圩堤防滲加固設計及效果分析

敖健鵬

（永修縣水利局,江西 永修 330304）

圩堤工程是鄱陽湖毗鄰地區防洪體系的重要組成部分,也是防汛搶險的關鍵,在應對超標準洪水、減輕洪澇災害方面發揮了不可替代的作用。圩堤修筑就地取材,堤身由細砂或粘性土組成,因特殊的筑壩材料和堤基特點,對圩堤進行防滲處理,可提高洪水的抵御能力[1]。針對永修縣萬青聯圩堤身和堤岸沖刷嚴重,建筑物老化破損等問題,本文深入比選分析常見的幾種堤身和堤基加固措施,應用數值分析方法。

1 工程概況

潦河流域地處江西省西北部,是修河下游右岸的最大支流,以九嶺山脈與修河分隔。萬青聯圩位于潦河下游南面,圩區平面呈“O”型,圩區地勢平坦,地面高程18 m~21 m,地勢平坦,港汊、湖沼密布,為典型的河湖相沖積平原地貌。萬青聯圩分布見圖1。

圖1 萬青聯圩分布圖（永修縣部分）

2 堤身防滲加固設計

圩堤在長期運行過程中,部分堤身工程的斷面不達標,堤身和堤基發生滲漏險情,加之堤身和堤岸受水流、風浪沖刷嚴重,影響大堤防洪安全。需根據堤身、堤基土質及滲漏情況,采取相應的防滲加固措施。

2.1 堤身滲控措施

堤身隱患處理的目的在于密實堤身,堵塞漏水通道,降低堤身浸潤線,減少飽和區。根據堤身土質,結合堤基地質情況,可采取灌漿密實堤身或形成防滲墻來達到防滲目的。常用措施主要有：臨水面粘土斜墻防滲、深層攪拌樁防滲墻、射手法造砼垂直防滲墻等。

2.1.1 粘土斜墻

粘土斜墻具有施工簡單、施工速度快、造價較低等優點,但對堤外河灘寬度有一定的要求,適用于粘土料場運距較短的堤段,且附近應具有足夠儲量的粘土料場。

本工程可采用加粘土斜墻的方案,工程粘土料場運距約15 km。粘土斜墻上部寬為1 m,底部的厚依據土料滲透坡降決定。斜墻采用粘土填筑,斜墻土料的滲透系數K小于等于1×10-5cm/s,壓實度大于91%。

2.1.2 深層攪拌樁

該措施的優點是設備簡單,施工工藝明了,整機協調性能好,運行可靠,施工速度快、工效高,無振動,無污染,無噪音,造價低（通常為高噴防滲墻造價的1/3~1/4）,適用于粘土、砂土以及含礫直徑小于0.05 m的砂礫石層,單價約為79.41元/m2。但對雜填土不適用,且成墻深度有限。

深層攪拌心墻采用多頭小孔徑深層攪拌機造防滲墻,心墻孔徑30 cm,樁間距22.5 cm,有效厚度19 cm,滲透系數K≤1.0×10-6cm/s。深層攪拌心墻的固化劑一般選擇425#普通硅酸鹽水泥,摻入量為加固土重的8%~16%,其固化1 m3的土需要加入120 kg~160 kg的水泥。因此,為增強流動性,利于泵送,可摻入水泥重量0.2%~0.25%的木質素磺酸鈣減水劑；為促進速凝、早強,可用硫酸鈉（摻量為水泥用量的1%）和石膏（摻量為水泥用量的2%）與之復合使用。攪拌頭二次提升速度均控制在2.5 min/m~3 min/m。注漿泵出口壓力控制在0.4 MPa~0.6 MPa。本方案深層攪拌防滲心墻25085 m2。

2.1.3 射水造砼防滲墻

射水造砼防滲墻主要是采用特殊裝置,以高壓、高速的射流沖擊土層,破壞其結構,使砂石露出水面,并在水下進行成槽孔的澆筑,最終形成防滲墻。射水造砼防滲墻的造價高,但防滲效果好。

射水法造墻機由造孔機、澆筑機、混凝土攪拌機三部分組成。造孔機以高壓、高速的射流沖擊土層,破壞土體,并結合刀具修整孔壁,注入泥漿以形成固定的長方形槽孔,之后,采用澆筑機在槽孔的底部澆筑混凝土。造墻深度25 m以內,混凝土墻體厚度22 cm,孔斜率小于1/300,混凝土設計標號為C20,整體防滲性K＜5×10-7cm/s；混凝土坍落度為18 cm~22 cm,擴散度為35 cm~45 cm；造漿粘土要求塑性指數大于20；固壁泥漿比重為1.1 g/mm~1.3 g/mm,粘度為18 Pa~25 Pa；槽孔內泥漿面應高于地下水位1.8 m,并不得低于孔口高程0.3 m；混凝土用原材料須符合水工混凝土技術規范要求。2.1.4 方案比選

從防滲效果、施工條件、工程造價等方面對三種方案進行技術和經濟的比較,見表1。

表1 堤身防滲方案比較

通過對造價、防滲效果、施工及適用條件分析,并根據鄱陽湖區的圩堤堤身防滲處理實踐經驗,深層攪拌樁具有防滲效果好、價格較低、施工速度快、質量容易控制等優點。因此,垂直防滲域推薦采用深層攪拌樁防滲墻及堤背水坡土方填筑的方案。

2.2 堤基防滲加固設計

萬青聯圩堤基主要由第四系全新統沖積層組成,根據堤基地質條件、滲漏險情及隱患,通過對造價、防滲效果、施工及適用條件分析,并根據鄱陽湖區的圩堤堤基防滲處理經驗,結合堤身防滲處理確定堤基防滲的相應處理措施。

2.2.1 水平壓蓋

水平壓蓋作用是延長滲徑,降低滲透坡降,使其小于堤基滲透降允許值。水平壓蓋可采取臨水側防滲鋪蓋和背水側填塘固基、壓滲蓋重。由于堤外大多臨河岸,無足夠的灘地做鋪蓋,且鋪蓋土料要求高,取土困難,施工難度較大。根據以往的經驗,在堤防的背水側填平取土塘和水平塘,以穩固堤基,起到良好的防滲作用,

2.2.2 垂直防滲

對地質情況復雜且受地形條件限制,不宜采用水平壓蓋或填塘壓浸工程,可采取垂直防滲處理,根據本工程實際情況,均可采用水平防滲措施,而堤基強透水層較深,較難截斷,造價較高。

2.2.3 排滲減壓

在堤防內部修筑減壓井和排水溝,經過減壓井和排水溝將承壓水反濾排出,減小水頭,防止滲漏。減壓井和排水溝的投資費用較低,施工簡單,但后期維護費較高,排水反濾需經常更換,否則會阻塞失效,而減壓井（溝）排出的水再由電排站抽排到外河,年運行費用高,采用此種方案不經濟。

根據以上防滲效果、施工及適用條件,結合地形地質、險情分布和現場實際情況,本次堤基防滲設計采用填塘固基及水平鋪蓋等防滲措施,局部險情嚴重段使用垂直防滲延長滲徑。

2.3 滲控效果分析

主要選擇堤身土質防滲性能差、堤基表層粘土鋪蓋缺失或較薄、滲漏險情嚴重的斷面進行分析計算,即8+200、10+000、11+100為典型斷面,計算外河的設計洪水位,堤內無水流的穩定滲流。結果見圖2~圖4。計算結果見表2,計算坡降為背水側堤基表面最大滲透出逸坡降。

圖2 8+200 設計洪水位工況等勢線圖

圖3 10+000 壓浸后設計洪水位工況等勢線圖

圖4 11+100 垂直防滲后設計洪水位工況等勢線圖

表2 滲流計算成果表

計算結果表明,選取的典型斷面處理前堤身、堤基滲流穩定不滿足要求,采取壓浸、黏土鋪蓋及高壓旋噴處理措施后滲透坡降滿足要求。

3 結語

本文在分析萬青聯圩現狀、堤身和堤基特點的基礎上,從防滲效果、工程造價、施工速度、質量控制等方面對預選方案進行比對分析,確定堤身垂直防滲域采用深層攪拌樁防滲墻及堤背水坡土方填筑的方案,堤基采用填塘固基及水平鋪蓋等防滲措施,并結合數值計算確定了處理后的效果滿足規范要求,證明防滲加固設計方案合理,為圩堤防滲處理提供了較為完善的處理思路。