膏漿灌漿結(jié)合高壓旋噴施工工法對圍堰防滲穩(wěn)定性的影響

楊 飛， 齊 備， 劉 康， 黃 銘

(1.阜陽市水利建筑安裝工程公司，安徽 阜陽 236000；2.合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009)

0 引 言

圍堰作為水利工程中重要的擋水建筑物，其防滲性能關(guān)乎到工程興建的成敗[1,2]。目前，常用的防滲施工方法有混凝土防滲墻[3]、垂直鋪塑[4]、高壓旋噴灌漿[5]、復(fù)合土工膜[6]等。本文所分析的重慶兩江新區(qū)御臨河生態(tài)調(diào)節(jié)壩工程一期圍堰利用當(dāng)?shù)亻_挖的風(fēng)化巖作為擋水圍堰的填筑材料，以節(jié)省工程建設(shè)成本。在選用防滲施工方法時，由于風(fēng)化巖圍堰填筑壓實后易出現(xiàn)塊石架空、孔隙較大的現(xiàn)象，傳統(tǒng)的施工方法存在不足。如混凝土防滲墻和垂直鋪塑防滲技術(shù)在施工過程中需要對圍堰體進行開挖，會對圍堰造成劈裂作用，對圍堰穩(wěn)定性不利。另一種常用的高壓旋噴灌漿防滲墻則會面臨漿液逸散、成墻效果不理想等困難。因此，在重慶兩江新區(qū)御臨河生態(tài)調(diào)節(jié)壩工程一期圍堰的防滲施工中，采用了膏漿灌漿結(jié)合高壓旋噴施工這一新穎工法。

針對該新穎施工工法在完成防滲施工后的效果，本文利用Geo-Studio軟件對圍堰防滲施工前后的主要防滲指標，如浸潤線高度、溢出點高度、滲流量，進行了分析對比。Geo-Studio軟件是一款功能全面、強大、高效地模擬計算的仿真軟件，Geo-Studio軟件主要包括SLOPE/W、SEEP/W、SIGMA/W、QUAKE/W等模塊，分別在邊坡穩(wěn)定性分析、地下水滲透分析、巖土應(yīng)力變形分析、地震動力響應(yīng)分析中應(yīng)用廣泛。目前，Geo-Studio軟件已在水利、巖土領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[7,8]，證明了該軟件的可靠性。

1 膏漿灌漿結(jié)合高壓旋噴施工工法

重慶兩江新區(qū)御臨河生態(tài)調(diào)節(jié)壩工程位于兩江新區(qū)龍盛片區(qū)御臨河下游河段洛磧鎮(zhèn)鄭家灣，壩址距御臨河與長江的匯合口約2.7 km。御臨河生態(tài)調(diào)節(jié)壩工程總庫容2 844萬m3，正常蓄水位172.20 m(黃海高程)，正常庫容1 082萬m3，最大壩高31.50 m(含高4.2 m景觀鋼壩)，設(shè)計洪水位175.40 m(黃海高程)，校核洪水位177.82 m(黃海高程)。

工程一期圍堰為臨時性建筑物，采用土石圍堰，堰體填筑材料采用當(dāng)?shù)亻_挖的風(fēng)化巖。為滿足圍堰在施工的整個過程中的防滲要求，本工程采用膏漿灌漿結(jié)合高壓旋噴施工工法。在進行防滲灌漿時，灌漿孔按照分序加密的原則布置。具體孔位布置如圖1所示。

圖1 灌漿孔位布置圖

高壓旋噴灌漿孔沿圍堰中心線布置，每兩孔間距0.5 m；膏漿灌漿孔設(shè)置2排，排距1.5 m，每兩孔間距1.0 m。可控性膏漿灌漿和高壓旋噴灌漿均采取三序法施工，即先施工兩邊的Ⅰ序孔，再施工中間的Ⅱ序孔，最后施工Ⅰ序孔與Ⅱ序孔之間的Ⅲ序孔。該工法的詳細施工過程見參考文獻[9]。

2 防滲施工前后圍堰內(nèi)滲流情況對比

該工程上游圍堰的剖面如圖2所示，圍堰最大堰高大于20 m，上游圍堰處設(shè)計水位為173.40 m。上游側(cè)坡比為1∶2.5和1∶2，下游側(cè)坡比均為1∶2。圍堰在擋水后，在上下游水位差的作用下，水流將通過堰體內(nèi)部向下游側(cè)流動。在堰體內(nèi)部，自由水面與壩體剖面的交線稱為浸潤線[10,11]。浸潤線的位置直接影響圍堰內(nèi)部孔隙水壓力的變化，進而影響堰體內(nèi)部有效應(yīng)力及圍堰的邊坡穩(wěn)定性。同時，還需要對通過圍堰內(nèi)部滲入到下游側(cè)的水量進行計算，以確保圍堰能夠起到擋水防滲的作用。因此，對圍堰進行防滲穩(wěn)定分析是必要的。本文主要針對采用膏漿灌漿結(jié)合高壓旋噴施工工法前后的圍堰防滲穩(wěn)定性進行對比分析。

圖2 圍堰剖面圖(尺寸單位：mm，高程單位：m)

如圖2所示，圍堰的填筑材料主要包含：土石混合料，砂巖石渣料，碾壓土石混合料，干砌塊石護坡和C20混凝土護坡，以及防滲施工后在圍堰中軸線處形成的防滲墻。防滲墻的滲透系數(shù)是由現(xiàn)場試驗測定，其余各材料的防滲參數(shù)參照類似材料取值，具體見表1。

表1 圍堰材料滲透系數(shù)值

利用軟件Geo-Studio中的SEEP/W模塊[12]，首先按照重慶兩江新區(qū)御臨河生態(tài)調(diào)節(jié)壩工程一期圍堰尺寸建立幾何模型。然后根據(jù)圖1顯示的材料分區(qū)情況將表1中的參數(shù)值賦到相對應(yīng)的區(qū)域，并設(shè)定對應(yīng)的邊界條件：上游為已知的水頭邊界，下游邊界條件未定(滲流溢出點位置)，可利用SEEP/W軟件中的potential seepage face邊界進行設(shè)定。完成模型建立后，則可利用軟件計算出圍堰在設(shè)計水位173.40 m下內(nèi)部的滲流情況。圖3顯示了防滲施工前后圍堰內(nèi)部的壓力水頭分布云圖。從圖3中可以看出，在使用膏漿灌漿結(jié)合高壓旋噴施工形成防滲墻后，圍堰內(nèi)部的水頭變化明顯，浸潤線的高度明顯降低，而且下游側(cè)溢出點的位置也顯著降低。同時，由圖3可知，防滲施工完成后，圍堰中心線右側(cè)的堰體內(nèi)部水壓力有著顯著的降低，這對提高下游邊坡的穩(wěn)定性有著顯著作用。

圖3 圍堰內(nèi)部壓力水頭云圖

表2列出了防滲施工前后圍堰防滲指標的對比，包含滲漏量，溢出點的高度。

表2 防滲指標對比

由表2可以看出，防滲施工后，堰體內(nèi)部的滲漏量減少到原滲漏量的1/2以下。同樣的，下游側(cè)滲流溢出點的高度也只有防滲施工前高度的1/2左右。這些數(shù)值直觀的說明了采用膏漿灌漿結(jié)合高壓旋噴進行防滲施工后，圍堰的防滲穩(wěn)定性得到了顯著的提高。

3 結(jié) 論

本文以重慶兩江新區(qū)御臨河生態(tài)調(diào)節(jié)壩工程上游圍堰防滲施工為例，主要分析了重慶兩江新區(qū)御臨河生態(tài)調(diào)節(jié)壩工程上游圍堰在使用膏漿灌漿結(jié)合高壓旋噴這一新穎工法后圍堰內(nèi)部的滲流情況。該工法在進行防滲灌漿時，沿圍堰中心線布置一排高壓旋噴灌漿孔，在高壓旋噴灌漿孔的上下游側(cè)各布置一排膏漿灌漿孔。可控性膏漿灌漿和高壓旋噴灌漿均采取三序法施工。

通過Geo-Studio的分析結(jié)果可以看出，圍堰在采用防滲施工后，圍堰內(nèi)部的浸潤線高度和下游側(cè)溢出點的高度都有著明顯的降低，圍堰的滲漏量在防滲施工后不到原有滲漏量的1/2，防滲墻的防滲效果顯著。分析結(jié)果揭示了該防滲方法的有效性，證明了該工法的可靠性，可為其他同類型的水利工程建設(shè)提供參考，具有良好的應(yīng)用前景。