沭河上游堤防加固截滲工程方案比選

叢 榕

（臨沂市水務集團有限公司，山東 臨沂 276000）

沭河發源于沂山南麓，南流經山東省沂水、莒縣、莒南、河東、臨沭、郯城等縣（市），江蘇省東海、新沂等縣（市），至江蘇新沂口頭入新沂河，全長300 km，流域面積6 400 km2。沭河上游堤防加固工程治理范圍自潯河口至青峰嶺水庫（中泓樁號132+142～70+000），治理河段總長62.142 km。

經現場勘查，沭河左岸莒縣荊家莊科段（左岸樁號38+175～39+280 段）、沭河右岸莒縣縣城幕家莊子街段（右岸樁號33+517～34+907 段）均存在以下問題：一是堤防座落于沙基或純沙堤段較多，且堤身為松散細砂，抗沖和抗風蝕能力低、抗滲穩定性差；二是上層為黏性土，下層為礫質粗砂，兩層間可能存在接觸沖刷，存在堤基滲漏問題；三是經滲透穩定計算，這兩段堤防下游出逸點比較高、滲流出口坡降大于表層土允許滲流坡降，在滲流作用下將發生滲透破壞；四是沭河洪峰持續時間較長，洪水漫灘，堤后滲水嚴重。因此，為消除防洪隱患，確保堤防安全，對這兩個堤段進行截滲加固處理是十分必要的。

1 截滲工程方案比選

根據已建工程經驗和工程實際情況，截滲工程擬定以下6 種方案進行比選。

1）方案Ⅰ：垂直鋪塑截滲。利用專門的開槽機開出符合設計要求的溝槽，然后鋪設厚0.2 mm的土工膜，塑膜嵌入堤基壤土層內0.5 m 或嵌入基巖面以下0.2 m，再回填黏性土，使槽內回填土干容重不小于1.45 g/cm3，形成塑膜防滲帷幕。

2）方案Ⅱ：多頭小直徑深層攪拌樁墻截滲。多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻技術以其成墻防滲效果好、成本低、適用范圍廣、工效高等優點，在國內江河堤防等截滲工程中得到廣泛應用，具有較成熟的施工經驗。其施工工藝是利用特制的多頭小直徑深層攪拌機，按設計要求把水泥漿噴入土體并攪拌形成水泥土墻，截滲墻厚度不小于12 cm，嵌入堤基壤土層內1.0 m 或嵌入基巖面以下0.2 m，且樁與樁之間搭接良好，墻體連續，墻體水泥土基本均勻，整體性好，截滲性能好。

3）方案Ⅲ：高壓噴射防滲板墻截滲。按單排孔布設，孔距1.5 m，嵌入基巖面以下0.2 m，在礫質粗砂層內采用30°角擺噴，在亞黏土層內采用定噴，且要求防滲墻厚度不小于30 cm。

4）方案Ⅳ：黏土斜墻截滲。堤防迎水坡清基后按要求置換黏土，黏土斜墻厚度0.8 m，坡腳設齒墻，齒墻邊坡 1∶0.8，底寬 1.2 m，深 1.2 m，要求黏土墻體均勻密實、連接緊密，干容重不小于1.45 g/cm3，無集中滲漏問題。

5）方案Ⅴ：復合土工膜水平鋪蓋截滲。堤防迎水坡防洪水位1.0 m 以下及灘地水平鋪蓋范圍內清基后按要求鋪設復合土工膜，上設厚0.2 m干砌塊石防護層，防御外界水流或波浪沖擊、風化侵蝕、冰凍破壞和遮蔽日光紫外線，下設厚0.1 m、粒徑為2～4 cm 碎石支持層，保護非織造土工織物不受破壞，復合土工膜上端嵌入堤身0.5 m，采用波浪形松弛鋪設型式，接縫寬度0.1 m，并保證最小黏接寬度0.08 m，且接縫黏接良好，無集中滲漏問題。

6）方案Ⅵ：堤后黏土壓滲蓋重截滲。堤防背水坡清基后，浸潤線下游出逸點以下按要求壓蓋清基土，浸潤線下游出逸點以上按要求壓蓋黏土，黏土厚度為1.0 m，寬度為堤基發生滲流破壞的長度，邊坡1∶2.5，要壓蓋黏土均勻密實、連接緊密，干容重不小于1.45 g/cm3，無集中滲漏問題。方案比較見表1。

表1 截滲方案比較表

經綜合分析比較，方案Ⅰ垂直鋪塑截滲具有施工工藝簡單、施工速度快、防滲效果好、投資少、易與大堤防滲相結合等優點，但在砂堤上施工易塌槽，施工質量難以保證；方案Ⅱ多頭小直徑深層攪拌樁截滲除具有方案Ⅰ的優點外，還具有加固堤防或堤基，震動小、無棄土等優點；方案Ⅲ成墻深度大，防滲效果好，但是施工工序多，施工復雜，投資大；方案Ⅳ施工工藝簡單，投資居中，但施工速度慢，占地多，尤其是當地黏土儲量不足需外購；方案Ⅴ施工工藝簡單，防滲效果好，但是施工速度慢，占地多，允許流速小，投資大，耐久性差，使用年限僅20～30 a，抵抗人類活動及生物破壞的能力低；方案Ⅵ施工工藝簡單，投資相對較低，但是施工速度慢，占地多，尤其是當地黏土儲量不足需外購，抵抗人類活動及生物破壞的能力低，工程建成后管理不便。

本次設計選用方案Ⅱ多頭小直徑深層攪拌樁截滲方案，對相對不透水層埋藏淺的堤段采用封閉式截滲，對相對不透水層埋藏深的堤段采用懸掛式截滲，截滲深度以滿足堤防下游堤坡和堤基滲流坡降小于表層土允許滲流坡降。

2 截滲工程設計

本次設計是在堤頂采用多頭小直徑深層攪拌樁，截滲軸線布置在距堤內肩1.0 m 的堤頂上。參照已建類似工程施工經驗，確定堤防截滲上限取設計洪水位以上0.5 m 與現狀堤頂高程以下1.0 m 中的大值，封閉式截滲下端嵌入堤基壤土層內1.0 m，懸掛式截滲深度滿足堤防下游堤坡和堤基表層土允許滲流坡降。

墻體厚度主要由墻體允許滲透破壞比降控制，另外要考慮施工機具、施工時可能造成的允許偏差和墻體壽命。

根據有關資料，截滲墻體厚度可按下式計算取值：

式中：δ 為最小防滲墻厚度，m；△H 為防滲水頭差，m；[J]為設計允許破壞比降（一般取滲透破壞比降的1/2）。

墻體允許滲透破壞比降受材料配比影響，有一定的變化范圍。根據國內已建截滲墻工程試驗結果，墻體抗滲透破壞比降不小于200，設計允許破壞比降一般采用60。由此計算的截滲墻體最大厚度為97 mm，本次設計采用墻厚120 mm。

防滲墻墻體厚度采用120 mm，選用鉆頭直徑為φ200 mm。每一個單元墻按三序樁施工，樁間搭接長度應不小于50 mm，施工單元墻搭接長度應不小于100 mm，樁間搭接間歇時間不得超過24 h，如因特殊原因超過上述時間，應對最后一根樁搭接處進行空鉆留出榫頭以待下一批樁搭接；如間歇時間過長（如停電等），與后續樁無法搭接，應采取局部補樁或注漿措施。水泥摻入量及水灰比應通過現場成墻試驗確定，通過成墻試驗選擇最優漿液配比，輸漿的工作壓力、輸漿量和與之相匹配的鉆頭下沉、提升速度，以及相應的允許電流等技術參數。

3 截滲效果復核

對于完全截斷透水堤基的封閉式截滲堤段，按不透水堤基計算滲流量、堤防浸潤線下游出逸點高度和滲流坡降；對于不完全截斷透水堤基的堤段，屬懸掛式截滲墻，按透水堤基計算滲流量、堤防浸潤線下游出逸點高度和滲流坡降。多頭小直徑深層攪拌樁墻體的滲透系數采用2×10-6cm/s。截滲后滲流坡降計算結果見表2。

由計算結果可知，上述堤段截滲后堤防下游出逸點滲流坡降均小于表層土允許滲流坡降，堤防下游出逸點高度降低，堤防與堤基在滲流作用下，滿足滲透穩定要求。

表2 截滲后堤防滲透穩定計算成果表