老洲圩東堤除險(xiǎn)加固工程防滲加固分析

徐曉曉

（銅陵市義安區(qū)老洲鄉(xiāng)人民政府,安徽 銅陵 244100）

1 引言

堤防滲漏是影響堤防工程安全的一個(gè)重要因素。堤防工程發(fā)生破壞將會(huì)對(duì)河道沿線居民的安全產(chǎn)生重大影響,帶來不可估量的損失。因此,為了提升堤防工程安全進(jìn)行防滲加固是非常必要的。目前,在工程實(shí)踐中,有較多的措施可實(shí)現(xiàn)堤防工程防滲加固,在工程實(shí)施階段,需要結(jié)合工程實(shí)際情況,采取經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、耐久性良好的措施進(jìn)行工程加固,提高治理效果[1-3]。

2 工程概況

老洲圩現(xiàn)狀圩堤長17.5 km,堤頂高程14.01 m～14.64 m（85高程）,堤寬6 m～7 m。內(nèi)外坡坡比 1∶2.5～1∶3。該堤主要由當(dāng)?shù)剞r(nóng)民投工投勞逐年興建而成,歷史悠久,主要是沙基、沙堤堤身較單薄,另外加固土料中因清基不徹底,混有雜草、樹根等雜物。防洪標(biāo)準(zhǔn)較低,目前尚未實(shí)施系統(tǒng)的工程治理。老洲圩位于長江～主江和二江之間,圩內(nèi)現(xiàn)有義安區(qū)老洲鄉(xiāng)光輝村、中心村、和平村、民主村。保護(hù)面積約13.9 km2,保護(hù)耕地1.04萬畝,保護(hù)人口10860 人。

根據(jù)地勘成果,對(duì)堤防穩(wěn)定影響較大的主要是淺層土,所以堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)一般主要以堤高1.5倍深度或河道深泓以上的地層土性—即堤基上部8 m～10 m土層的物質(zhì)組成、力學(xué)性質(zhì)、滲透特性及其工程特性上的差異,對(duì)堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行劃分,老洲鄉(xiāng)的堤基土體地質(zhì)結(jié)構(gòu)從整體上可分為雙層結(jié)構(gòu)Ⅱ1類。堤基②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土抗剪強(qiáng)度較低,在其局部上覆①層素填土厚度較薄堤段,荷載作用下易產(chǎn)生蠕動(dòng)或順層滑動(dòng),且堤內(nèi)存在溝塘,緊臨堤腳,對(duì)堤基抗滑穩(wěn)定不利。對(duì)此類堤段宜進(jìn)行抗滑穩(wěn)定性分析計(jì)算。

老洲鄉(xiāng)大堤主要為人工填筑的素填土①層,由于堤身逐年加固,不同時(shí)期、不同堤段筑堤土的組成、性狀、壓實(shí)度及固結(jié)程度各不相同。總體來說堤防坡面較陡,部分堤段順流沖刷嚴(yán)重,局部堤段堤坡出現(xiàn)過不同程度的塌滑。由于時(shí)間已久、應(yīng)力釋放后土顆粒重新排列,與周圍土體重新膠結(jié)、不易找到滑動(dòng)面,但不排除有繼續(xù)塌滑的可能,建議對(duì)堤防進(jìn)行放緩邊坡或護(hù)坡處理。

表1 堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)分類表

3 堤防防滲加固設(shè)計(jì)

3.1 防滲加固范圍

由于壩身和壩基都存在嚴(yán)重的安全隱患,故本次防滲加固設(shè)計(jì)壩身、壩基均須做防滲處理,防滲范圍從0+000～0+830,及四段局部加固,總長度1030 m。

3.2 堤防防滲加固措施

針對(duì)堤防填筑質(zhì)量差,滲漏嚴(yán)重的情況,可選擇粘土斜墻防滲、多頭小直徑防滲墻等。

方案一：粘土斜墻+粘土截水槽防滲

壩身防滲結(jié)合堤防加高培厚,土壩防滲墻自上而下逐漸加厚,頂部寬度不小于2 m,底部厚度不小于3.0 m,墻頂高程高出正常運(yùn)用的靜水位0.6 m以上；非常運(yùn)用情況應(yīng)不低于非常運(yùn)用靜水位。本工程設(shè)計(jì)將上游坡表層土清除不小于300 mm,再至下而上填筑粘土斜墻,為保證墻厚度,斜墻內(nèi)邊坡為現(xiàn)狀坡清表后的坡比,外邊坡為1∶3.0,防滲墻頂部高程至壩頂?shù)缆穳|層,頂部寬度2.0 m,能滿足防滲墻在所需墻頂處頂寬不小于2.0 m,底部厚度不小于3.0 m的規(guī)范要求。斜墻底部和壩基結(jié)合處做截水槽,深入弱透水層2.0 m,截水槽開挖邊坡上游為1∶1.5、下游為1∶2.5,土料選用粘性土,壓實(shí)后滲透系數(shù)不大于1.0×10-5cm/s,壓實(shí)度不小于0.95。

方案二：多頭小直徑深層攪拌噴灌漿成墻

自壩頂順軸線方向布置深層攪拌樁防滲墻。防滲墻頂部高程為10.00 m,底部深入壩基線不小于1 m,平均深度12.0 m。多頭小直徑深層攪拌防滲墻面積9960 m2。

方案比選：

上述兩種方案在技術(shù)上都是可行的,均能夠達(dá)到控制壩體和壩基滲流、降低壩體浸潤線的目的。只是在應(yīng)用于本工程時(shí),施工條件、施工工序、施工周期、施工難度及工程投資上存在差別。現(xiàn)對(duì)上述二個(gè)方案做進(jìn)一步技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較。

粘土防滲斜墻的優(yōu)點(diǎn)是施工器械進(jìn)場方便,便于施工。缺點(diǎn)是施工時(shí)需要層層碾壓,若碾壓不實(shí),容易出現(xiàn)防滲不良的后果。

多頭小直徑深層攪拌噴灌漿成墻的優(yōu)點(diǎn)造價(jià)低,施工速度快,工效高,耐久性好。缺點(diǎn)是對(duì)施工精度要求較高,孔斜率大時(shí)相鄰單元易分岔,施工機(jī)械進(jìn)場困難。

綜合比較,本著高效可行經(jīng)濟(jì)耐用原則,本次主壩防滲設(shè)計(jì)擬采用方案一多頭小直徑深層攪拌樁防滲。兩種方案的工程量及投資見表2。

表2 方案造價(jià)比選表

綜合技術(shù)及經(jīng)濟(jì)價(jià)值比較結(jié)果決定推薦管涌滲漏段壩體多頭小直徑深層攪拌樁,同時(shí),由于本次堤防防滲深度最大只有12.0 m,比較適合多頭小直徑的使用,所以本次加固設(shè)計(jì)擬選用此方案,其他滲漏點(diǎn)因滲漏范圍、長度等因素考慮采用粘土斜墻防滲+壩基粘土截水槽。

截滲墻布置在堤防迎水側(cè)坡腳10m平臺(tái)處,根據(jù)地質(zhì)勘探資料,堤身填土質(zhì)量較差,壩基為①素填土,滲透系數(shù)為7.36 E-4 cm/s,屬弱透水性,土層厚度較薄約0～1.5 m；下臥層為②淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土,滲透系數(shù)為1.55E-5 cm/s,屬弱透水性,下部層為③細(xì)粉砂夾粉土,滲透系數(shù)為3.28 E-3 cm/s,為弱透水性。本次設(shè)計(jì)在樁號(hào)0+000～0+830段進(jìn)行防滲加固,防滲墻底部穿過②淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土,伸入③細(xì)粉砂夾粉土,以截?cái)鄩紊韷位娴慕佑|滲漏；如多頭小直徑深層攪拌樁機(jī)無法伸入該層,應(yīng)在該層表面復(fù)攪噴漿,以達(dá)到較好截滲的目的[4-5]。

4 堤防加固后滲流穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)工程現(xiàn)狀,選取樁號(hào)0+530斷面作為滲流復(fù)核計(jì)算斷面。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告,斷面土層簡化為：①壩體填土；②淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土；③粉細(xì)砂夾粉土；④粘土斜墻。土壩穩(wěn)定分析簡圖見圖1。

根據(jù)本工程區(qū)的地勘資料及類似工程經(jīng)驗(yàn),本次堤身及堤基滲流、抗滑穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)取值見表3。

4.1 滲流計(jì)算

老洲鄉(xiāng)水毀修復(fù)工程滲流計(jì)算應(yīng)主要分析上游最高水位與下游不利水位組合的情況。結(jié)合今年調(diào)查洪水位壩埂頭水位為14.84 m（吳淞高程）,推算老洲鄉(xiāng)水位為15.5 m（吳淞高程）,換算為85高程為13.58 m,結(jié)合后期防洪本次用調(diào)查洪水位13.58 m進(jìn)行計(jì)算。水位組合見表4。

堤防滲流采用有限元法進(jìn)行計(jì)算,加固后滲流計(jì)算成果見表5。

表5 堤防滲流計(jì)算主要成果表

根據(jù)計(jì)算結(jié)果,水力坡降小于0.46,堤防不會(huì)出現(xiàn)流土、管涌等現(xiàn)場,因此堤防防滲性能較好[6]。

堤防滲流計(jì)算結(jié)果表明：壩內(nèi)浸潤線位置、滲流出逸點(diǎn)符合規(guī)范。水位組合下堤防水力坡降數(shù)值圖及流網(wǎng)圖見圖2、圖3。

圖2 防滲加固堤防水力坡降等值線圖

圖3 防滲加固堤防水頭等值線圖

4.2 穩(wěn)定計(jì)算

老洲鄉(xiāng)水毀修復(fù)工程抗滑穩(wěn)定計(jì)算工況及成果見表6,和圖4。

圖4 堤防加固后抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果圖

表6 穩(wěn)定計(jì)算安全系數(shù)成果表

5 結(jié)論

老洲圩堤防由當(dāng)?shù)剞r(nóng)民投工投勞逐年興建而成,沙堤堤身較單薄,防洪標(biāo)準(zhǔn)較低,經(jīng)過長時(shí)間運(yùn)行,老洲圩東堤出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的管涌現(xiàn)象,滲流嚴(yán)重,存在嚴(yán)重的安全隱患,為了提升堤防工程的安全性,采取防滲加固方案,經(jīng)過方案比選,粘土斜墻+粘土截水槽防滲方案經(jīng)濟(jì)性、耐久性良好,作為推薦方案。經(jīng)過堤防滲流計(jì)算結(jié)果表明：壩內(nèi)浸潤線位置、滲流出逸點(diǎn)符合規(guī)范,加固后堤防工程防滲效果顯著提升。建議在施工過程中需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求,選用適宜的施工工藝參數(shù),提高施工質(zhì)量,確保堤防防滲加固效果。