贾鲁河东苏寨堤防工程的截渗设计

2012-03-28郑州市水利建筑勘测设计院

河南水利与南水北调 2012年10期

□燕辉（郑州市水利建筑勘测设计院）

1.引言

贾鲁河是淮河的最大支流，东苏寨工程位于贾鲁河中游，是贾鲁河工程中一个比较大的项目。东苏寨险工大堤1955年建成，堤长1.60km，但是由于各种客观和历史带来的因素，东苏寨险工地基土质结构比较复杂，粉土质沙层和低液限粘土层交替分布，有一部分堤段基础较差，大多为轻粉质壤土、细砂、沙壤土及透镜体，结构松散，一般透水性较强。由于历史原因，东苏寨两侧沿堤纵向沟塘分布较多，这很容易导致管涌破坏。

本文综合考虑各种情况，首先进行抗渗稳定计算，然后针对实际情况，提出了比较可行的防渗处理措施。

2.堤基截渗设计

2.1 堤基地质现状

东苏寨险工堤基条件相对较好，但贾鲁河两岸堤防部分堤段因堤基为砂性土，结构松散，多具有中等透水性，且埋深较浅，局部甚至已揭露，背水坡堤脚多分布取土坑塘，当贾鲁河出现高水位时，容易产生渗透破坏，坑塘洼地极易渗水，甚至出现管涌，危及堤防安全。

2.2 渗透稳定计算

2.2.1 典型断面基本资料

根据堤防设计横断面图、地质剖面图及地质勘察报告，选取贾鲁河干流左岸桩号107+300、右岸113+900断面为典型断面进行渗透稳定计算。107+300断面堤基主要由三层土质构成，其中粉土质砂层厚达12m，粉土质砂层堤基上覆1.50m左右的低液限粘土；而113+900断面堤基的粉土质砂层厚度分布不均，在背水坡多裸露于地面。典型断面基本情况见表1。

2.2.2 计算理论与方法

堤基渗流，视为平面渗流，运用渗流场理论进行计算。在没有设置反滤层保护时，堤基渗透出逸比降应＜表层土的允许渗透比降，以此判断堤基是否发生渗透变形。堤基表层土体的允许渗透比降按下式计算：

表1 贾鲁河堤基渗流计算典型断面参数表

2.2.2.1 流土型：J

式中：J─背水侧堤基表层土的渗流比降；GS1─堤基表层土的土粒比重；n1─堤基表层土的孔隙率（%）；K─安全系数，取1.5。

2.2.2.2 管涌型：J

式中：k─土的渗流系数（cm/s）；d3─占总土重3%的土粒粒径（mm）；K─安全系数，取1.5。

堤基土体的允许渗透比降J允许可根据上述公式求得。J允许及渗流计算时需要输入的唯一材料参数，见表2。

表2 贾鲁河堤基渗流计算成果表

2.2.3 计算结果与分析

堤基渗流稳定计算采用河海大学编制的《水工结构有限元分析系统》程序完成。渗流稳定计算见图1～2，计算结果见表2。

图1 左岸107+300断面截渗计算图

图2 右岸113+900断面截渗计算图

计算结果表明，左岸107+300断面堤基在河道高水位时容易在背水坡脚处逸出低液限粘土层形成流土渗透变形；而右岸113+900堤基则发生始自裸露粉土质砂层的管涌渗透破坏，威胁堤防的安全。为此，采用近年来兴起的水泥土截渗墙堤基处理技术，对左岸107+300断面在临水侧截深7m，对右岸113+900断面截至堤基相对不透水层。经截渗处理延长渗径后，堤基出逸比降大大减小，可以满足允许渗透比降的要求。

3.加固处理措施的方案比选

目前，国内有多种建造地下连续防渗墙施工技术，如：多钻头小直径深层搅拌桩建造防渗墙技术、锯槽法建造防渗墙技术、液压开槽建造防渗墙技术，射水法建造防渗墙技术、高压旋喷防渗技术等；防渗墙材料主要有塑膜、粘土、水泥土和混凝土4种。混凝土防渗墙造价高，多用于大江大河上重要防洪堤坝的防渗工程；垂直铺塑膜、粘土和水泥土防渗墙造价便宜，大量用于河道堤防、湖泊围堤的防渗工程。由于水泥土防渗墙造价较便宜，防渗效果好，使用寿命长，性价比优势明显，近年来在防渗工程中被广泛采用。本次堤基防渗工程拟选用水泥土防渗墙。

4.截渗墙技术要求

防渗墙嵌入相对不透水层的深度≮1.0m。截渗墙的有效厚度12～15cm，采用525＃水泥作固化料，水泥土中水泥的含量≮15%，墙体垂直度＜0.5%。施工前应对各截渗段进行截渗效果实验，根据实验结果再适当调整水泥掺入量、墙体厚度等指标。

5.填塘固基

由于历史原因，贾鲁河大堤两侧沿堤纵向沟塘分布较多，深度多在1～4m，最深的达6m，这些沟塘在汛期随着河道水位的升高，背水侧堤基的渗透出逸比降逐步增大，一旦超过堤基的抗渗临界比降，就会产生管涌等渗透破坏，特别是在险工地段，岸陡滩窄，甚至局部无滩，且堤基多夹砂层，堤内外水力联系密切，联通性好，历次高水位洪水时均发生堤内坑塘渗水等险情，给堤防的安全带来隐患，必须进行治理。

针对这些特殊地段，工程地质勘察报告建议采用固滩、灌浆防渗、填平坑塘、堵塞渗水通道等措施延长渗径。在滩地土料相对比较丰富的堤段，填塘压渗是最为简单易行、节省投资且效果较好的防止渗透破坏的处理办法。