深層攪拌法結(jié)合高壓噴射灌漿在滸灣堤除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

熊志明

(金溪縣水利局，江西 撫州 344800)

1 工程概況

滸灣堤位于撫河中游的右岸，現(xiàn)狀堤線全長(zhǎng)12.18km，保護(hù)人口3.45萬(wàn)人，保護(hù)866.67hm2良田以及滸灣鎮(zhèn)駐地及316國(guó)道干線，防洪工程等級(jí)為Ⅴ等，防洪標(biāo)準(zhǔn)采用10a一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)，堤防工程級(jí)別為5級(jí)，主要水工建筑物等級(jí)為5級(jí)，次要水工建筑物等級(jí)為5級(jí)。

2 地質(zhì)概況

滸灣堤樁號(hào)0+000-7+570、7+810-12+180段堤身防滲能力基本滿足要求。

樁號(hào)7+570-7+810堤身以砂壤土，細(xì)砂、粗砂夾碎石等砂性土為主，黏粒含量偏低，黏粒含量偏低，強(qiáng)透水性。2015年防洪工程已對(duì)其迎水坡采取了網(wǎng)格護(hù)坡加固，其抗沖刷能力基本已達(dá)到要求。但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，樁號(hào)K7+750-K7+810段堤防在汛期仍會(huì)出現(xiàn)泡泉散浸現(xiàn)象，經(jīng)滲流穩(wěn)定計(jì)算，該段堤防防滲能力不滿足要求。

滸灣堤樁號(hào)7+570-7+810該段堤基長(zhǎng)240m，堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)為砂礫石的單一結(jié)構(gòu)，強(qiáng)透水性，迎水坡局部段已布置加固措施，背水坡堤腳存在泡泉散浸現(xiàn)象。堤基工程地質(zhì)條件差(D)，不滿足抗?jié)B要求。

樁號(hào)0+000-7+570、7+810-10+900段堤基工程地質(zhì)條件較差(C類)，基本滿足抗?jié)B要求；10+900-12+180段堤基工程地質(zhì)條件較好(B類)，滿足抗?jié)B要求。

3 防滲加固方案擬定

根據(jù)規(guī)范及已建類似工程經(jīng)驗(yàn)，堤防防滲處理方案主要有垂直防滲及水平防滲等措施。其中水平防滲措施包括：臨水側(cè)防滲鋪蓋、背水側(cè)水平蓋重等；

臨水側(cè)設(shè)置防滲鋪蓋，黏性土需求量大，滲控效果有限，鋪蓋如不采取防護(hù)措施易受洪水沖刷等弊端。加之該工程區(qū)附近黏土料缺乏，因此，本次堤防加固主要考慮背水側(cè)蓋重、堤基垂直防滲等措施。

1)背水側(cè)壓浸平臺(tái)措施

滸灣堤部分堤段已設(shè)置了背水側(cè)壓浸平臺(tái)，壓浸平臺(tái)一般寬度為20m左右，因此將背水側(cè)設(shè)置壓浸平臺(tái)做為比選方案之一，本次加固初擬壓浸平臺(tái)寬度為20m，壓浸平臺(tái)高度為2m。

2)堤基垂直防滲措施

堤基垂直防滲墻作為比選方案之二，目前國(guó)內(nèi)外在堤防工程中建造連續(xù)垂直防滲的方法較多，以施工方法分類可分為灌漿法、深層攪拌法、防滲墻法，其中灌漿法又分為劈裂灌漿、高噴灌漿等；本工程堤基地層主要為砂類土、細(xì)砂和砂礫石，砂礫石地層中深層攪拌法機(jī)械無(wú)法施工。因此，從施工工藝對(duì)地質(zhì)條件的適應(yīng)性考慮，初步擬定堤基垂直防滲采用高壓噴射灌漿防滲墻[1]。

4 防滲加固方案比選

1)方案一：在背水側(cè)對(duì)現(xiàn)有壓浸平臺(tái)進(jìn)行延伸加高，改造后的壓浸平臺(tái)寬度為20m，高度為2m。壓浸平臺(tái)回填前清除表面松散層，采用透水性相對(duì)較好的砂性土回填，壓浸平臺(tái)外坡設(shè)置30cm厚砂礫墊層和50cm厚干砌石護(hù)坡。

2)方案二：垂直防滲墻布置在堤軸線處處，防滲墻底部伸至基巖面并與基巖可靠銜接，底部深入巖基0.5m，頂部高出10a一遇設(shè)計(jì)洪水位0.5m。

3)方案比選

方案一在背水側(cè)設(shè)置壓浸平臺(tái)，可降低背水坡及堤腳出逸比降，滿足滲流穩(wěn)定要求。方案二采用垂直防滲墻后，降低了堤身浸潤(rùn)線，也可使背水側(cè)出逸比降減小，滿足滲流穩(wěn)定要求，但垂直防滲影響低水位時(shí)地下水的消退。從滿足滲流穩(wěn)定要求和對(duì)地下水的影響進(jìn)行比較，方案一較優(yōu)[2]。

方案一在背水側(cè)增設(shè)壓浸平臺(tái)受背水側(cè)地形條件限制，若背水側(cè)存在灌溉渠道、道路、房屋等，將涉及既有建筑物的改建、移民拆遷等問題，協(xié)調(diào)難度大，同時(shí)壓浸平臺(tái)占用土地多。因此方案一的實(shí)施難度較大。方案二的防滲墻布置在堤身臨水側(cè)，基本不受地形條件限制，工程布置和實(shí)施難度相對(duì)較小。方案二較優(yōu)。

方案一主要為土方開挖和土方回填，施工相對(duì)簡(jiǎn)單；方案二垂直防滲墻施工可采用的工藝較多，且各種工法施工都較成熟，施工難度較小。從施工方面比較，兩種方案基本相當(dāng)。

方案一的主要工程量為土方開挖回填，工程占地僅按征用水田進(jìn)行投資估算，方案100m工程直接投資約22.66萬(wàn)元。方案二的主要工程量為防滲墻施工，按高壓噴射灌漿成墻工藝工程直接投資約71.04萬(wàn)元。從工程投資比較，方案一較優(yōu)。

方案一和方案二均可滿足滲流穩(wěn)定要求，方案一不影響低水頭時(shí)地下水的消退，且工程投資小，施工難度小，但方案一存在占地和拆遷，受既有建筑物影響，因此本次加固推薦首選采用垂直防滲墻防滲加固。

5 防滲加固設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，滸灣堤部分堤段堤身采用砂類土填筑，堤基多為砂卵石層，防滲性能差，汛期產(chǎn)生泡泉散浸等險(xiǎn)情，本次加固設(shè)計(jì)防滲處理段范圍為樁號(hào)K7+570-K7+810，沿堤軸線布置，長(zhǎng)240m。

表1 每百米堤防防滲加固工程直接投資估算對(duì)比表

本次加固堤身及堤基采用垂直防滲墻，防滲墻布置在堤軸線處，墻頂高程高出10a一遇設(shè)計(jì)水位0.5m，因堤基透水層下部為基巖，且基巖埋深較淺，底部按伸至基巖面以下0.5m控制，防滲墻厚度18cm，深層攪拌法結(jié)合高壓噴射灌漿法垂直防滲墻。

該工程設(shè)置垂直防滲墻的堤段，其堤身和堤基地層分布從上至下為：砂類土、粗砂、砂卵石。砂類土主要為細(xì)粒土質(zhì)砂夾含少量礫的中壤土，根據(jù)顆分，其最大粒徑約5mm，可適用深攪和高壓噴射灌漿成墻工藝；砂礫石層根據(jù)顆粒級(jí)配分析，砂卵石最大粒徑為60mm，粒徑20mm-60mm的含量為17%-32%，因此，砂卵石地層中深層攪拌法機(jī)械無(wú)法施工，只能采用高壓噴射灌漿成墻工藝。根據(jù)本工程地層特點(diǎn)，若采用深層攪拌法砂卵石地層中無(wú)法施工，若采用高壓噴射灌漿法，總體投資較大，從節(jié)省投資考慮擬采用組合工藝進(jìn)行垂直防滲墻的施工。

本次加固垂直防滲墻采用深層攪拌法結(jié)合高壓噴射灌漿法施工，上部砂性土層中采用深層攪拌法施工，下部砂卵石層中采用高壓噴射灌漿法施工，該工藝已在江西省五河及鄱陽(yáng)湖區(qū)重點(diǎn)圩堤應(yīng)急防滲處理工程中得到成功應(yīng)用。該工程垂直防滲墻總面積約3360m2，采用高壓噴射灌漿成墻工藝總投資約272萬(wàn)元，采用深層攪拌法結(jié)合高壓噴射灌漿法總投資約171萬(wàn)元，可節(jié)省投資約101萬(wàn)元。深層攪拌法結(jié)合高壓噴射灌漿法施工順序?yàn)橄仁┕ど顚訑嚢铇叮缓笤偈┕じ邍姽酀{。施工間隔時(shí)間視搭接段地質(zhì)情況而定，待深攪樁有一定強(qiáng)度后施工高噴灌漿。深層攪拌樁施工后要保護(hù)好軸線控制點(diǎn)，以保證兩種防滲墻的可靠連接。高噴防滲墻位于深攪樁上游30-40cm，垂直方向上兩種墻體搭接度為1.0m，搭接部分采用高壓旋噴灌漿處理，下部采用高壓擺噴成墻。深層攪拌法結(jié)合高壓噴射灌漿法垂直防滲墻搭接工藝見圖1[3-5]。

圖1 深層攪拌法結(jié)合高壓噴射灌漿法垂直防滲墻搭接示意圖

深層攪拌法防滲墻，設(shè)計(jì)控制標(biāo)為：滲透系數(shù)K≤1×10-5cm/s，允許比降>50。

高壓噴射灌漿防滲墻，鉆孔孔距1.0m，成墻施工方式為擺噴，設(shè)計(jì)控制指標(biāo)為：滲透系數(shù)K≤1×10-5cm/s，允許比降>60。

由于堤段作用水頭不超過6.7m，按照防滲墻允許滲流比降計(jì)算，防滲墻厚度≥13.4cm，結(jié)合滲透穩(wěn)定分析成果，并考慮施工成墻工藝要求和施工精度等因素，確定防滲墻有效厚度≥18cm。

6 堤防滲流穩(wěn)定計(jì)算

6.1 堤防滲流計(jì)算

1)計(jì)算工況

工況1:臨水側(cè)為設(shè)計(jì)洪水位，背水側(cè)為低水位或無(wú)水。

工況2:洪水降落時(shí)對(duì)臨水側(cè)堤坡穩(wěn)定最不利的情況。

表2 堤防滲流計(jì)算工況表

2)計(jì)算參數(shù)及邊界條件

堤身和堤基各分區(qū)材料滲透系數(shù)見表3。

表3 堤身、堤基主要巖土體物理學(xué)參數(shù)表

3)計(jì)算成果及分析

加固前、后滲流計(jì)算成果見表4，計(jì)算結(jié)果表明：K7+700段堤防斷面現(xiàn)狀不滿足滲透穩(wěn)定要求，經(jīng)加固后可滿足要求。

表4 堤防滲流計(jì)算成果表

6.2 堤防穩(wěn)定計(jì)算

計(jì)算采用瑞典圓弧法，分兩種工況，工況一：設(shè)計(jì)洪水位下的穩(wěn)定滲流期的背水側(cè)堤坡；工況二：設(shè)計(jì)洪水位下水位驟降期的迎水側(cè)堤坡；經(jīng)穩(wěn)定計(jì)算表明：各種工況下堤坡穩(wěn)定滿足要求。

表5 堤坡穩(wěn)定計(jì)算成果表

7 結(jié) 語(yǔ)

滸灣堤堤身、堤基地質(zhì)情況較復(fù)雜，綜合考慮，堤防防滲處理措施采用深層攪拌法結(jié)合高壓噴射灌漿，經(jīng)過復(fù)核計(jì)算，加固后堤防滲流、穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果均滿足要求，設(shè)計(jì)方案合理，可供類似堤防防滲加固工程參考。