水位變動區堤防工程重要技術參數探討

劉開升

（遼寧江河水利水電工程建設監理有限公司福州分公司，福建福州 350001）

1 水位變動區吹填砂的相對密度取值問題

1.1 項目水文地質條件

工程區域沿線地表水系主要為閩江下游北港及其周邊河道。地下水埋深一般在地表下1.60～9.50 m，主要由河水及大氣降水補給。根據含水層性質、地下水埋藏條件，此區域的地下水含水層可分為：賦存于素填土、砂層中的地下水為孔隙性潛水；賦存于風化巖層中的地下水為基巖裂隙水。

此工程區建筑場地類別為Ⅱ類，根據地質測繪及鉆孔的資料，結合原位測試及室內試驗結果對本工程土層性質自上而下簡要分為；雜填土；拋石；中細砂；卵石；砂土狀強風化花崗巖；碎塊狀強風化花崗巖等。

1.2 問題提出

閩江下游北港堤防工程屬2級，原設計要求砂的填筑標準為相對密實度不小于0.75。但由于歷史上（20世紀中葉后）多次吹填，且閩江下游防洪堤幾乎都處于閩江口潮汐水位變動區域（羅零高程約4～6 m），吹填砂施工時現場砂密實程度分布不均一，砂（無粘性土）的特征值變化較大。到2000 年前后要進行防洪標準提高及堤防工程施工時，此工程經多次現場試驗檢測實測，砂相對密實度很難全部滿足大于0.75的要求。

參照有關規范規定，無粘性土填筑標準具體要求又不盡相同。如，《碾壓式土石壩設計規范》中規定，相對密度不低于0.70～0.75，不分壩級別；《城市防洪工程設計規范》和《堤防工程設計規范》中規定，1、2級和高度超過6 m的3級堤防不應小于0.65，低于6 m的3級及3級以下堤防不應小于0.60。

砂密實度直接影響砂體及堤防工程的沉降、防滲墻樁（如旋噴樁）的凝固等狀況，砂相對密度設計取值問題值得注意。

1.3 施工實踐

表1所示是此工程C2標段回填砂相對密度試驗成果。

表1 閩江下游堤防工程C2標段回填砂相對密度試驗成果表

1.3.1 分析方法一（數值理論計算）

根據表1 數據，結合相鄰標段類似工程施工現場實測，閩江下游北港水位變動區內的吹填砂的特征值基本上約為：填筑干容重rd=1.59～1.67，最大干容重rdmax=1.71～1.78，最小干容重rdmin=1.39～1.42。

依據有關規范規定，Dr=［emax-e］/［emax-emin］，其中e 為填筑孔隙比，emax為最大孔隙比，emin為最小孔隙比。

又e=rs/rd-1，其中rs為比重。即emax=rs/rdmin-1，emin=rs/rdmax-1。

所以，Dr=［（rd-rdmin）rdmax］/［（rdmax-rdmin）rd］。

將上述特征值代入上式，得出：Dr=0.67～0.74。

1.3.2 分析方法二（概率論分析）

對上述相對密度成果，采用概率論分析如下：相對密度平均值Dr=0.69；方差S2=［∑（Dri-Dr）2］/（n-1）=0.000 592 92，標準差S=0.024 35。

變異系數Cv=S/Dr=3.50（%）。

因只要求控制最小相對密度，故采用單邊置信區間方法：f=n-1=15，則定性限值（單邊）t0.01=2.602。所以，上置信界限為：μ＜Dr＋t0.01×S/√n=0.706；下置信界限為：μ＞Dr－t0.01×S/√n=0.675。

以上說明，平均相對密度的“真值”小于0.706 的概率是99%，即大于0.706 的概率只有1%；平均相對密度的“真值”大于0.675的概率是99%，而小于0.675的概率只有1%。

1.4 意見建議

①1、2 級堤防的砂相對密度，宜不小于0.67（或大于2/3）。②回填砂層的層厚不宜超過0.25 m，經高壓灌水后，每層應錯開0.50～1 m采用振動碾進行振實。③同一斷面，砂層試驗取樣深度：高程（羅零）4 m（低潮水位）以下取一組；高程（羅零）4 m以上每0.50 m厚取一組（一個單元）。

該閩江下游北港堤防工程按照上述修正砂的相對密度等技術參數后，經多次質量檢驗檢測均能滿足施工、設計及運行使用要求，目前堤防工程運行良好。

2 單排單管高壓旋噴樁的孔距、孔徑取值問題

2.1 高壓旋噴樁防滲墻施工

高壓旋噴樁防滲墻是指通過鉆機鉆桿的旋轉、提升，高壓水泥漿由水平方向的噴嘴噴出形成噴射流，以此切割土體并與土拌合構筑水泥土豎向增強體的防滲墻。按照設計要求和有關技術規范規定，采用噴射孔與高壓注漿泵的距離不大于50 m，高管法高壓水泥漿的壓力為20～40 MPa，流量大于40 L/min，提升速度為0.10～0.20 m/min。水泥漿液的水灰比為1∶1.0～1.5。工程采用42.5強度等級的普通硅酸鹽水泥作為高壓噴射注漿的基本漿液，其旋噴用漿量和提升速度均采用自動裝置做好記錄。

2.2 問題提出

此工程地下防滲墻采用單管高壓旋噴樁，原設計為單排單樁直徑0.60 m，孔距0.60 m。理論上兩樁（圓柱體）相切，沒有考慮其搭接厚度，顯得不太合理。那么，在水位變動區內，其孔距（L）、孔徑（D）與搭接厚度（h）的關系又是如何。

2.3 施工實踐

雖然受水位變動區域內不利水流環境影響，由于施工時旋噴樁高壓噴射產生的實際切割地層范圍往往大于有效受力作用范圍，并因地基地層土質、施工機械設備、施工工藝技術等相關因素的可能利好影響，樁直徑0.60 m、孔距0.60 m 的樁間搭接厚度，實際上也存在，但搭接厚度很薄。

在此工程施工條件正常情況下，經多次施工現場實測，其樁間搭接厚度幾乎都在0.08 m 以下（均未超過0.10 m）。在肉眼不可見的地下情況下，如此薄的厚度，其連續性存疑且不可靠，很難承受相關荷載（壓力），特別是來自上方的堤身壓力和周圍的水體滲透力。

理論上，假如設計樁直徑為D，兩樁間距為L，見圖1。

圖1 相鄰兩樁的平面布置示意圖

則兩樁之間咬接（搭接）厚度：h=√［D2-（D/2+L/2）2］。

所以，若設計D=0.60 m，L=0.55 m，代入上式，得出：h=0.17 m。

同時，根據多項工程實踐及實測檢驗資料表明，為保證工程質量，單管高壓旋噴樁咬接（搭接）厚度應大于0.10～0.25 m。

此工程單管高壓旋噴樁施工完成后，根據工程要求和實踐經驗采用開挖檢查進行質量檢驗。如表2 所示是閩江下游堤防工程某些標段選取有代表性的幾組實測搭接厚度情況。

表2 閩江下游堤防工程高壓旋噴樁實測搭接厚度情況表

從以上數據可以看出，設計樁直徑D=0.60 m，孔距L=0.55 m，則L/D=0.92，其搭接厚度滿足要求，也是合理可行的。

經多項工程實例總結，單管高壓旋噴樁施工時，如果采用單排單樁形式，其孔距（L）、孔徑（D）與搭接厚度（h）的關系可以歸納為：通常情況下，取L≤0.94D，則其搭接厚度h≈0.33D。地基條件有利高噴射流時，取L≤0.97D，則其搭接厚度h≈0.20D。地基條件不利高噴射流時，取L≤0.91D，則其搭接厚度h≈0.40D。

2.4 建議

經以上分析，在閩江下游河道水位變動區域內進行防滲墻高壓旋噴樁（單排單管）施工時，除應通過試樁確定有關施工技術參數外，還宜同時考慮采用以下參數數據：①單排單管高壓旋噴樁的設計孔距宜為：L≤mD，m 通常可取0.92～0.94。②設計選取樁徑（D）時，應參照樁設計深度內的高噴射流最難切割的土層時形成的樁直徑。這個參數的數據可以通過現場試驗或試樁能夠比較準確地測出。③在新填筑的砂基中進行旋噴樁施工，應在地基條件（沉降等）基本穩定后進行，其壓實干容重宜達到1.55～1.65 t/m3。

3 結語

受潮汐影響，福州市城區的閩江河道基本上處于水位變動區域，采用砂土填筑類防洪堤的無粘性填筑材料（砂）密度及防滲墻（旋噴樁）技術參數的選取至關重要。結合閩江下游北港堤防工程實例，討論了填筑類防洪堤工程建設中，水位變動區的堤身填筑砂的相對密度和防滲墻的高壓旋噴樁有關施工技術參數的取值問題。