷裂強(qiáng)度不小于50 kN。焊條采用聚氯乙烯焊條。填料采用靜水分層填料，沿井管四周連續(xù)均勻填入，回填濾料應(yīng)選用磨圓度好的硅質(zhì)砂，必須按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格篩選，不合格的顆粒含量不得超過(guò)10%。粘土球采用優(yōu)質(zhì)粘土，半干左右（硬塑或可塑）。背水側(cè)設(shè)計(jì)堤腳3.0 m外布置排水溝，排水溝底寬1.0 m、深0.5 m，邊坡1∶1。

3.3 防滲穩(wěn)定性復(fù)核

采用AUTOBANK 有限元方法對(duì)堤身和堤基進(jìn)行截滲措施后的滲透穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算，滲流復(fù)核計(jì)算成果見表1。治理后，各斷面穩(wěn)定性均滿足要求。

4 結(jié)語(yǔ)

堤防工程建設(shè)是一個(gè)十分復(fù)雜的工程，涉及到多個(gè)學(xué)科的內(nèi)容。通過(guò)選取5 種方案進(jìn)行分析對(duì)比，采用多頭小直徑攪拌樁+減壓井方案對(duì)工程適應(yīng)性較強(qiáng)，可保證堤防結(jié)構(gòu)的安全。工程施工階段需嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)和施工工藝要求進(jìn)行，保證防滲措施施工質(zhì)量，以保證堤防結(jié)構(gòu)安全。