賈魯河東蘇寨堤防工程的截滲設計

□燕 輝（鄭州市水利建筑勘測設計院）

1.引言

賈魯河是淮河的最大支流，東蘇寨工程位于賈魯河中游，是賈魯河工程中一個比較大的項目。東蘇寨險工大堤1955年建成，堤長1.60km，但是由于各種客觀和歷史帶來的因素，東蘇寨險工地基土質結構比較復雜，粉土質沙層和低液限粘土層交替分布，有一部分堤段基礎較差，大多為輕粉質壤土、細砂、沙壤土及透鏡體，結構松散，一般透水性較強。由于歷史原因，東蘇寨兩側沿堤縱向溝塘分布較多，這很容易導致管涌破壞。

本文綜合考慮各種情況，首先進行抗滲穩定計算，然后針對實際情況，提出了比較可行的防滲處理措施。

2.堤基截滲設計

2.1 堤基地質現狀

東蘇寨險工堤基條件相對較好，但賈魯河兩岸堤防部分堤段因堤基為砂性土，結構松散，多具有中等透水性，且埋深較淺，局部甚至已揭露，背水坡堤腳多分布取土坑塘，當賈魯河出現高水位時，容易產生滲透破壞，坑塘洼地極易滲水，甚至出現管涌，危及堤防安全。

2.2 滲透穩定計算

2.2.1 典型斷面基本資料

根據堤防設計橫斷面圖、地質剖面圖及地質勘察報告，選取賈魯河干流左岸樁號107+300、右岸113+900斷面為典型斷面進行滲透穩定計算。107+300斷面堤基主要由三層土質構成，其中粉土質砂層厚達12m，粉土質砂層堤基上覆1.50m左右的低液限粘土；而113+900斷面堤基的粉土質砂層厚度分布不均，在背水坡多裸露于地面。典型斷面基本情況見表1。

2.2.2 計算理論與方法

堤基滲流，視為平面滲流，運用滲流場理論進行計算。在沒有設置反濾層保護時，堤基滲透出逸比降應＜表層土的允許滲透比降，以此判斷堤基是否發生滲透變形。堤基表層土體的允許滲透比降按下式計算：

表1 賈魯河堤基滲流計算典型斷面參數表

2.2.2.1 流土型：J

式中：J─背水側堤基表層土的滲流比降；GS1─堤基表層土的土粒比重；n1─堤基表層土的孔隙率（%）；K─安全系數，取1.5。

2.2.2.2 管涌型：J

式中：k─土的滲流系數（cm/s）；d3─占總土重3%的土粒粒徑（mm）；K─安全系數，取1.5。

堤基土體的允許滲透比降J允許可根據上述公式求得。J允許及滲流計算時需要輸入的唯一材料參數，見表2。

表2 賈魯河堤基滲流計算成果表

2.2.3 計算結果與分析

堤基滲流穩定計算采用河海大學編制的《水工結構有限元分析系統》程序完成。滲流穩定計算見圖1～2，計算結果見表2。

圖1 左岸107+300斷面截滲計算圖

圖2 右岸113+900斷面截滲計算圖

計算結果表明，左岸107+300斷面堤基在河道高水位時容易在背水坡腳處逸出低液限粘土層形成流土滲透變形；而右岸113+900堤基則發生始自裸露粉土質砂層的管涌滲透破壞，威脅堤防的安全。為此，采用近年來興起的水泥土截滲墻堤基處理技術，對左岸107+300斷面在臨水側截深7m，對右岸113+900斷面截至堤基相對不透水層。經截滲處理延長滲徑后，堤基出逸比降大大減小，可以滿足允許滲透比降的要求。

3.加固處理措施的方案比選

目前，國內有多種建造地下連續防滲墻施工技術，如：多鉆頭小直徑深層攪拌樁建造防滲墻技術、鋸槽法建造防滲墻技術、液壓開槽建造防滲墻技術，射水法建造防滲墻技術、高壓旋噴防滲技術等；防滲墻材料主要有塑膜、粘土、水泥土和混凝土4種?；炷练罎B墻造價高，多用于大江大河上重要防洪堤壩的防滲工程；垂直鋪塑膜、粘土和水泥土防滲墻造價便宜，大量用于河道堤防、湖泊圍堤的防滲工程。由于水泥土防滲墻造價較便宜，防滲效果好，使用壽命長，性價比優勢明顯，近年來在防滲工程中被廣泛采用。本次堤基防滲工程擬選用水泥土防滲墻。

4.截滲墻技術要求

防滲墻嵌入相對不透水層的深度≮1.0m。截滲墻的有效厚度12～15cm，采用525＃水泥作固化料，水泥土中水泥的含量≮15%，墻體垂直度＜0.5%。施工前應對各截滲段進行截滲效果實驗，根據實驗結果再適當調整水泥摻入量、墻體厚度等指標。

5.填塘固基

由于歷史原因，賈魯河大堤兩側沿堤縱向溝塘分布較多，深度多在1～4m，最深的達6m，這些溝塘在汛期隨著河道水位的升高，背水側堤基的滲透出逸比降逐步增大，一旦超過堤基的抗滲臨界比降，就會產生管涌等滲透破壞，特別是在險工地段，岸陡灘窄，甚至局部無灘，且堤基多夾砂層，堤內外水力聯系密切，聯通性好，歷次高水位洪水時均發生堤內坑塘滲水等險情，給堤防的安全帶來隱患，必須進行治理。

針對這些特殊地段，工程地質勘察報告建議采用固灘、灌漿防滲、填平坑塘、堵塞滲水通道等措施延長滲徑。在灘地土料相對比較豐富的堤段，填塘壓滲是最為簡單易行、節省投資且效果較好的防止滲透破壞的處理辦法。

6.結論

堤基截滲的設計和處理在河道治理中是一個很重要的環節，處理不好就可能會發生管涌或者流土破壞。在進行滲流計算時，運用流場理論進行計算，可以更好更準確地對堤基的滲流情況進行分析。進行堤防加固的措施有很多，在選擇方案時，要考慮取材、安全性、經濟性等各種因素，從而作出一個最為合理的選擇。