閘基基礎粗粒土防滲處理勘察結果分析

王斌

摘? ? 要：閘基基礎防滲處理是閘基工程一項重要內容，主要是針對防止基礎巖土發生滲透變形破壞、減小滲透壓及減少滲漏量。主要方法可采用水平防滲或垂直防滲，其中水平防滲采用水平鋪蓋的方式，如粘土材料鋪蓋或混凝土材料鋪蓋，垂直防滲采用的方法有板樁、混凝土地下連續墻、高壓噴射灌漿帷幕及聯體攪拌樁等。

關鍵詞：閘基基礎;粗粒土;防滲處理;勘察結果

1? 水閘工作與應用特點分析

實踐中可以看到，當前國內多數平原地帶的水閘主要建設在土基之上，較之于少量建在巖基之上的岸邊溢洪道，主要表現出以下特點。土基本身的壓縮性相對較大一些，而且其承載能力相對較低，因此產生的沉降、沉降差等相對較大一些，很容易引發閘室傾斜或者止水破壞，甚至造成閘門底板斷裂或塑性破壞，最終導致水閘事故。在水閘泄洪過程中，雖然其流速并不高，但是水流還具有一定的剩余能量，如果土基抗沖能力相對較小，則很容易被水流沖刷。實踐中可以看到，土基因滲透水流作用而容易出現嚴重的滲透性變形，尤其是粉細砂地基，而且閘后很易發生翻砂、冒水等問題，對閘基、兩岸產生嚴重的影響。

2? 歷次除險加固情況

某工程主體由攔河閘、渾沙及渾蒲進水閘3大部分組成。攔河閘為寬頂堰，孔高8.2m，寬10m，攔河閘及沖砂閘共22孔，其中渾沙灌區及渾蒲灌區沖砂閘各為3孔。閘底板高程31.5m，閘底板長18m，閘總寬257.4m。攔河閘閘后接8.5m長一級消力池，以后接12m長混凝土護坦。

經1960年洪水及后幾年運用，攔河閘下游消能及防沖設施遭到不同程度的破壞，為保證攔河閘正常運行，于1964年9月對閘下游海漫、防沖槽進行改建設計，同年進行施工。隨著下游河道采砂量逐漸增大，河道下切較多，造成水力條件發生變化。

由于河道下切后水能沒有消耗，致使下游海漫多次被沖壞，同時近30年的觀測閘基地基土滲漏量加大，1998年對閘體進行全面的改建設計，即在原有混凝土護坦工程后接二級消力池，其后接長9.0m的混凝土鋪蓋，繼后設0.5m厚混凝土預制塊及現澆混凝土海漫，與混凝土齒墻相接，齒墻后接防沖槽，同時在閘前布置防滲帷幕工程。

該次消能工改建工程及防滲帷幕工程于1999年12月竣工。

2004年，左側閘基底板均不同程度的出現裂縫，下游護坦混凝土板開裂下沉，為閘基滲透變形破壞的明顯特征，為保證攔河閘的安全運行，當年對攔河閘基礎進行了詳細的地質勘察及設計，并檢測1999年防滲墻的質量效果及防滲效果。

3? 勘察結論

3.1? 地層結構

閘基基礎巖土結構簡單，結構如下。

第1層：礫砂，黃色，局部為黑色，砂礫成份主要以火山巖為主，磨圓一般，飽和，稍密。層位較穩，分布均勻，層厚1.0m～5.4m。

第2層：圓礫，黃色，局部為黑色，砂礫成份主要以火山巖為主，磨圓一般，飽和，中密。層位較穩，分布廣泛，最大層厚14.8m。

3.2? 顆粒分析

參照建閘前地質勘察成果，對第1層礫砂及第2層圓礫顆粒分析成果進行對比，現地基土顆粒分組中第1層礫砂與建閘前變化較小，只是粘、粉粒含量相對較少，第2層圓礫與建閘前變化較大，粘、粉料與砂粒明顯減少，粗化現象嚴重，說明滲透變形破壞較重。

3.3? 防滲墻檢測結果

前期灌漿存在不連續性及不完整性，防滲墻成份復雜，在滲透壓力作用下水泥凝結效果不明顯，起不到預計的防滲效果，對防止閘基進一步發生滲透變形破壞無作用。

3.4? 工程地質評價

該攔河閘運行近40年，地基巖土圓礫層粗化明顯，即粘、粉粒與砂粒流失減少，已發生實質性的管涌類型的滲透變形破壞，局部沉陷而引發閘底板開裂及下游護坦下沉。在已發生滲透變形破壞的條件下采用普通水泥灌漿，形成防滲墻，在滲透壓作用下效果不明顯，連續墻呈不連續性及不完整性。

4? 分析

該攔河閘于1959年建設完成，地基防滲處理措施采用水平混凝土鋪蓋。地基巖土為礫砂與圓礫，均為粗粒土，滲透系數分別為1.08×10-3cm/s、1.91×10-2cm/s，屬中等透水與強透水層。其中礫砂層厚度1.0m～5.4m，圓礫層最大厚度14.8m。

在運行近40年后，對其顆粒分析對比發現，礫砂顆粒分組中礫粒與砂?；旧蠠o變化，粘、粉粒明顯減少;圓礫顆粒分組中礫?；旧蠠o變化，砂粒與粘、粉粒明顯減少，說明在采用水平混凝土鋪蓋防滲處理措施下，地基土粒徑越大，即滲透性越強，發生管涌型滲透變形破壞的條件越充分，也即說明閘基地基土為粗粒土，單獨采用水平鋪蓋作為防滲處理措施存在安全隱患，在運行若干年后，發生管涌型滲透變形破壞的可能性較高，嚴重影響建筑物的安全。

5 質量控制方法

5.1? 壩基處理質量控制

當心墻基礎開挖至2023m高程后進行固結灌漿，通過聲波測試、壓水試驗和動力觸探等方式了解灌漿質量，待灌漿質量滿足設計要求后，再開挖至設計基礎高程。

5.2? 施工工藝質量控制

從以下幾個方面進行施工工藝質量控制：（1）鋪料質量控制：心墻料與反濾料平起填筑，高差不超過40cm，先鋪反濾料后，再鋪防滲料，防滲料鋪料厚度不超過40cm，鋪料方式主要采用進占法。（2）碾壓質量控制：防滲心墻采用2005PDW型自行式振動凸塊碾碾壓，振動碾質量20400kg，振幅2.2mm，振動頻率28Hz，激振力410kN。振動碾行車速度2.0km/h～3.0km/h，先靜壓2遍，再振動碾壓8遍（碾滾前進及倒退為同一碾跡時計1遍）。采用錯距法搭接，搭接寬度為30～50cm，避免發生漏壓和過壓現象。（3）層間結合質量控制：層面不得出現光面、剪切破壞、彈簧土等現象。表面形成光面時，鋪土前必須灑水濕潤并刨毛;層面有剪切破壞和彈簧土時，必須清除已破壞的土和彈簧土，并重新填筑;當氣候干燥、土層表面水分蒸發較快時，鋪料前適當灑霧狀水濕潤，避免灑水過多而成彈簧土。（4）心墻與岸坡結合質量控制：本工程心墻與岸坡接觸采用高塑性粘土，清除與防滲墻接觸的混凝土表面的乳皮等雜物，并在混凝土表面涂濃泥漿，以利心墻與岸坡之間的結合。

5.3? 礫石含量

由于礫質土含有一定的粘粒，且粘結在粗顆粒礫石上，加之礫質土自身容易破碎，如果使用《土工試驗規程》（SL237-1999）中的方法：將風干的土樣放在橡皮板上用木碾將粘結的土團充分碾散，容易破碎礫石而不能真實反應礫石含量。本工程經過一段時間的實踐總結，采用水洗法洗去粒徑<0.075mm的顆粒，炒干后再用篩析法進為了真實評價防滲體的滲透性，采用現場原位試坑注水法測定防滲料的滲透系數?，F場使用直徑約30cm（最大粒徑的兩倍）的鋼環，為避免側面滲漏，最好加一個內環于兩倍直徑的外環，安裝時內、外環同心，內外環加水約15cm，安裝水位測針，測量內環水位變化;為真實獲取防滲料的滲透系數，同時用容器測量蒸發水量，待滲透水量穩定后測讀5～6個讀數，每次測記的流量與平均流量之差不超過10%即可認為滲透穩定。測讀時間間隔視水位測針的精度和設計要求的滲透系數而定。

6? 結束語

根據已運行多年攔河閘所出現的病險癥狀，通過對其建閘前及現在地基土顆粒分組的對比分析，可以得出在采用水平鋪蓋防滲處理措施下，地基土粘、粉粒及砂粒的流失量隨顆粒粒徑的增大而增大，說明閘基土為粗粒土時，單一采用水平鋪蓋作為防滲措施不能完全滿足地基土防滲要求，應采用水平與垂直防滲相結合的方法處理為宜。

參考文獻：

[1] 郭慶國.粗粒土工程特性及應用[M].鄭州：黃河水利出版社，2017.

[2] 李廣信，周曉杰.土的滲透破壞及其工程問題[J].工程堪察，2017（5）：10～13.