九里河姚巷蕩排澇站段堤防應急除險加固工程處理

張 浩，康 飛，吳 凱，朱彬彬，苗晨陽

（1.無錫市錫山區(qū)鵝湖鎮(zhèn)水利管理站，江蘇無錫 214116；2.南京水科院瑞迪科技集團有限公司，江蘇南京 210029）

堤防是抵御洪水侵襲和保障人民生命財產安全的重要基礎設施，而穿堤建筑物在沿江堤防工程防汛中又發(fā)揮著重要作用［1］。由于穿堤建筑物與堤防相連接，當?shù)谭劳馏w不密實時，結合部位容易出現(xiàn)滲漏，嚴重時可能引發(fā)管涌險情，造成堤防坍塌和建筑物結構破壞［2-4］。前人依托不同堤防險情進行除險加固設計研究［5-8］。常用除險加固措施有高壓旋噴樁防滲墻［9］、塑性混凝土防滲墻［10］及深層攪拌樁防滲墻［11］。本文以姚巷蕩排澇站堤防應急除險加固工程為例，采用工程地質勘察、土工試驗、地質雷達探測等綜合勘探方法，對現(xiàn)狀堤防進行病險分析，然后進行除險加固設計，并在工程完工后檢測驗證。

1 工程概況

姚巷蕩排澇站為堤后式布置型式，防洪標準為50 年一遇，裝機功率355 kW，主要建筑物定級為4 級，次要建筑物級別為5級。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252—2017）要求，本工程等別為Ⅳ類，工程規(guī)模為?。?）型。泵站機組為3臺500HW-6 混流泵及2 臺700ZLB-4 軸流泵，設計總排澇流量為3.7 m3/s。

由于排澇站建成已久，排澇泵站出水箱涵穿堤段出現(xiàn)滲漏積水現(xiàn)象，九里河堤防與穿堤構筑物結合部、局部堤身存在滲漏異常，存在安全隱患，嚴重影響泵站的排澇效益，應進行除險加固設計。

2 工程地質

為掌握九里河姚巷蕩排澇站段堤防地質工程特性，需要開展必要的勘察工作，采用地質雷達無損檢測技術獲取堤防工程堤身填土的密實情況，找出堤身填土不密實區(qū)域和滲流通道，為后期設計工作提供基本依據(jù)。

2.1 土層特性

姚巷蕩排澇站場地內埋藏的地層主要有第四系人工填土層Q4ml、第四系沖積層Q4al。場地內發(fā)育的地層按自上而下的順序依次如下：＜1-1＞素填土、＜2-1＞黏土、＜2-2＞粉質黏土、＜2-3＞粉砂、＜3-1＞黏土、＜3-2＞粉質黏土、＜3-3＞黏質粉土。各土層物理力學指標見表1。

2.2 地質雷達探測

九里河姚巷蕩泵站段堤防物探工作采用高密度電法和探地雷達綜合物探技術，取得了良好的探測效果，顯示堤防土體不密實異常主要集中在排澇泵站出水箱涵之間及其周邊，堤防滲漏異常區(qū)也集中在排澇泵站出水箱涵之間及其周邊，因此推斷堤防的滲漏區(qū)主要集中在排澇泵站出水箱涵之間及其周邊，深度區(qū)域主要分布在粉砂層，物探工作平面布置及綜合推斷見圖1。

圖1 姚巷蕩排澇站段堤防物探工作綜合推斷平面圖

3 除險加固設計與穩(wěn)定性驗算

3.1 除險加固設計

根據(jù)九里河姚巷蕩泵站段現(xiàn)狀情況、地質勘察及地質雷達物探等結果，基本判斷存在的滲流安全隱患產生于九里河堤防，主要位于出水池穿堤箱涵與堤身結合段及上下游兩側，部分堤身密實性欠佳，存在局部滲漏可能性。滲漏段目前已形成滲流通道，應選擇可靠方案，減少滲漏水流對防滲措施產生的不利影響。

高壓旋噴樁防滲墻具有樁體強度大，成墻整體性較好，防滲性能好，施工噪聲低、振動小，施工簡單快速等優(yōu)點。本次平面布置原則為對所有可能存在滲漏異常部位進行防滲處理，考慮從廢棄老排澇泵站延伸到進站道路末端，總長度79 m，防滲墻采用單排旋噴樁柱列式套接，沿堤頂軸線布設。

防滲墻厚度按下列公式計算：

式中：T為最小防滲墻厚度；ΔH為最大外、內河水頭差，外河校核洪水位4.85 m、內河校核水位-1.00 m。則即外、內河最大水位差H=5.85 m；［J］為允許水力坡降。參考有關資料和工程經驗，高壓旋噴樁防滲墻的允許水力坡降一般［J］=50～80，這里?。跩］=50。

經計算，要求防滲墻厚度0.12 m，考慮堤防滲漏嚴重，施工成樁的不均勻性，一般堤段設計高壓旋噴樁防滲墻孔徑0.6 m，孔距0.45 m，最小搭接厚度396 mm。防滲墻頂部應不低于外河最高水位，九里河設計校核水位4.85 m，防滲墻頂部高程應高于校核水位，設計取5.50 m。

根據(jù)地勘資料，＜2-2＞粉質黏土層呈弱透水性，＜2-3＞粉砂層呈中等透水性，＜3-1＞黏土層呈極微透水性，＜3-2＞粉質黏土層呈弱透水性。若防滲墻底部進入＜3-2＞粉質黏土層，則需穿過＜3-1＞黏土層，不僅工程量大，且墻底位于弱透水性，不利于形成完整防滲體系。因此，本次設計防滲墻底部進入＜3-1＞黏土層，該層為極微透水性，與防滲墻形成完整防滲體系。設計要求防滲墻底進入＜3-1＞黏土層不小于2 m，墻底高程-15.51～-16.04 m，最大深度21.5 m。

3.2 穩(wěn)定性驗算

本次設計穩(wěn)定分析采用抗滑穩(wěn)定驗算和滲流穩(wěn)定驗算。根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范SL274—2020》規(guī)定要求，結合泵站運行中可能出現(xiàn)的不利情況，擬定2種工況對堤防進行計算，其中工況1為正向設計水位，工況2為正向校核水位。根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范》（GB 50286—2013），本次堤防工程等級為4 級，非常運用條件Ⅰ下瑞典條分法安全系數(shù)規(guī)范值為1.05。根據(jù)《水利水電工程地質勘察規(guī)范》中容許滲透坡降公式計算，粉砂層容許滲流坡降值為0.47，除險加固后堤防滲流坡降和安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，具體計算結果見表2。

表2 堤防滲流穩(wěn)定及抗滑穩(wěn)定計算結果

4 工程檢測驗證

本工程完工后，委托第三方檢測單位對現(xiàn)場工程樁進行鉆孔取芯和室內試驗，取樣工程樁樁位于防滲墻東段，取芯長度21 m，自樁頂向下21 m 均有水泥土芯。送試樣至實驗室檢測，其中水泥土試塊3 組，28 d 抗壓強度檢測結果分別為4.1 MPa、3.1 MPa、2.2 MPa，水泥土滲透系數(shù)試件共3 塊，檢測結果分別為2.85×10-6cm/s、2.77×10-6cm/s、3.75×10-6cm/s，均滿足設計要求，防滲效果良好，出水池穿堤段滲漏問題基本解決。

5 結 語

（1）針對排澇泵站出水箱涵穿堤段出現(xiàn)滲漏積水現(xiàn)象，開展必要的勘察工作和地質雷達無損檢測，獲取堤防地質工程特性和堤身填土不密實區(qū)域及滲流通道位置，為除險加固設計提供基礎資料。

（2）高壓旋噴樁防滲墻具有樁體強度大，成墻整體性較好，防滲性能好，施工噪聲低、振動小，施工簡單快速等優(yōu)點，適用于本次除險加固設計，且加固后堤防滲流坡降和安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

（3）排澇站穿堤段除險加固工程能夠防止堤防險情對人民生活造成影響，同時保證排澇站發(fā)揮經濟和社會效益，這是一項長期性、長效性、常態(tài)性工作，需要科學設計、合理施工。

（4）本文對九里河姚巷蕩排澇站段堤防除險加固工程展開問題現(xiàn)狀分析、除險加固設計、穩(wěn)定性驗算復核的研究思路，為類似的堤防加固設計研究提供創(chuàng)新性經驗。