沿海水閘防滲系統(tǒng)修復(fù)技術(shù)

(南通市通州水利建設(shè)工程有限公司，江蘇 南通 226300)

沿海地區(qū)常規(guī)的水閘設(shè)計(jì)一般采用水泥深層攪拌樁防滲墻、鋼筋混凝土板樁防滲墻、木樁防滲墻等進(jìn)行地基處理防滲，從而保證水閘不因內(nèi)外水位差而產(chǎn)生滲流致使水土流失，其中最常用的是水泥深層攪拌樁防滲墻。

萬畝海蜇園進(jìn)水閘搶修加固工程進(jìn)水閘由于滲徑考慮不周全，未設(shè)計(jì)垂直防滲設(shè)施，水閘實(shí)際地質(zhì)情況沒有勘探土質(zhì)情況好；水閘運(yùn)行期間內(nèi)側(cè)的蓄水長(zhǎng)時(shí)間達(dá)▽2.5m，比設(shè)計(jì)正常水位▽1.80m還要高0.7m，嚴(yán)重超工況運(yùn)行，導(dǎo)致進(jìn)水閘使用過程中因滲徑不足造成滲透破壞，海水退潮后下游閘底板與防沖槽之間伸縮縫出現(xiàn)大量的砂土，閘室出現(xiàn)明顯的傾斜。

根據(jù)以上緊急情況，以往考慮采取的措施一般為采用水泥攪拌樁防滲墻、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土板樁或木板樁防滲墻進(jìn)行處理。由于水泥攪拌樁防滲墻以及預(yù)制鋼筋混凝土板樁施工需要的凝固時(shí)間長(zhǎng)，施工場(chǎng)地狹窄，不利于打樁機(jī)械的布置，對(duì)搶險(xiǎn)工程不適用；而木樁板樁根據(jù)計(jì)算需要8.2～12m的長(zhǎng)度，板樁沉樁困難同樣不適用于本工程的使用。

1 工程及地質(zhì)概況

該圍墾進(jìn)水閘工程為Ⅳ等工程，涵閘、上下游翼墻及消力池等為4級(jí)水工建筑物。進(jìn)水閘工程設(shè)計(jì)使用年限為30年。涵閘設(shè)計(jì)流量36m3/s，設(shè)計(jì)外海平均高潮位為2.48m，引水渠正常水位為1.80m。閘的主要功能為進(jìn)、排水，雙孔，單孔凈寬3m，閘門為平板直升式鋼閘門，配QPQ2×80卷揚(yáng)式啟閉機(jī)，閘檢修閘門采用鋼質(zhì)疊梁門。進(jìn)水閘結(jié)構(gòu)形式詳見圖1。

圖1 進(jìn)水閘縱剖面 (單位：cm)

該進(jìn)水閘地質(zhì)情況自上而下分述如下:

①?zèng)_填土，層底高程-1.19～1.26m，層厚0.80～2.00m。②層粉土，層頂高程-1.19～1.26m，層底高程一般-3.20～-1.06m，層厚一般1.70～3.20m。③層粉土，層頂高程-3.20～-1.06m，層底高程一般-6.00～-3.42m,層厚一般1.70～3.50m。④層粉砂夾粉土，層頂高程一般-6.00～-3.42m，層底高程-11.10～-7.74m,層厚3.00～5.40m。⑤層粉土，層頂高程-11.10～-7.74m,層底高程一般-13.80～-9.14m，層厚一般1.90～4.90m。⑥層粉砂，層頂高程-13.80～-9.14m。進(jìn)水閘主體建筑物基底坐落于②層粉土。

2 防滲系統(tǒng)加固技術(shù)方案

由于本工程時(shí)間緊，不利于使用常規(guī)的地基防滲處理方法。結(jié)合以往鋼板樁圍堰、鋼板樁支護(hù)防滲比較成功的施工經(jīng)驗(yàn)，以及鋼板樁購(gòu)材方便、施工速度快、施工深度深、防滲效果佳、需要的施工設(shè)備相對(duì)較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[1]，對(duì)本進(jìn)水閘擬采用如下手段進(jìn)行防滲修復(fù)。

通過修筑圍堰斷流，減少內(nèi)外水壓力，防止?jié)B流的加劇，對(duì)上下游消力池利用U形拉森鋼板樁形成止水帷幕，同時(shí)對(duì)洞室底板進(jìn)行開孔注漿和水閘基礎(chǔ)土方穩(wěn)定處理，洞身兩側(cè)土方各5m范圍內(nèi)進(jìn)行壓力注漿加固地基土方，防止土方流失；由于進(jìn)水閘原先沒有設(shè)計(jì)止水帷幕，內(nèi)側(cè)養(yǎng)殖池水位超水位運(yùn)行，原先的滲徑不夠，考慮在上下游灌砌塊石護(hù)坡、護(hù)底采取鉆孔，設(shè)置冒水孔進(jìn)行引排地下壓力水。 防滲處理方案詳見圖2。

圖2 進(jìn)水閘鋼板樁處理縱剖面(單位：cm)

2.1 上游處理

上游灌砌塊石護(hù)底及護(hù)坡設(shè)置冒水孔，在現(xiàn)狀灌砌塊石護(hù)底基礎(chǔ)上鉆孔插入φ5cmPVC管，端部包裹一層300g/m2無紡?fù)凉げ迹琍VC管內(nèi)灌米瓜子片，表層6cm填無砂混凝土。管外周與灌砌塊石間用M10砂漿灌實(shí)。

拆除原上游消力池及一、二級(jí)翼墻，上游消力池改造為扶壁式“U”形結(jié)構(gòu)，消力池頂高程▽5.0～3.0m，消力池底設(shè)置地下“U”形鋼板樁連續(xù)墻，墻底高程▽-9.30m,兩側(cè)延伸至兩側(cè)翼墻后15m，形成▽5.00m擋潮平臺(tái)。

上游擋潮平臺(tái)場(chǎng)地為混凝土場(chǎng)地，混凝土場(chǎng)地由上至下結(jié)構(gòu)層依次為:20cm厚C30混凝土、30cm厚水泥土墊層。混凝土場(chǎng)地每5m×5m鋸縫。混凝土場(chǎng)地與擋墻間采用橡膠止水，場(chǎng)地以0.5%坡度向墻頂放坡，以利排水。

2.2 下游處理

在下游側(cè)(圍區(qū)側(cè))消力池尾端設(shè)置垂直防滲墻，具體為:鑿除原下游二級(jí)翼墻上游段lm范圍內(nèi)翼墻，打設(shè)拉森鋼板樁，樁底高程-10.0m，兩側(cè)延伸至兩側(cè)翼墻后15m。

下游灌砌塊石護(hù)底設(shè)置冒水孔進(jìn)行壓力的釋放，在現(xiàn)狀灌砌塊石護(hù)底基礎(chǔ)上鉆孔插入φ5cmPVC管，端部包裹一層300g/m2，無紡?fù)凉げ迹琍VC管內(nèi)灌米瓜子片，表層6cm填無砂混凝土。管外周與灌砌塊石采用M10砂漿灌實(shí)。施工時(shí)不得穿過原碎石墊層。

2.3 洞身加固處理

洞身兩側(cè)各5m范圍內(nèi)進(jìn)行壓力注漿，注漿高程▽-3.00m～4.00m，孔距1.5m ×1.5m；洞室底板進(jìn)行接觸灌漿，孔距2.0m。注漿孔孔徑為10cm，垂直傾斜率<1%,注漿材料選用單液水泥漿，漿液水灰比>0.6且<2，注漿壓力0.04MPa，注漿量為20%，漿液的初凝時(shí)間為5～20min。注漿結(jié)束后洞身外注漿孔用2∶8灰土回填夯實(shí)，洞室底板注漿孔采用C20細(xì)石混凝土回填密實(shí)(洞室底板注漿和細(xì)石混凝土終凝前，地下水位應(yīng)控制不高于-1.70m)，注漿孔頂面采用鋼板封孔處理。

當(dāng)拍攝整張動(dòng)物肖像特寫時(shí)，需要控制鏡頭與前面的動(dòng)物保持安全拍攝距離，考慮一支300mm或更長(zhǎng)焦距的鏡頭，甚至超遠(yuǎn)距變焦鏡頭，如150mm-600mm鏡頭，這樣就可以在更遠(yuǎn)距離下不驚擾動(dòng)物，又能拍攝更細(xì)致的特寫。

3 防滲處理施工工藝措施

3.1 圍堰斷流

為避免進(jìn)水閘泥土流失進(jìn)一步加劇，安排1套40kW水力沖挖機(jī)組進(jìn)行圍區(qū)袋裝土圍堰的施工，同時(shí)利用圍區(qū)其余的2座排水涵閘降低圍區(qū)的高水位，外海側(cè)圍堰受海水漲落潮的影響對(duì)工程影響不大，在內(nèi)側(cè)圍堰施工后進(jìn)行外側(cè)圍堰的施工。通過內(nèi)外圍堰的施工和明水的排除，將閘室底板、上下游消力池和護(hù)底清理出來。

3.2 井點(diǎn)降水

為保證鋼板樁不帶水作業(yè)，同時(shí)控制降水深度對(duì)水閘結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良影響，采用輕型井點(diǎn)進(jìn)行降水，沿老進(jìn)水閘四周設(shè)置單排6m輕型井點(diǎn)進(jìn)行封閉式降水，降水采取緩慢分梯次進(jìn)行，初期確保地下水位低于▽-1.7m，以方便洞底板注漿；在注漿完成后進(jìn)行上下游鋼板樁施工時(shí)，將地下水位降低至▽-2.5m或-3.0m高程處。

工程施工降水前，1m3挖掘機(jī)將原先下游翼墻后側(cè)的土方開挖減載，挖土深度大于100cm。

施工期間安排專人觀測(cè)地下水位，對(duì)水閘進(jìn)行沉降觀測(cè)和分析，嚴(yán)格控制好降水深度。[2]

輕型井點(diǎn)在上游消力池以及下游消力池和翼墻墻身修復(fù)，混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求且土方回填后進(jìn)行拆除。

3.3 鋼板樁防滲

考慮到鋼板樁沉樁需要一定的空間，下游貳級(jí)翼墻以及消力池由于傾斜、流沙嚴(yán)重拆除重建，上游一級(jí)翼墻底板、墻身混凝土拆除前按鋼板樁施工所需位置(1m寬度)彈出墨斗線，金剛石繩鋸專用大型混凝土切割機(jī)沿墻面以及消力池底板面先切割。為防止拆除混凝土接縫參差不齊，利用空壓機(jī)以及手動(dòng)電鎬將混凝土鑿除，下游翼墻鑿除時(shí)根據(jù)后道工序的需要預(yù)留部分鋼筋或植筋處理。

3.3.1 鋼板樁材料

拉森鋼板樁采用專業(yè)廠家生產(chǎn)的合格產(chǎn)品AU-14型鋼板樁[3]，各加固部位的板樁按所需長(zhǎng)度委托廠家進(jìn)行加工，每根樁均通長(zhǎng)布置不需要焊接。鋼板樁運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后清理鎖扣雜物。由于鋼板樁埋置于地下封閉的狀態(tài)，鋼板樁不需要進(jìn)行涂刷特殊的防腐措施。

考慮到施工場(chǎng)地的狹窄，打樁利用長(zhǎng)臂履帶式挖掘機(jī)配專用高頻振動(dòng)打樁夾具施工，其優(yōu)點(diǎn)在于移動(dòng)方便，施工靈活，適用于本工程搶險(xiǎn)作業(yè)面較狹窄的情況。

3.3.3 施工測(cè)控

為保證鋼板樁沉樁深度以及位置的準(zhǔn)確性，根據(jù)進(jìn)水閘原有的測(cè)控點(diǎn)，進(jìn)行鋼板樁中心線(里、外)、端點(diǎn)線的測(cè)設(shè)。布置測(cè)控覘標(biāo)，用鋼筋及測(cè)量三角旗、油漆等豎立明顯標(biāo)志。

3.3.4 打設(shè)導(dǎo)樁、架設(shè)導(dǎo)梁

為保證鋼板樁防滲效果，沉樁時(shí)嚴(yán)格控制鋼板樁的垂直度，在鋼板樁打入時(shí)設(shè)置打樁圍檁支架，圍檁支架由槽鋼圍檁及鋼管圍檁樁組成。

利用挖掘機(jī)專用打樁夾具進(jìn)行吊裝鋼板樁，鋼板樁使用前利用2m小段的鋼板樁對(duì)每根樁的鎖口進(jìn)行檢查，確保每根樁鎖扣緊密，施打前，板樁咬口處涂抹黃油以保證施打的順利并提高防水效果。調(diào)整龍口樁的垂直度或傾斜度，精確定位。板樁是防滲結(jié)構(gòu)的主要施工措施，施工時(shí)嚴(yán)格控制施工垂直度以及鎖扣的銜接，采取屏風(fēng)式施工方法進(jìn)行有序沉樁，將鋼板樁頂標(biāo)高沉至設(shè)計(jì)的標(biāo)高。

3.3.5 質(zhì)量檢測(cè)

鋼板樁防滲墻目前還沒有現(xiàn)成的規(guī)程、規(guī)范，現(xiàn)場(chǎng)主要用經(jīng)緯儀、垂直校正器和鋼尺測(cè)量垂直度，偏差控制在1.5%以內(nèi)；用水準(zhǔn)儀觀測(cè)高程，偏差控制在±30mm。考慮到鋼板樁兩側(cè)均為土質(zhì)，防滲鋼板樁之間微小的空隙被泥土填充，最終的防滲效果采用開挖滲水井進(jìn)行滲水試驗(yàn)，比較滲透系數(shù)來確定防滲效果。

3.4 壓力注漿加固

考慮到防滲系統(tǒng)的失效，原先閘室底板的土方流失嚴(yán)重，為保證閘室洞身底板穩(wěn)定，考慮使用壓力注漿對(duì)底板以及墻后土方進(jìn)行加工處理。壓力注漿布置詳見圖3。

圖3 壓力注漿布置立面圖(單位：cm)

由于底板厚度70cm，需利用專用開孔器進(jìn)行底板鋼筋混凝土開孔。

灌漿材料采用PO42.5硅酸鹽水泥拌勻，再加水兌制成水泥漿。對(duì)進(jìn)場(chǎng)水泥進(jìn)行材料檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)做好水泥的儲(chǔ)存與使用工作，防止水泥受潮結(jié)塊失效。水泥漿液水灰比為0.6～1，注漿壓力為0.04MP。[4]

采用200型轉(zhuǎn)盤式鉆機(jī)進(jìn)行墻后壓力注漿孔鉆孔，200L灰漿機(jī)及HBW50/1.5注漿泵進(jìn)行注漿施工。注漿壓力根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)情況以及施工前的試樁來確定，注入壓力控制在0.04MP。底板灌漿時(shí)宜在溢出后間隔一定時(shí)間進(jìn)行二次復(fù)灌(洞室灌漿需在一天的時(shí)間內(nèi)完成)，確保底板與泥土之間水泥漿充填密實(shí)。

墻后灌漿在規(guī)定壓力下，注漿量小于1L/min時(shí)，穩(wěn)壓2～3min，若壓力不下降或壓力下降不超過5%，則停止注漿。

注漿結(jié)束后，拔出套管，用C20細(xì)石子混凝土封孔，同時(shí)利用6層300g/m2土工布+16mm鋼板進(jìn)行封蓋防止地下滲土。

注漿前后，利用物探成果資料對(duì)比，檢查注漿效果；利用鉆孔注水試驗(yàn)的單位長(zhǎng)度吸水量對(duì)比，檢查注漿效果。注漿后單位長(zhǎng)度吸水量小于注漿前吸水量的3%～5%，且不存在明顯漏水現(xiàn)象為合格。[5]

4 結(jié) 語

該水閘通過以下方式進(jìn)行加固處理：修筑圍堰斷流，減少內(nèi)外水壓力，防止?jié)B流的加劇，上下游灌砌塊石護(hù)坡護(hù)底設(shè)置冒水孔，進(jìn)行壓力的釋放，上下游消力池下部利用拉森鋼板樁形成止水帷幕增加滲徑，同時(shí)對(duì)洞室底板開孔注漿，進(jìn)行基礎(chǔ)土方穩(wěn)定處理，洞身兩側(cè)各5m范圍內(nèi)進(jìn)行壓力注漿加固填充地基土方。該進(jìn)水閘經(jīng)處理后，利用儀器觀測(cè)水閘沉降趨于穩(wěn)定狀態(tài)，水閘運(yùn)行正常，鋼板樁防滲墻較好地處理了該進(jìn)水閘滲透長(zhǎng)度不夠的問題。

該閘成功的防滲處理措施為以后類似水閘工程搶險(xiǎn)加固由于滲徑不足而采取的應(yīng)急處理方案提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒，為水閘工程防滲系統(tǒng)采用鋼板樁防滲墻提供了新的思路：水閘防滲系統(tǒng)采用“鋼板樁+高壓旋噴樁”的新技術(shù)，與采用水泥攪拌樁防滲墻、鋼筋混凝土板樁防滲墻的技術(shù)相比，優(yōu)點(diǎn)：施工速度快、質(zhì)量有保證，防滲效果佳；缺點(diǎn)：工程造價(jià)較高、施工質(zhì)量控制要求高。水閘工程必須在汛期以前具備通水的條件，對(duì)于施工工期要求特別緊的水閘工程，設(shè)計(jì)時(shí)需將工期與造價(jià)綜合考慮，優(yōu)先采用鋼板樁地基防滲處理方案。