浦西水利樞紐工程水閘鋼板樁防滲墻加固設計

賈慶穩

（遼寧省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，遼寧 沈陽 110003）

浦西水閘集防洪、擋潮、排澇、引水灌溉等于一體，是中順大圍最重要的水利樞紐工程，也是中山市最重要的水利樞紐工程。監測資料顯示，當水閘內外側水位差較大時，水閘內河側常出現滲流異常現象，推測原水閘防滲鋼板樁已經失效，影響水閘安全，急需對水閘閘基進行防滲加固處理。鋼板防滲墻是閘基加固的常用措施之一，具有顯著效果。本文針對浦西水利樞紐工程水閘的鋼板防滲墻進行設計分析。

1 工程概況

浦西水利樞紐工程由排水防潮節制閘、通航船閘和排澇泵站組成，是一個以防洪、防潮、排澇、灌溉、航運、沖污等功能為主的大（2）型水利樞紐工程。水閘總凈寬150 m，共10孔，設計過閘流量1020 m3/s，雙向擋水，采用平板鋼閘門，液壓式啟閉機開關，設計啟閉力2×40 t。水閘底板為1.2 m厚鋼筋混凝土結構，分縫寬度34 m，基礎處理采用φ800鉆孔灌注樁，水閘兩側閘墩基礎為φ1200鉆孔灌注樁，設計樁長29 m。

水閘閘基為淤泥質土，屬軟弱土層，水閘上、下游混凝土框格拋石護坦經過多年運行已發生不均勻沉陷沖散現象，嚴重影響其消能防沖功能[1~2]。

2 鋼板樁防滲墻加固設計

2.1 復核防滲長度

水閘防滲長度復核結果見表1（不計算鋼板樁）。

表1 水閘防滲長度復核結果

復核可知防滲長度滿足規范要求。

水閘滲透坡降復核結果見表2（不計算鋼板樁）。

復核可知底板水平段5滲透坡降不滿足規范要求。水閘原鋼板樁防滲墻已失效，急需對水閘閘基進行防滲加固處理。根據地質勘察報告情況，參考本地區已建類似工程經驗，主要對鋼板樁防滲墻和高壓旋噴樁兩種方案進行必選[3]。

表2 水閘滲透坡降復核結果

2.2 方案比選

2.2.1 鋼板樁防滲墻

水閘原設計鋼板樁防滲墻布置在外江側，其中1#、2#閘孔鋼板樁布置在水閘底板與護坦接縫處，3#～10#閘孔鋼板樁布置在水閘底板齒墻處，原鋼板樁防滲墻為9 m長。

本次在水閘閘底板內、外河側重建建設鋼板樁防滲墻，設計防滲墻頂高程為-5.20 m，設計鋼板樁頂高程為-5.50 m，采用拉森Ⅲ型鋼板樁，型號為PU400×125×13。鋼板樁防滲墻頂設混凝土蓋梁，鋼板樁防滲墻頂與水閘閘底板之間采用柔性防水連接。

2.2.2 高噴防滲墻

在水閘周圍布置一排高壓噴射防滲墻圍封，防滲墻設計橫向軸線與水閘橫向軸線平行，防滲墻縱向軸線與水閘縱向軸線平行。先對水閘內外河側底板接縫處進行柔性材料堵漏，再施工高壓噴射防滲墻圍封[4~5]。

高壓噴射防滲墻采用雙管法：氣管和漿管。灌漿材料采用水泥粘土漿，水泥強度等級為42.5。防滲墻軸線灌漿孔間距1.70 m，分兩序孔布置，Ⅰ序孔采用旋噴樁，設計樁徑1.2 m，Ⅱ序孔采用擺噴樁，擺噴角度為30°，相互搭接。防滲墻底部伸入淤泥層底部以下不小于1.0 m，根據地質情況，防滲墻深度為20.6 m~28.6 m。正式進行高噴防滲墻施工前必須先進行圍井試驗，確定高噴灌漿的各項參數，保證灌漿達到設計效果。

水閘高噴防滲墻圍封總長399.4 m，其中橫向防滲墻長366.6 m，縱向防滲墻長32.8 m。

圖1 防滲墻方案圖

2.3 方案對比

以上兩種閘基處理方案在技術都是可行的，但各有優缺點。

（1）鋼板樁防滲墻方案

①優點：鋼板樁防滲采用物理方法連接，防滲效果好，施工技術成熟，水上施工便利，效率高，對地基土層要求不高。雖然18 m長鋼板樁沒有穿透淤泥層，但是本次加固主要是對防滲進行加固，淤泥層為弱透水層，18 m鋼板樁極大的增加了水閘滲徑[6]，同時也使得滲透坡降大大降低，可以滿足設計要求。

②缺點：工程造價較高。

（2）高噴防滲墻方案

①優點：施工工藝簡單，成墻效果好，施工工效高，無污染、噪音低。高噴防滲墻漿液與土體強制混合，在土體中形成一個固結體，防滲效果較好。高噴凝結體并不規則，但與地層結合緊密，且高噴凝結體周圍除了漿皮層外，一般還存在滲透凝結層，有著良好的復合防滲效果，從而進一步提高了凝結體的防滲性能。

②缺點：高噴防滲墻對土層敏感性強，一般在壤土層、中密狀態的砂土層中成強質量較好，而對于粘性土、致密砂層，尤其是地層中含有較大粒徑的卵石、漂石時，成墻連續性不易保證。同時地層中出現地下水流速較大情況，成墻效果也較難保證。

從經濟上比較，高噴防滲墻比鋼板樁防滲墻優勢明顯，鋼板樁防滲墻直接工程費845萬元，高噴防滲墻直接工程費530萬元。但考慮到高噴防滲墻的成樁質量與地基土的關系緊密，現狀水下閘基以下已經出現懸空狀態，高噴防滲墻無法在托空閘基形成連續防滲墻。

綜合各方面的因素，推薦采用鋼板樁防滲墻方案作為浦西水閘防滲加固處理方案。

3 鋼板樁承載力復核

新建鋼板樁防滲墻分別布置在閘室底板的內河側和外河側，內河側和外河側防滲墻長度均為172 m，使內、外側防滲墻共同對水閘閘基形成圍封狀態。

水閘1#、2#閘孔外河側設有原鋼板樁防滲墻（9 m長），本次新建鋼板樁設于原鋼板樁外河側，間距按0.5 m控制。其他部分均緊靠水閘閘底板設置，槽寬為0.5 m。

新建鋼板樁防滲墻上部設C30混凝土蓋梁，使鋼板樁頂部嵌入混凝土蓋梁內，其中頂部0.3 m厚為膜袋混凝土鋪蓋，設計防滲墻頂高程與水閘底板高程齊平，為-5.20 m，設計鋼板樁頂高程為-5.50 m。原1#和2#閘孔外側的鋼板樁應進行水下切割，保證頂部高程不大于-5.50 m。防滲墻頂部與水閘閘底板之間采用柔性防滲連接。本工程鋼板樁采用拉森Ⅲ鋼板樁，型號為 PU400×125×13。

單樁豎向承載力特征值Ra按下式計算：

式中：Quk為單樁豎向極限承載力標準值，kN；K為安全系數，取K=2。

本次計算根據地勘資料中提出的土的物理指標和承載力參數，采用經驗參數法進行計算，本工程采用拉森Ⅲ鋼板樁作為防滲墻，采用《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008）進行計算，由于公式中采用的是標準值，而《地勘報告》上所提的樁端阻力和樁側摩阻力均為特征值[7]，因而，計算時進行相應轉換，計算公式如下：

式中：u為樁身周長，m；qsik為樁側第i層土的摩擦力標準值，kPa；li為樁穿越第 i層土的厚度，m；qpk為樁端土承載力標準值，kPa；Ap為樁端面積，m2，其它符號同前。為樁端天然地基土的承載力折減系數，可取0.4～0.6，承載力高時取低值。

根據土的物理指標和承載力參數之間的經驗關系確定單樁豎向極限承載力標準值，按下式估算，計算結果見表3。

表3 鋼板樁計算表（外河側）

根據以上計算結果可知，鋼板樁防滲墻承載力滿足要求。

4 結語

通過對浦西水利樞紐工程水閘進行安全檢測，發現水閘原鋼板樁防滲墻已經失效，且底板水平段滲透坡降不能滿足規范要求，急需對水閘閘基進行防滲加固處理。結合水閘實際運行情況，提出鋼板樁防滲墻方案作為浦西水閘防滲加固處理方案，并經復核得出鋼板樁防滲墻承載力滿足要求。