富建軍

(遼中縣水利建筑工程公司，遼寧遼中110200)

1 工程概況

1.1 工程現(xiàn)狀

遼河在遼中縣境內(nèi)流域面積為410.33 km2，堤防長92.17 km，其中左岸63.53 km，右岸28.64 km，堤高5～8 m，堤頂寬6 m，堤距1 800～3 700 m，河道長度67.6 km，主河槽寬度200～400 m，河道比降1/5000，當 P =5%，112橫斷相應流量為5 250 m3/s，設計水位為20.55 m。左岸 L111:1+300～L112:2+920樁號堤防由粉(細)砂筑成堤身，堤基由粉(細)砂組成，在洪水期運行發(fā)生大面積流土現(xiàn)象，浸潤長度多達2 800 m，堤后坡及堤腳出現(xiàn)大面積滲水，嚴重維修大堤安全，因此為了遼河安全行洪有必要對該段進行防滲工程建設。

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

1)堤身巖性:粉質(zhì)黏土、粉(細)砂

粉質(zhì)黏土:黃色—灰色，可塑，中等壓縮性。厚度為3.0 m，僅見Lz 12孔。

粉(細)砂:呈黃色，松散，黏粒含量較高，夾有粉土，厚度3.0～6.0 m左右，為堤身主要巖性，場內(nèi)均有分部。

2)堤基巖性:粉質(zhì)黏土、粉(細)砂

粉質(zhì)黏土:黃色—灰色，可塑，中等壓縮性。厚度為1.2～4.0 m，不均勻分布于堤基頂部，見于Lz 9、Lz 11、Lz 12、Lz 13、Lz 14

粉(細)砂:呈黃色—灰色，飽和，松散～稍密狀態(tài)。主要分布于各鉆空底部。本次勘察未穿透此層，所揭露最大厚度為11 m。

3)水文地質(zhì)條件

本次勘察各堤段地下水均為第4系孔隙潛水，補給來源為大氣降水，灌溉水滲入補給及河流側向補給。

地下水埋深(2002年3月6日)2.0～3.0 m。

4)堤段滲透性及滲透穩(wěn)定性

該段主要透水層為粉砂、細砂，其不均勻系數(shù)均＜5，滲透變形為流土型，建議采用允許水力坡降為0.4。

5)堤段飽和河砂土液化判別

堤段地震基本烈度根據(jù)《中國地震烈度區(qū)劃圖》查得Ⅵ度，根據(jù)GB50286—98《堤防工程設計規(guī)范》規(guī)定一般不進行液化判別。

2 工程設計

2.1 滲流分析

1)根據(jù)《遼河整治意見》堤頂寬B=6.0 m，m內(nèi)=2.5，m外=3.5 堤頂高程(L111:1+300～L112:3+000)21.81～21.39 m。

2)地基透水確定:根據(jù)遼寧省水利水電勘測設計研究院《工程地質(zhì)勘察報告》，成果見表1。

表1 地基透水性確定

K堤身/K堤基=(4.1×10-3)/(9.8×10-3)=0.42

所以，L111:1+300～L112:2+920堤防為透水地基

3)透水地基均質(zhì)土壩滲流計算，選取2+600橫斷現(xiàn)狀校核浸潤線和背水坡滲流出口比降校核計算原有滲徑長度不夠，需要工程措施延長滲徑，防止發(fā)生滲透破壞。

3 工程方案選擇

對于砂土堤基與砂土筑成的堤身防滲，應用廣泛的有高壓噴射灌漿，化學灌漿技術及水平防滲和垂直鋪塑防滲等技術，由于遼河左岸L111∶1+300-L112∶2+920堤防緊鄰河灘地，如采用水平鋪蓋防滲缺少必要的土料，并且占用大量農(nóng)田及林地。高壓噴射灌漿，及化學灌漿質(zhì)量不易控制，廢漿對環(huán)境有較大影響，而且工程成本是垂直鋪塑成本2～3倍。垂直鋪塑防滲技術具有施工工藝簡單、造價低廉、防滲效果好等優(yōu)點，因此，選用垂直鋪塑防滲技術適用于此項工程。

4 帷幕設計

4.1 堤身防滲設計

1)帷幕長度:地質(zhì)勘察報告 L111:1+300～L112:2+920，全長3 620 m，減去小公路路基寬20.0 m，即共長度為3 600 m，為保證有足夠繞流滲徑，防滲總長度為3 700 m，即L111:1+300～L112:3+000樁號。

2)帷幕頂高程確定，根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范》防滲體頂部應高出設計水位0.5 m。

3)防滲材料:由于堤身由細(粉)砂組成，根據(jù)工程建設實踐采用規(guī)格為400 g/m2的復合土工膜作堤身坡面防滲。

4.2 堤基防滲

4.2.1 帷幕埋深度計算

根據(jù)垂直防滲經(jīng)驗S=8.10

根據(jù)萊茵公式［J］=H/2S和《堤防工程設計規(guī)范》，［J］ =0.33。

S=5.39/0.66=8.17

結合工程建設實際S=8.5 m。

4.2.2 帷幕厚度

帷幕厚度的計算公式為:

式中:E為設計溫度下薄膜彈性模量，kg/cm2;P為薄膜承受的水壓力，t/m2;p=H+S=13.69;d與薄膜接觸的沙土最大粒徑，mm;d=2.0 mm;［δ］為薄膜容許拉應力，kg/cm2;［δ］ = ［1/5-1/6］δ;δ=122.0 kg/cm2

根據(jù)《水利水電工程土工合成材料應用技術規(guī)范》，選用0.5 mmLDPE低密度聚乙烯土工膜。

4.2.3 土工膜厚度計算

根據(jù)《水利水電工程土工合成材料應用技術規(guī)范》，土工膜厚度為:

式中:T為單寬土工膜的拉應力，kn/m;P為膜上作用水壓力，kPa;p=13.69×9.81=134.30;b為預計膜下地基可能產(chǎn)生裂縫寬度，m;ε為膜的拉應變，%。

根據(jù)預計裂縫寬度，按公式及實際選用土工膜試驗成果繪制土工膜應力～應變關系曲線，見圖1。

圖1 土工膜應力—應變關系曲線

交點對應的應變 ε1、ε2分別裂縫 b1、b2，拉力 T1、T2的拉伸應變。

其中，p1(1.7%，1.1)，p2(2.3%，1.6)。土工膜設計極限抗拉強度 Tε=6.0 kn/m，相應應變?yōu)?.23%，則拉力與應變安全系數(shù)。

計算結果滿足《水利水電工程土工合成材料應用技術規(guī)范》的安全系靈敏Fs=4-5的要求。

5 工程施工

5.1 垂直鋪塑施工

5.1.1 成槽施工

1)啟運反循環(huán)系統(tǒng)及液壓動力系統(tǒng)驅(qū)動開槽鋸鋸槽;當開槽鋸由水平漸漸接近垂直即鋸至要求深度時，開槽車緩緩前行。

2)成槽施工時應始終保持槽內(nèi)液面與槽口平齊(≯20 cm);槽口坍塌可采取防護措施。

3)開槽鋸切削頻率應根據(jù)土質(zhì)、成槽深度等綜合考慮，一般為25次/min左右。

4)前行速度應根據(jù)排渣、落淤和開槽鋸的角度變化，并結合切削頻率、成槽深度來考慮，使成槽工效達到最優(yōu)。

5)成槽施工時采用黏土泥漿護壁，為滿足固壁需要，槽內(nèi)泥漿比重應控制在1.05～1.20 cm。

6)設備成槽為連續(xù)槽，可適應堤線彎曲變化開挖彎曲的連續(xù)槽，轉(zhuǎn)彎時帷幕軸線位置可以適當進行調(diào)整。

7)形成的連續(xù)槽槽深每10 m檢測3點，成槽深度必須滿足設計與鋪膜要求;當成槽長度達到10 m時，進行置膜鋪塑。

5.1.2 堤基土工膜鋪設

1)垂直下膜前，將土工膜纏在塑膜軸上。纏膜時緊湊、邊緣對齊。

2)啟運卷揚機，垂直將塑膜軸下入槽內(nèi)，至槽底后，將固定軸打入土中0.50～1.0 m。土工膜搭接寬度2.0 m。

3)開動鋪塑車前行牽引塑膜軸轉(zhuǎn)動，土工膜徐徐展開并平整地鋪入槽內(nèi)。

4)土工膜鋪設時應靠向槽口一側，上部需留有0.5 m長用土壓住，以防滑落槽內(nèi)，采用順水流方向搭接。

5)土工膜鋪設完成后，應及時進行槽內(nèi)回填，以防槽壁坍塌，并經(jīng)2～3次回填后至槽口，夯實。

5.1.3 土工膜檢測

土工膜外觀質(zhì)量:切口平直，無明顯鋸齒現(xiàn)象;穿孔修復點每卷不超過2個;水紋、云霧和機械劃痕不明顯;雜質(zhì)每平方米20個以內(nèi);接頭和斷頭不允許。

性能試驗:按每批次或每5 000 m2隨機抽取試樣進行室內(nèi)檢驗，材質(zhì)應符合設計要求，焊縫強度應不低于母材強度的80%，且斷點不應從焊縫處斷裂。

5.1.4 土工膜的連結及周邊固定

槽內(nèi)土工膜采用順水搭接方式，搭接長度≥2 m，堤基土工膜兩側不采取錨固措施，槽內(nèi)填土壓住即可。槽外土工膜采用雙道焊縫進行焊接，焊縫為雙道，寬度10 cm，有效寬度為5 cm。土工膜靠近堤腳一側與坡面復合土工膜同樣采用雙道焊縫進行焊接，焊縫為雙道，寬度10 cm，有效寬度為5 cm。

5.2 坡面復合土工膜施工

5.2.1 復合土工膜鋪設

1)清除坡面雜草、樹根、塊石及其他尖角硬物等，修整坡面、回填雨淋溝、削坡(因修建開槽平臺而出現(xiàn)的陡坎)等。清除坡面基土100 cm厚，沿坡面開挖3道0.4cm×0.4m的防滑槽。最上面的防滑槽將作為固定復合土工膜的齒槽。

2)將復合土工膜按最大拉應力方向自坡頂徐徐展放至坡底，并埋入防滑槽內(nèi)，回填清基土100 cm，填土夯實。要求鋪放不宜過緊，應留有足夠余幅(2%左右)，以便連接和適應坡面凸凹不平變化。

5.2.2 復合土工膜的連結及周邊固定

土工膜與復合土工膜、復合土工膜與復合土工膜之間的連接方式采用雙道焊縫焊接，寬度10 cm，有效寬度為5 cm。

坡面復合土工膜的上邊及起始兩側為防止堤體填筑卷起需固定，采用布邊埋入齒槽的固定方式。兩側的齒槽規(guī)格為0.3m×0.4m。

5.2.3 復合土工膜焊接質(zhì)量檢測

抽樣測試法:經(jīng)1 000 m2取一試樣，做拉伸強度試驗，強度≥母材的80%、試樣斷裂不在接縫處為合格。

6 工程運行效果

2005年8月—2010年7月，遼河先后發(fā)生20 a一遇的洪水，洪水歷時15 d和18 d，現(xiàn)場觀測堤基堤身無險情。

1)滲透量觀測:根據(jù)滲流計算采用工程措施的無管涌和漫滲、散浸的現(xiàn)象。

2)坡面植被觀測:坡面覆蓋黏土生長的蒿草根系淺于0.8 m，對土工布無影響。

［1］楊軍.以清水河為例談河道防滲施工［J］.中華建設，2009(10):70-71.

［2］水利部.SL275—2002水利水電工程土工合成材料應用技術規(guī)范［S］.北京:水利電力出版社，2002.

［3］果海威，于魁元.砂堤防滲工程垂直鋪塑施工技術［J］.水利技術監(jiān)督，2001(4):44-46.