浦西水利樞紐工程水閘鋼板樁防滲墻加固設(shè)計(jì)

賈慶穩(wěn)

（遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110003）

浦西水閘集防洪、擋潮、排澇、引水灌溉等于一體，是中順大圍最重要的水利樞紐工程，也是中山市最重要的水利樞紐工程。監(jiān)測(cè)資料顯示，當(dāng)水閘內(nèi)外側(cè)水位差較大時(shí)，水閘內(nèi)河側(cè)常出現(xiàn)滲流異?，F(xiàn)象，推測(cè)原水閘防滲鋼板樁已經(jīng)失效，影響水閘安全，急需對(duì)水閘閘基進(jìn)行防滲加固處理。鋼板防滲墻是閘基加固的常用措施之一，具有顯著效果。本文針對(duì)浦西水利樞紐工程水閘的鋼板防滲墻進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。

1 工程概況

浦西水利樞紐工程由排水防潮節(jié)制閘、通航船閘和排澇泵站組成，是一個(gè)以防洪、防潮、排澇、灌溉、航運(yùn)、沖污等功能為主的大（2）型水利樞紐工程。水閘總凈寬150 m，共10孔，設(shè)計(jì)過(guò)閘流量1020 m3/s，雙向擋水，采用平板鋼閘門，液壓式啟閉機(jī)開(kāi)關(guān)，設(shè)計(jì)啟閉力2×40 t。水閘底板為1.2 m厚鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，分縫寬度34 m，基礎(chǔ)處理采用φ800鉆孔灌注樁，水閘兩側(cè)閘墩基礎(chǔ)為φ1200鉆孔灌注樁，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)29 m。

水閘閘基為淤泥質(zhì)土，屬軟弱土層，水閘上、下游混凝土框格拋石護(hù)坦經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行已發(fā)生不均勻沉陷沖散現(xiàn)象，嚴(yán)重影響其消能防沖功能[1~2]。

2 鋼板樁防滲墻加固設(shè)計(jì)

2.1 復(fù)核防滲長(zhǎng)度

水閘防滲長(zhǎng)度復(fù)核結(jié)果見(jiàn)表1（不計(jì)算鋼板樁）。

表1 水閘防滲長(zhǎng)度復(fù)核結(jié)果

復(fù)核可知防滲長(zhǎng)度滿足規(guī)范要求。

水閘滲透坡降復(fù)核結(jié)果見(jiàn)表2（不計(jì)算鋼板樁）。

復(fù)核可知底板水平段5滲透坡降不滿足規(guī)范要求。水閘原鋼板樁防滲墻已失效，急需對(duì)水閘閘基進(jìn)行防滲加固處理。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告情況，參考本地區(qū)已建類似工程經(jīng)驗(yàn)，主要對(duì)鋼板樁防滲墻和高壓旋噴樁兩種方案進(jìn)行必選[3]。

表2 水閘滲透坡降復(fù)核結(jié)果

2.2 方案比選

2.2.1 鋼板樁防滲墻

水閘原設(shè)計(jì)鋼板樁防滲墻布置在外江側(cè)，其中1#、2#閘孔鋼板樁布置在水閘底板與護(hù)坦接縫處，3#～10#閘孔鋼板樁布置在水閘底板齒墻處，原鋼板樁防滲墻為9 m長(zhǎng)。

本次在水閘閘底板內(nèi)、外河側(cè)重建建設(shè)鋼板樁防滲墻，設(shè)計(jì)防滲墻頂高程為-5.20 m，設(shè)計(jì)鋼板樁頂高程為-5.50 m，采用拉森Ⅲ型鋼板樁，型號(hào)為PU400×125×13。鋼板樁防滲墻頂設(shè)混凝土蓋梁，鋼板樁防滲墻頂與水閘閘底板之間采用柔性防水連接。

2.2.2 高噴防滲墻

在水閘周圍布置一排高壓噴射防滲墻圍封，防滲墻設(shè)計(jì)橫向軸線與水閘橫向軸線平行，防滲墻縱向軸線與水閘縱向軸線平行。先對(duì)水閘內(nèi)外河側(cè)底板接縫處進(jìn)行柔性材料堵漏，再施工高壓噴射防滲墻圍封[4~5]。

高壓噴射防滲墻采用雙管法：氣管和漿管。灌漿材料采用水泥粘土漿，水泥強(qiáng)度等級(jí)為42.5。防滲墻軸線灌漿孔間距1.70 m，分兩序孔布置，Ⅰ序孔采用旋噴樁，設(shè)計(jì)樁徑1.2 m，Ⅱ序孔采用擺噴樁，擺噴角度為30°，相互搭接。防滲墻底部伸入淤泥層底部以下不小于1.0 m，根據(jù)地質(zhì)情況，防滲墻深度為20.6 m~28.6 m。正式進(jìn)行高噴防滲墻施工前必須先進(jìn)行圍井試驗(yàn)，確定高噴灌漿的各項(xiàng)參數(shù)，保證灌漿達(dá)到設(shè)計(jì)效果。

水閘高噴防滲墻圍封總長(zhǎng)399.4 m，其中橫向防滲墻長(zhǎng)366.6 m，縱向防滲墻長(zhǎng)32.8 m。

圖1 防滲墻方案圖

2.3 方案對(duì)比

以上兩種閘基處理方案在技術(shù)都是可行的，但各有優(yōu)缺點(diǎn)。

（1）鋼板樁防滲墻方案

①優(yōu)點(diǎn)：鋼板樁防滲采用物理方法連接，防滲效果好，施工技術(shù)成熟，水上施工便利，效率高，對(duì)地基土層要求不高。雖然18 m長(zhǎng)鋼板樁沒(méi)有穿透淤泥層，但是本次加固主要是對(duì)防滲進(jìn)行加固，淤泥層為弱透水層，18 m鋼板樁極大的增加了水閘滲徑[6]，同時(shí)也使得滲透坡降大大降低，可以滿足設(shè)計(jì)要求。

②缺點(diǎn)：工程造價(jià)較高。

（2）高噴防滲墻方案

①優(yōu)點(diǎn)：施工工藝簡(jiǎn)單，成墻效果好，施工工效高，無(wú)污染、噪音低。高噴防滲墻漿液與土體強(qiáng)制混合，在土體中形成一個(gè)固結(jié)體，防滲效果較好。高噴凝結(jié)體并不規(guī)則，但與地層結(jié)合緊密，且高噴凝結(jié)體周圍除了漿皮層外，一般還存在滲透凝結(jié)層，有著良好的復(fù)合防滲效果，從而進(jìn)一步提高了凝結(jié)體的防滲性能。

②缺點(diǎn)：高噴防滲墻對(duì)土層敏感性強(qiáng)，一般在壤土層、中密狀態(tài)的砂土層中成強(qiáng)質(zhì)量較好，而對(duì)于粘性土、致密砂層，尤其是地層中含有較大粒徑的卵石、漂石時(shí)，成墻連續(xù)性不易保證。同時(shí)地層中出現(xiàn)地下水流速較大情況，成墻效果也較難保證。

從經(jīng)濟(jì)上比較，高噴防滲墻比鋼板樁防滲墻優(yōu)勢(shì)明顯，鋼板樁防滲墻直接工程費(fèi)845萬(wàn)元，高噴防滲墻直接工程費(fèi)530萬(wàn)元。但考慮到高噴防滲墻的成樁質(zhì)量與地基土的關(guān)系緊密，現(xiàn)狀水下閘基以下已經(jīng)出現(xiàn)懸空狀態(tài)，高噴防滲墻無(wú)法在托空閘基形成連續(xù)防滲墻。

綜合各方面的因素，推薦采用鋼板樁防滲墻方案作為浦西水閘防滲加固處理方案。

3 鋼板樁承載力復(fù)核

新建鋼板樁防滲墻分別布置在閘室底板的內(nèi)河側(cè)和外河側(cè)，內(nèi)河側(cè)和外河側(cè)防滲墻長(zhǎng)度均為172 m，使內(nèi)、外側(cè)防滲墻共同對(duì)水閘閘基形成圍封狀態(tài)。

水閘1#、2#閘孔外河側(cè)設(shè)有原鋼板樁防滲墻（9 m長(zhǎng)），本次新建鋼板樁設(shè)于原鋼板樁外河側(cè)，間距按0.5 m控制。其他部分均緊靠水閘閘底板設(shè)置，槽寬為0.5 m。

新建鋼板樁防滲墻上部設(shè)C30混凝土蓋梁，使鋼板樁頂部嵌入混凝土蓋梁內(nèi)，其中頂部0.3 m厚為膜袋混凝土鋪蓋，設(shè)計(jì)防滲墻頂高程與水閘底板高程齊平，為-5.20 m，設(shè)計(jì)鋼板樁頂高程為-5.50 m。原1#和2#閘孔外側(cè)的鋼板樁應(yīng)進(jìn)行水下切割，保證頂部高程不大于-5.50 m。防滲墻頂部與水閘閘底板之間采用柔性防滲連接。本工程鋼板樁采用拉森Ⅲ鋼板樁，型號(hào)為 PU400×125×13。

單樁豎向承載力特征值Ra按下式計(jì)算：

式中：Quk為單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；K為安全系數(shù)，取K=2。

本次計(jì)算根據(jù)地勘資料中提出的土的物理指標(biāo)和承載力參數(shù)，采用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法進(jìn)行計(jì)算，本工程采用拉森Ⅲ鋼板樁作為防滲墻，采用《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）進(jìn)行計(jì)算，由于公式中采用的是標(biāo)準(zhǔn)值，而《地勘報(bào)告》上所提的樁端阻力和樁側(cè)摩阻力均為特征值[7]，因而，計(jì)算時(shí)進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)換，計(jì)算公式如下：

式中：u為樁身周長(zhǎng)，m；qsik為樁側(cè)第i層土的摩擦力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；li為樁穿越第 i層土的厚度，m；qpk為樁端土承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；Ap為樁端面積，m2，其它符號(hào)同前。為樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，可取0.4～0.6，承載力高時(shí)取低值。

根據(jù)土的物理指標(biāo)和承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，按下式估算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 鋼板樁計(jì)算表（外河側(cè)）

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果可知，鋼板樁防滲墻承載力滿足要求。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)浦西水利樞紐工程水閘進(jìn)行安全檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)水閘原鋼板樁防滲墻已經(jīng)失效，且底板水平段滲透坡降不能滿足規(guī)范要求，急需對(duì)水閘閘基進(jìn)行防滲加固處理。結(jié)合水閘實(shí)際運(yùn)行情況，提出鋼板樁防滲墻方案作為浦西水閘防滲加固處理方案，并經(jīng)復(fù)核得出鋼板樁防滲墻承載力滿足要求。