防滲墻施工技術在北湖聯圩除險加固工程中的應用

盧志斌

(豐城市水利局豐東水資源開發利用中心,江西 宜春 331100)

0 引 言

圩堤除險加固工程是為了維護圩堤安全運行的重要措施,其能夠保證圩堤的使用壽命得到延長,從而保護周圍群眾的生命與財產安全,在加固工程施工中,通常會運用到防滲墻施工技術,該項技術的具體操作中需嚴格把控施工要點,確保整體施工達到要求。

1 研究背景

本次研究工程為豐城市北湖聯圩除險加固工程,主要位于贛江西岸清豐山溪的薌水和豐水之間,根據工程地質勘察結果來看,圩堤由于沿河而建,其各段包括了黏土、沙壤土夾壤土、粗砂夾黏土、細砂、粉砂以及礫砂等,土質極為復雜,且普遍具有強透水性、弱抗沖擊性,致使堤身的防滲水效果較差,堤坡位置也很容易出現管涌、流土現象,易造成堤身失穩或是坍塌,因而有必要進行堤防的防滲除險加固。工程所在流域為清豐山溪,河水直接流進翻陽湖內,整個區域面積達到3700km2,現主要具有六條支流部分,包括豐水、薌水、槎水、櫧山水、白土水以及秀富水等,臨有吳石水文站,區域內水系具有復雜特征,下游河網呈現出縱橫交錯態勢,中下游部分具有著平原圩區,河道彎曲較多,河槽則多是梯形或是淺槽形[1]。從現場勘測的數據信息來看,此次研究的北湖聯圩堤身部分斷面低矮且具有陡坡,堤身的土質也比較差,存在著較多類型滲水險情,河道岸坡也容易被風浪水流沖刷,導致堤身受到不利影響,容易發生破損,難以滿足正常運行所需,出現安全隱患。因此需要盡快進行除險加固,由于主要問題是堤身滲水,故而建議采用防滲墻施工技術。該項技術具體包含了許多類型,根據防滲形式的不同可劃分為黏土斜墻、土工膜斜墻、混凝土垂直墻、深層攪拌樁防滲墻等,然后實地考察圩堤的滲水部分河道情況,不建議采用黏土材料構筑防滲墻,而土工膜材料本身也容易發生破損問題,其他防滲墻施工技術的成本較高,故而采用深層攪拌樁防滲墻技術最為適宜,該項技術的防滲效果較好、投資較少且實踐施工速度較快。

2 深層攪拌樁防滲墻施工技術

2.1 除險加固施工的總體方案

北湖聯圩現都存在圩堤結構,為了盡可能在工程施工中減少移民情況和征地使用情況,便于后續運行和管理,在本次除險加固工程中,沿著當前的堤防設置,進一步實現圩堤培厚和加高處理,在施工時注意遵循少占地原則,并確保河道的行洪安全。圩堤可采用培厚加高處理形式,包括向河內形式、向圩內形式以及向兩側形式,而穿堤的許多建筑物都是成型已久,若進行變動難度較大,根據要求對局部進行調高處理。除險加固工程施工段整體為南北走向,位置是在豐水的左岸處,同時和已經治理段相交在豐水、薌水匯合位置,圩堤整體長度約為13.27km[3]。

2.2 圩堤除險加固工程的現存問題

針對該工程圩堤現狀來看,其基本問題是堤坡較為陡峭以及實際高度無法滿足防洪要求,而除此之外,其還存在著堤身滲水和迎流沖擊的現實問題。首先是堤身滲水問題,具體是指豐水馮家老對岸的堤段部分在汛期來臨時,受到高水位的沖擊影響,導致堤身背水一側出現散浸或是滲水的現象,有局部堤身還會出現明顯的脫坡情況,根據相關堤防險情評級標準來看,其可被定義為二級,意味著險情較大。其次是迎流頂沖問題,多個豐水堤段都存在該問題,主要是位置在河道彎曲處的堤段,其容易被迎流沖頂,河水主流部分會對堤身造成直接的正面沖擊,而堤坡位置也長時間被河水所浸泡,因此結構部分的土體較為松散軟綿,很容易出現堤坡塌陷或是淘蝕的險情問題。尤其是在汛期時,較高的水位帶來風浪沖刷力度更強,崩脫情況更是極易出現,甚至會出現決口問題,危害到河道堤防結構,影響到防洪的安全[4]。工程所在區域的洪水災害具有長期性、歷史性特點,且近年來的災害頻率逐漸提高,災情也有加劇變化趨勢,因此圩堤也成為了湖區重點開展防洪、除險加固的工程,其要發揮出保護圩內耕地環境、人民生命以及財產安全的作用。盡管目前圩堤防洪能力有了明顯提高,但實際上保護耕地方面3333hm2以下部分存在著圩堤防洪標準偏低情況,導致防洪效力不足,安全隱患仍舊普遍存在。現今圩堤的防洪能力未達到標準,只能夠達到5a一遇,堤基、堤身以及堤坡等也存在著各種類型險情,威脅到周圍人民的生活,因此,對北湖聯圩進行除險加固十分必要且迫切,重點要采用防滲墻加固模式。

2.3 堤身滲水的加固施工處理

上述分析的北湖聯圩工程堤身滲水問題,主要是取決于其堤身內部和外部表土性質,根據有關資料顯示,其表土組成多為壤土、粉質黏土以及砂壤土,實際填筑的質量也較為普通,甚至有局部堤身段中主要組成土為粉細砂,其抗滲性頗差,無法抵御水流沖擊,進而產生滲水問題。通過對以往多年堤身險情的調查情況看,部分堤段都出現過程度不一的脫坡情況、塌陷情況,基于地質勘探工作的揭露分析得知,這些堤身實際填土的成分多是粉質黏土或者是砂壤土,亦或是壤土夾雜著粉細砂,使得填筑質量遠遠達不到要求,不具備良好的防滲能力,在汛期時,外部河水很容易經過這些透水性較強的砂性土進入到堤身內部,進而造成嚴重險情。基于原斷面來進行堤身滲流以及滲透穩定性的復核工作,得出相關參數結果如表1所示。

表1 施工前下游堤身滲流滲透情況的相關參數

根據上表結果可以看出,該段圩堤當下情況為下游堤坡實際出逸點頗高,這也和外部河水處于高水位條件時,背水一側散浸以及滲水問題出現的現象相吻合。而實際下游堤坡滲透比降要比允許比降值更大,這表明了該壩坡實際滲流穩定值和相關設計不相符,無法滿足實際要求,下游堤基的滲透比降也要比允許比降更大,這也表明壩基滲流和設計值不相符,無法滿足其要求,因此需盡快做好防滲處理。

基于應用防滲墻施工技術,本次工程堤身所采取的防滲措施為設置防滲墻結構,具體形式包括深層攪拌樁防滲墻、迎水側黏土斜墻防滲、混凝土垂直防滲墻以及迎水側土工膜斜墻防滲等幾種。在現場進行了實地踏勘工作,發現北湖聯圩的滲水堤身段河道周圍基本不存在灘地,因而本次施工不適合采用黏土斜墻防滲形式,還有一種防滲墻結構為射水造強,但其實際造價偏高,不如使用深層攪拌樁更為經濟,且從質量上來看,其土工膜也很容易老化且出現破損情況,因此,結合科學的防滲研究理論,本次對堤身滲水段部分設置的防滲方案主要利用以多頭小孔徑為標準的深層攪拌樁防滲墻結構,主要圍繞以下3點開展施工。

1)合理計算并控制防滲墻結構的厚度,在除險加固工程中,防滲墻墻體厚度會決定其對堤身的防滲作用效果,為了保證標準,需要基于《堤防工程設計規范》文件中的有關要求,開展墻體結構厚度參數的計算,具體采用的計算公式為:

(1)

式中:D為設計防滲墻的墻體厚度,m;△H為則是堤防上下游之間的水頭差值,m;J允則表示為設計墻體的材料允許比降值,由于本次施工采用的防滲墻形式為深層攪拌樁墻,因此基于該類墻已有加固經驗,此處J允取值為60,上下游之間的水頭差則取值為6m,計算獲得墻體結構厚度為0.1m,再基于相關工程實際施工的科學經驗,決定設置深層攪拌樁防滲墻的最終厚度為0.3m,實際施工中注意誤差和材料質量控制。

2)遵循墻體施工的技術要求,設置防滲墻的軸線位置與堤身頂的邊線控制樁之間距離為2m,依據先導孔的實際成果圖紙來進一步確定防滲墻墻深,推動施工的整個過程中可對墻深隨時進行調整,目的是為了確保墻底到達粉黏土隔水層的深1m處位置。防滲墻的寬度設置值最小為30cm,切要確保整個墻體結構連續、完整,因此,對于相鄰近的樁體之間搭接長度要控制在16.7cm以上,臨近的兩樁體中心之間距離也≤91.30cm。墻體水泥材料選擇為普通硅酸鹽水泥,其實際強度等級應當>425,保證材料具有新鮮度且不存在結塊現象,水泥摻水的比值應>15%,且其水灰比應控制在0.7～1.2范圍內。在進行墻體搭接施工時,應當確保具體樁位偏差≤1cm,整個墻體的垂直度應當控制<0.5%,以防傾斜嚴重影響效果,實際深度的偏差值應當<2cm。墻體使用的水泥土強度值P應≥1.0MPa,確保滲透系數K≤10-6cm/s,其滲透破壞比降應>200。

3)在墻體防滲施工完成后開展滲透穩定復核工作,基于實際設計斷面開展滲流與滲透穩定情況復核,其結果如表2所示。

表2 施工后下游堤身滲流滲透情況的相關參數

從結果的數據來看,施工后堤身基本可以滿足防滲要求。

3 深層攪拌樁防滲墻施工技術在除險加固工程中的應用成效

在采用了深層攪拌樁防滲墻施工技術開展圩堤除險加固處理施工之后,其堤身滲流滲透情況明顯變弱,提高了防滲效果,為了驗證加固后能夠達到要求,還需輔以滲流計算,判斷其滲透的穩定性。此次滲流計算主要是利用了理正巖土工程計算分析軟件,基于有限元的計算方法,其二維滲流計算公式為:

(2)

式中:Kx為x向到y向的滲透系數,H則表示滲流場中某點的滲壓水頭值,m。基于相關參數的計算結果來看,堤身的允許值和出逸點高度都符合要求,尤其是堤身背水一側的坡面和堤基滲透穩定都處于安全狀態,坡面出逸點高度也相對較低,說明采用該項防滲墻施工技術的除險加固效果能夠滿足需求。

4 總 結

本次研究豐城市北湖聯圩除險加固工程中主要是應用了深層攪拌樁防滲墻施工技術,通過實踐來看,該項技術有利于處理軟土地基、淤泥質土以及堤身滲水較強的圩堤,其處理之后可以良好成樁,提高了堤身、堤基以及堤坡的抗滲性能,效果較為顯著,相較于其他技術來說,其能夠最大限度上利用原土,降低材料成本,具有穩定性強、安全性較好等優勢,此外,實際進行加固除險施工時還具有無污染、無噪音以及占地面積小等優點。在具體施工時,還需嚴格把控技術要點,控制好墻身厚度與各項參數。