某倒虹吸進(jìn)口導(dǎo)流堤滲漏原因分析

田 鑫

（河北省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，石家莊 050021）

1 倒虹吸概況

某倒虹吸工程由進(jìn)口渠道、 南段倒虹吸、 中間明渠、北段倒虹吸、出口渠道五大部分組成，其中南、北段倒虹吸分別由進(jìn)口漸變段、進(jìn)口檢修閘、管身、出口節(jié)制閘（或檢修閘）、出口漸變段5部分組成，全長(zhǎng)4395m［1］。

倒虹吸渠設(shè)計(jì)流量230m3/s， 加大設(shè)計(jì)流量250m3/s。 工程等別為Ⅰ等工程，主要建筑物按1級(jí)建筑物設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為300年一遇。倒虹吸建筑物區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.10g（相當(dāng)于地震基本烈度7度），按設(shè)計(jì)烈度7度進(jìn)行抗震設(shè)防。

北段倒虹吸 （以下簡(jiǎn)稱北段） 工程由進(jìn)口漸變段、進(jìn)口閘室段、管身段、出口閘室段和出口漸變段組成，全長(zhǎng)1055m。 管身長(zhǎng)870m，為預(yù)應(yīng)力混凝土箱形結(jié)構(gòu)，倒虹吸管為3孔一聯(lián)。 倒虹吸管兩端設(shè)置有導(dǎo)流堤，其中，進(jìn)口導(dǎo)流堤長(zhǎng)283m，兩端與明渠防洪堤相連；出口防護(hù)堤順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度462m。

近年某河行洪后， 發(fā)現(xiàn)某河北段倒虹吸進(jìn)口導(dǎo)流堤出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查勘，發(fā)現(xiàn)中間明渠兩端導(dǎo)流堤均出現(xiàn)滲漏，且滲漏情況基本一致，即集中滲漏點(diǎn)出現(xiàn)在倒虹吸管兩側(cè)外邊緣與導(dǎo)流堤交接處的背水坡坡腳， 導(dǎo)流堤在倒虹吸左側(cè)外邊緣處出現(xiàn)滲漏，對(duì)導(dǎo)流堤滲流穩(wěn)定造成一定影響。

2 堤基工程地質(zhì)條件

倒虹吸基北段進(jìn)口倒虹吸基礎(chǔ)置于Q1中砂，倒虹吸基坑開(kāi)挖線外堤基位于Q3-4卵石層，如圖1。

圖1 北段進(jìn)口導(dǎo)流堤縱剖面示意圖

建筑物場(chǎng)區(qū)的地下水主要為第四系松散巖類孔隙水，主要賦存于卵石層。該含水層裸露于廣闊河床和埋藏于北岸一級(jí)階地黃土狀壤土和砂壤土之下，總厚度10～12m。 多孔抽水試驗(yàn)成果，含水層滲透系數(shù)為48.73～59.10m/d， 平均滲透系數(shù)為55.30m/d，影響半徑145.39m，含水層滲透性強(qiáng)。 含水層底板為Q1黏土、壤土、砂壤土、粉砂、中砂等，在勘探深度內(nèi)可見(jiàn)總厚度達(dá)50.4m，其中中砂呈半膠結(jié)狀態(tài)，滲透系數(shù)范圍值為8.64×10-5～0.33m/d（平均值0.036m/d），滲透性較差；而砂壤土、壤土、黏土滲透系數(shù)則更小，故作為相對(duì)隔水層。

3 堤身及倒虹吸基坑填土組成

筑堤及基坑回填土自上而下主要有： 倒虹吸管頂高程以上為壤土夾粉砂透鏡體， 管身兩側(cè)為壤土夾粉砂透鏡體， 管底高程以下局部基坑排水溝回填卵石；下伏Q1粗砂。

倒虹吸管底、管身兩側(cè)填土要求黏性土，壓實(shí)度0.98，管頂填土要求黏性土，壓實(shí)度0.98。

倒虹吸管頂高程以上為壤土夾粉砂薄層；管身兩側(cè)為壤土夾粉砂透鏡體，填土土質(zhì)不均勻。 鉆孔取樣壤土干密度1.58～1.91g/cm3，渠坡探坑取樣壤土干密度1.41～1.44g/cm3，擊實(shí)試驗(yàn)壤土最大干密度為1.9g/cm3；鉆孔取樣壤土壓實(shí)度0.81～0.99，組數(shù)59組，填土密實(shí)度不均勻，壓實(shí)度大于0.98的有1組，其余均小于設(shè)計(jì)要求。

4 滲漏原因分析

北段進(jìn)口閘室與導(dǎo)流堤之間的一級(jí)馬道上布置有多座電纜井， 通過(guò)對(duì)電纜井的水位觀測(cè)、 抽水試驗(yàn)，可對(duì)滲漏原因分析提供很大便利［2］。

4.1 地下水流向

北段進(jìn)口導(dǎo)流堤管身右側(cè)滲水點(diǎn)附近探坑電纜井地下水位如表1。

表1 北段進(jìn)口導(dǎo)流堤管身右側(cè)滲水點(diǎn)附近探坑、光纜井地下水位

（1）一級(jí)馬道與明渠。倒虹吸附近明渠水位高程85.918m，由地下水位高程可以看出中間明渠右岸一級(jí)馬道地下水位高程高于渠水位， 可以排除渠道滲漏的因素。

（2）倒虹吸管身右側(cè)導(dǎo)流堤與閘室間一級(jí)馬道。倒虹吸右邊墻外側(cè)BJ2井水位87.206m， 至閘室東北角BJ3井水位86.437m，一級(jí)馬道近右岸防洪堤BJ4井水位86.092m，自倒虹吸邊墻至防洪堤，地下水位呈下降趨勢(shì)。另外門(mén)庫(kù)的房角地下有流水的聲音，當(dāng)排干BJ2井，BJ3井水位下降5cm，流水聲音消失。綜合分析。 倒虹吸管身右側(cè)導(dǎo)流堤與閘室間一級(jí)馬道地下水流向?yàn)樽缘购缥鼙谕鈧?cè)向防洪堤方向。

（3）導(dǎo)流堤坡腳滲水點(diǎn)與BJ2井之間。 導(dǎo)流堤坡腳滲水點(diǎn)探坑TK5在電纜井北側(cè)開(kāi)挖，上部均為搶險(xiǎn)時(shí)堆積的沙袋， 厚度約1.4m， 砂袋下面是一層土工布，這層土工布是自堤上鋪設(shè)的，應(yīng)為搶險(xiǎn)時(shí)鋪設(shè)。此時(shí)探坑中未見(jiàn)地下水。掀開(kāi)這層土工布，其下仍為一層土工布， 這層土工布是沿電纜井北側(cè)邊墻鋪設(shè)上來(lái)的，是設(shè)計(jì)的黏性土與卵石間的反濾層。這時(shí)可見(jiàn)土工布與電纜井邊墻間充滿地下水， 并且逐漸流入探坑， 這個(gè)過(guò)程顯示地下水是由一級(jí)馬道一側(cè)流入探坑。排干BJ2后TK5探坑也排干，探坑四周未見(jiàn)地下水滲出，當(dāng)BJ2井水位恢復(fù)至0.7m時(shí)，地下水自電纜井與倒虹吸邊墻的縫隙涌入探坑。

以上分析得出兩點(diǎn)結(jié)論： 一是一級(jí)馬道高程以上部分導(dǎo)流堤堤身未見(jiàn)明顯滲漏通道， 從鉆孔地下水位低于一級(jí)馬道高程也可證明這一結(jié)果。 二是導(dǎo)流堤坡腳滲水的來(lái)源是管壁外側(cè)一級(jí)馬道下回填卵石。

（4）河道與一級(jí)馬道之間。河道地下水位87.44m，倒虹吸管身右側(cè)導(dǎo)流堤與閘室間一級(jí)馬道BJ2井水位87.206m，河道地下水位高于一級(jí)馬道地下水位，地下水流向?yàn)樽院拥劳ㄟ^(guò)導(dǎo)流堤堤基向一級(jí)馬道滲流。

4.2 滲水原因分析

通過(guò)對(duì)地下水流場(chǎng)的分析可以看出， 河道地下水自導(dǎo)流堤入滲至倒虹吸管身右側(cè)導(dǎo)流堤與閘室間一級(jí)馬道， 在右側(cè)管壁附近造成局部地下水位異常升高，地下水一部分在附近的縫隙出溢，一部分沿導(dǎo)流堤與閘室間的一級(jí)馬道回填卵石向右岸防洪堤方向消散，并在閘室散水邊出溢［3］。

4.3 滲漏通道位置確定

BJ2井位于右側(cè)管壁附近，其距離門(mén)口東北角的BJ3井僅10m，地下水位已明顯下降，由此可斷定滲漏通道位于管壁附近， 而一級(jí)馬道高程以上部分導(dǎo)流堤堤身未見(jiàn)明顯滲漏通道， 那么滲漏通道位于一級(jí)馬道以下的基坑回填土部分。

BJ2號(hào)電纜井是方井，直徑約0.9m，深度約1.4m，下部30cm淤積礫砂，水深約1m，采用出水量30m3/h的水泵抽水，排干大約需要1h，井排干停泵后，可見(jiàn)井四周有地下水涌入。經(jīng)過(guò)對(duì)BJ2井5次抽水，估算該井的補(bǔ)給量為15m3/h， 由于井四周主要以卵礫石為主，地下水補(bǔ)給條件較好， 井中地下水的補(bǔ)給量有增大趨勢(shì)。 說(shuō)明右側(cè)管壁附近的地下水補(bǔ)給是充足的。

4.4 滲漏通道產(chǎn)生原因分析

（1）根據(jù)初設(shè)及施工地質(zhì)編錄，北段出口導(dǎo)流堤段上部以Q3-4卵石為主，其下為Q1中砂及黏土層，揭露厚度7.8m。 閘室基礎(chǔ)置于Q1黏土及層， 屬弱～微透水層。管身段、斜管段及B2節(jié)管身基礎(chǔ)位于Q1中砂，屬弱透水層。 設(shè)計(jì)要求倒虹吸管身兩側(cè)回填黏性土，堤基截?cái)嗪哟补苌韮蓚?cè)回填卵石層與閘室兩側(cè)回填卵石層之間的滲漏。本次勘察在管身兩側(cè)下部揭露Qs回填卵石，推測(cè)為施工基坑回填的卵石，局部卵石低于基坑開(kāi)挖底高程，推測(cè)為基坑兩側(cè)排水溝未清理干凈所致。管身兩側(cè)回填卵石層與上游的進(jìn)口閘及下游管身兩側(cè)回填卵石貫通，卵石具強(qiáng)透水性，形成滲漏通道。

（2）從基坑填土質(zhì)量看，管身兩側(cè)為壤土夾粉砂透鏡體，填土土質(zhì)不均勻。 鉆孔取樣壤土干密度1.58～1.91g/cm3，探坑取樣壤土干密度1.51～1.59g/cm3，擊實(shí)試驗(yàn)壤土最大干密度為1.9g/cm3，壤土壓實(shí)度0.81～0.99，填土密實(shí)度不均勻。北段進(jìn)口導(dǎo)流堤背水坡出現(xiàn)的大量塌陷，就是這些因素造成的。 塌陷分布范圍集中在管身兩側(cè)上部，近坡腳處塌陷最深，近1.4m，土體變形會(huì)在土體中形成一些裂隙，并在土體與倒虹吸管身接觸面形成裂隙，從而形成滲漏通道。 并且滲漏的發(fā)生加劇了塌陷的發(fā)展。 滲漏及塌陷位置如圖2。

圖2 導(dǎo)流堤滲漏點(diǎn)及塌陷位置

5 結(jié)語(yǔ)

（1）北段進(jìn)口導(dǎo)流堤的滲水原因主要為導(dǎo)流堤、管身附近一級(jí)馬道高程以下有來(lái)自河床的滲漏通道，河水或河床地下水通過(guò)該通道滲漏過(guò)來(lái)，在管壁兩側(cè)的一級(jí)馬道造成局部地下水位異常升高， 受回填土及閘室周邊混凝土散水阻擋，在較薄弱的土、墻結(jié)合面滲出［4］。

（2）北段進(jìn)口導(dǎo)流堤的滲漏通道：①管身下部為回填卵石，與下游管身基坑回填的卵石層貫通，形成滲漏通道。 ②從基坑填土質(zhì)量看填土土質(zhì)不均勻，壤土壓實(shí)度0.81～0.99，填土密實(shí)度不均勻。 北段進(jìn)口導(dǎo)流堤背水坡出現(xiàn)的大量塌陷， 就是這些因素造成的。塌陷分布范圍集中在管身兩側(cè)上部，近坡腳處塌陷最深，近1.4m，土體變形會(huì)在土體中形成一些裂隙，并在土體與倒虹吸管身接觸面形成裂隙， 從而形成滲漏通道。 并且滲漏的發(fā)生加劇了塌陷發(fā)展。

（3）為確保導(dǎo)流堤安全穩(wěn)定，針對(duì)北段倒虹吸進(jìn)口導(dǎo)流堤采用明挖回填方案，沿貫穿堤身的管道，以不擾動(dòng)管線運(yùn)行為宜， 適度開(kāi)挖導(dǎo)流堤并進(jìn)行防滲處理，按原設(shè)計(jì)要求回填達(dá)到相應(yīng)密實(shí)度，并對(duì)開(kāi)挖護(hù)坡等設(shè)施按設(shè)計(jì)恢復(fù)原樣， 實(shí)現(xiàn)既順利處理滲漏問(wèn)題，又保障管線安全運(yùn)行目標(biāo)。