截滲鋼板在防治流沙地層中的應用

寧凱樂

(中國水利水電第十一局有限公司，鄭州 450000)

0 前 言

流沙地層處理是消除施工安全隱患、保證工程質量的基礎工作。國內學者針對流沙地質做了許多工作，如：管井井點法解決水利工程施工基坑出現流沙的問題；鋼板樁防護截滲法處理流沙問題等。由于本工程已開工，且揚塵管控等因素有限施工天數少，國內常用幾種流沙防治方法從技術可行性和經濟合理性上均不適應于本施工項目，因為不同區域的流沙形成的原因和施工限制條件不盡相同，且施工方案比選主要考慮施工方便、收效快等方面，以適于短工期、保質量、搶進度的需要。本項目賈魯河綜合治理工程擬采用鋼板截滲的施工方案進行防治流沙地層。

1 工程概況

本次賈魯河(前程路53+000-萬三路57+800)綜合治理配套工程(水利)施工，全長4.8km。其中液壓升降壩軸線位置位于57+400處，擋水寬度134.4m，壩高3m，順水流方向從上游連接段至下游連接段全長63.5m。

壩址地下水類型為第四系孔隙潛水，賈魯河河床漫灘段水位埋深較淺，在2m左右。根據設計圖紙要求，壩底板承載力要求125kpa，擋墻后填土壓實度大于0.94，因此在底板施工時，必須要求排出滲水積水，待滿足設計和規范要求后在進行施工。

2 施工工藝

截滲鋼板施工位置至關重要，位置靠近導流明渠對鋼板規格尺寸要求較高，同時也將增加施工難度；位置遠離導流明渠將不能有效截滲，而且影響液壓壩正常施工。因此采用理論結合實際的方法確定溢出點的位置，即采用滲流計算結合以往工程實踐來確定截滲鋼板的位置[1]。

施工機械選用液壓反鏟挖掘機CAT336D-Ⅱ改裝的液壓振動錘，材料初步選用鋼板，由于鋼板樁成本高且防滲效果一般，因此擬采用現場現有的長度6-9m、寬度2m、厚度20mm的Q235鋼板。

2.1 計算溢出點位置

通過設計圖紙及現場測量，得出導流明渠、液壓壩址位置處斷面圖，如圖1所示。并根據測量所得數據圖形進行建模，建模圖形如圖2所示，采用滲流計算公式法計算出滲流溢出點位置，所采用的公式1-6。

圖1 導流明渠、液壓壩址位置處斷面(單位：m)

圖2 滲流計算模型示意圖

(1)

(2)

L1=L+△L

(3)

(4)

L=m1(H-H1)+b+m2H

(5)

根據上面的方程，解出h0和q/k。

浸潤線的計算式為：

(6)

式中：q為單位寬度滲流量，m3/d·m)；k為堤身滲透系數，m/d；H1為上游水位，m；H2為下游水位，m；h0為下游出逸點高度，m；m1為上游坡坡率；m2為下游坡坡率；b為土堤頂部寬度，m；H為土堤高度，m；L、ΔL、L1，m。

參數表見表1。

表1 本工程中參數表

通過計算，浸潤線計算結果見表2。

表2 浸潤線計算結果表

因此，下游出逸點高度h0=1.500m，單位寬度滲流量q=0.750m3/d·m。

根據計算結果，下游出逸點高度比液壓壩壩底板建基面高出1.5m，距導流明渠位置(坐標原點)27.9m，處于液壓壩擋墻底板施工范圍內，若截滲鋼板按照計算得到的溢出點位置進行施工，將影響液壓壩擋墻底板的正常施工，結合以往工程經驗，對該位置按照1:0.5坡比進行刷坡(如圖4所示)，最終確定鋼板位置為X=25.000，Y=0.000。此外在鋼板兩側人工開挖30×30cm導流槽，使兩側滲流水通過導流槽匯聚至上下游的截滲溝中，再集中抽出，如圖3所示。

圖3 浸潤線圖

2.2 施工步驟

作業前技術科將設計圖紙、經監理審批的施工方案對現場技術人員、作業人員進行技術交底，熟悉施工方法和工藝流程，合理的將各環節融入流沙地層防治施工的過程中。機械現場作業時，須安排技術安全人員指揮，測量人員現場控制點樁及精確度[2]。施工流程圖如圖5所示。

圖4 截滲鋼板位置圖

圖5 截滲鋼板施工流程圖

1)位置標線：

測量人員提前放樣鋼板位置，按照事前設計的鋼板樁位置圖做好標記，技術人員配合機械操作手按照標記位置實打板樁，控制好誤差。

2)固定鋼管：

為保證鋼板位置的正確和豎直，本工程自行設計導向架，采用工地現用鋼管自制，每間隔3m垂直打進6m長鋼管(腳手架子管)，以固定鋼板位置，使鋼板能夠垂直進入流沙地層中，鋼板間緊密貼合，減少鋼板間因縫滲水的問題。通過試驗最終采用長度6-9m、寬度2m、厚度20mm的鋼板進行防滲施工。

3)鋼板施工：

振動錘夾緊鋼板吊起，使鋼板緊貼鋼管下放，現場技術人員檢查鋼板垂直度，沿著導向架引導震動下沉，下沉過程中注意導向架是否發生變形移位，過程中加強觀測和糾偏。打樁過程中時刻注意鋼板樁下沉速度，出現異常及時查明原因[3]。

4)鋼板的拔除：

鋼板的拔除結合主體工程完成情況進行，本項目在閘底板及擋墻施工完成，墻后回填土高出逸出點水位或地下水位以上0.5m后拔除。拔除時應先振后拔，邊拔邊振，特殊情況先下沉再往上拔，施工工藝類似鋼板樁。

3 效果驗證

流沙地層防治施工是賈魯河綜合治理配套工程施工中處理難度大、環境條件復雜的項目之一。從前期對流沙地層的深入研究，機械和材料選擇選型，到現場反復試驗，研究解決流沙地層防治過程中出現的問題，并不斷改進優化方案，使流沙地層防治施工簡單易行、大眾化、快速施工、適應性強。

1)根據滲流計算得到溢出點理論位置，結合現場地質勘測，驗證截滲鋼板的位置合適，截水及流沙防治效果明顯。

2)根據現場試驗，總結了長度6-9m、寬度2m、厚度20mm鋼板，在處理上述地層及地形條件時的非常適應，通過試驗獲得的材料規格，施工工藝可以在本項目以及其他類似地層條件推廣。

3)與鋼板樁相比較，僅需對液壓振動錘稍作改裝，即可滿足施工設備性能要求，無需其他專用設備，通用性好，成本低廉，單塊鋼板寬度2m，施工效率比鋼板樁高出數倍[4]。

4)與其他管井降水等方法對比，無需降低地下水位，施工簡單，速度快，施工成本低，同時證明防治流沙地層效果良好。

4 結 語

從技術可行和經濟合理的方面來看，鋼板防治流沙地層較為成功，避免了其他復雜的工藝，減少了堤腳安全風險，易于快速組織施工，材料購置方便，同時滿足了液壓壩設計和規范主體施工要求，保證了工程質量，對水利施工中流沙防治具有指導和借鑒意義。