飞来峡水利枢纽社岗防护堤除险加固工程防渗方案比选

钟鸣辉

（广东省飞来峡水利枢纽管理处，511285，清远）

飞来峡水利枢纽社岗防护堤除险加固工程防渗方案比选

钟鸣辉

（广东省飞来峡水利枢纽管理处，511285，清远）

飞来峡水利枢纽社岗防护堤出现管涌、沼泽化和渗透量较大等现象，其加固工程主要任务为防渗。通过技术经济分析，对水利工程堤坝加固几种防渗方案进行比选，最终确定采用塑性混凝土防渗墙加固方案。

防护堤；加固；防渗方案；比选

一、工程概况

飞来峡水利枢纽工程位于广东省北江干流中游清远市飞来峡镇境内，是以防洪为主，兼有航运、发电、水资源调配和改善生态环境等多种效益的Ⅰ等大（1）型水利工程，枢纽于1994年10月开工建设，1999年10月建成运行，水库总库容19.04亿m3，枢纽主要由土坝、泄洪闸、船闸和社岗防护堤等组成。社岗防护堤位于枢纽工程上游左岸，设计洪水标准为100年一遇，堤顶全长3 610 m，保护社岗防护区面积41.4 km2、人口1.2万人。

飞来峡社岗防护堤在运行过程中堤后发生管涌险情，出现了防护堤堤基抗滑稳定存在风险、堤后沼泽化严重、部分堤身沉降及渗漏严重以及部分堤段抗滑稳定不满足规范要求等状况，社岗防护堤存在安全隐患。经安全鉴定，广东省水利厅审定其为“三类堤（坝）”，广东省发改委以粤发改农经函〔2014〕430号批准进行除险加固，主要建设内容为加固堤防3.61 km，加宽堤身，加固堤后压台，改造堤顶路面等；工程级别为4级，设计洪水标准为100年一遇，建设工期为1年。

二、社岗堤工程地质条件

1.堤身填土工程地质条件

堤身填土土料主要来源于附近山体的花岗岩风化土和坡积土，土质为含砂低液限黏性土和黏（粉）土质砂性土。根据土工试验，黏粒含量平均值为25.7%，设计要求黏粒含量不大于30%，满足设计要求；填筑土的干密度ρd＝1.51～1.83 g/cm3，平均值为1.68 g/cm3，最大干密度平均值1.80 g/ cm3，压实度为93.3。填筑土较密实，根据现场注水试验花岗岩风化土填筑土渗透系数K＝1.0×10-5～1.1×10-3cm/s，平均值K＝1.0×10-4，室内试验K20（最大值）＝7.35×10-6cm/s，表明堤体填土层为中等～弱透水性土。

2.堤基工程地质条件

①Ⅰ类堤基工程地质条件：地层为全～弱风化花岗岩，堤基地质结构基本属单一结构，分布长度占整段防护堤比例为10.8%，主要分布于桩号0+000～0+200、1+440～1+520、3+000～3+190。

②Ⅱ类堤基工程地质条件：该类堤基地质结构均属双层结构，分布长度占整段防护堤比例为70.4%。其中Ⅱ1类占总长的31.9%：地层自上而下为粉质黏土、基岩或基岩风化土层，分布桩号0+200～0+230、1+130～1+ 310、1+520～2+380、3+760～3+950。Ⅱ2类占总长的38.5%：地层自上而下分别为粉质黏土层、（冲积砂层）、含泥砂卵砾石层、下伏基岩或基岩风化土层，冲积砂层连续分布，厚度5～15 m，部分段存在含泥砂卵砾石层，厚约2～11 m；分布桩号为0+230～1+130、2+ 380～3+000。

③Ⅲ类堤基工程地质条件：该类堤基地质结构属多层结构，分布长度占整段防护堤比例为18.8%，地层自上而下分别为粉质黏土层、淤泥质黏土（花斑黏土）层、冲积砂层及下伏基岩或基岩风化土层；其中淤泥质黏土厚约1.8～11.9 m，冲积砂层 (含泥中粗-中细砂)为主，厚度约4.2～4.4 m。分布桩号 1+310～1+440、3+190～3+ 300、3+300～3+480、3+480～3+760。

三、防渗加固方案选择

1.堤防防渗可选方案与适应性

堤防垂直防渗方法主要有劈裂灌浆、高压喷射灌浆（包括定喷、摆喷和旋喷）、塑性混凝土防渗墙、普通混凝土防渗墙等，几种防渗方法原理和主要适应性如下文。

（1）劈裂灌浆

劈裂灌浆是利用水力劈裂原理，对存在隐患或质量不良的土坝在坝轴线上钻孔、加压灌注泥浆形成新的防渗墙体的加固方法。堤坝体沿坝轴线劈裂灌浆后，在泥浆自重和浆、坝互压的作用下，固结而成为与坝体牢固结合的防渗墙体来堵截渗漏；与劈裂缝贯通的原有裂隙及孔洞在灌浆中得到填充，可提高堤坝体的整体性；通过浆、坝互压和干松土体的湿陷作用，部分坝体得到压密，可改善坝体的应力状态，提高其变形稳定性。该方法可应用于渗透性较好的砂层，又可应用于渗透性差的黏性土层。劈裂灌浆具有如下特点：①技术成熟，施工工期短；②造价较低，经济效益好；③在形成垂直连续防渗帷幕的同时，能充填各种裂缝、孔隙和洞穴灌浆；④施工中控制参数较多，有灌浆压力、泥浆配比、孔距排距、复灌间隔和复灌次数等，这些参数多数依靠现场试验在经验范围内选取；⑤主要对坝体渗漏效果较好，对坝基基础渗漏难于解决。⑥大坝应力和变形调整的作用机理不完全清楚。

基于劈裂灌浆的原理，一般只在下列情况下才考虑采用劈裂灌浆：一是松堆土坝，二是坝体浸润线过高，三是坝体外部、内部有裂缝或大面积的弱应力区，四是分期施工土坝的分层和接头处有软弱带和透水层，五是土坝内有较多生物洞穴等。

（2）高压喷射灌浆

高压喷射灌浆技术通过在地层中的钻孔内下入喷射管，用高速射流（水、浆液或空气）直接冲击、切割、破坏、剥蚀原土层材料，受到破坏、扰动的土石料与同时灌注的水泥浆或其他浆液发生充分的掺搅混合、充填挤压、移动包裹直至凝结硬化，从而构成坚固的凝结体，成为结构较密实、强度较高、有足够防渗性能的构筑物以满足工程需要。其基本原理是利用高压射流冲切掺搅地层，改变原地层的结构和组成，同时灌入水泥浆或混合浆液形成凝结体，借以达到加固地基和防渗的目的。高压喷射灌浆适用于处理淤泥质土、粉质黏土、粉土、砂土、砾石和卵碎石土等松散体。对于土中含有较多的大粒径石块、大量植物根茎或较高的有机质时，以及地下水流速过大和已涌水的工程，应根据现场试验结果确定其适用性。

高压喷射灌浆法的注浆形式分定喷注浆、摆喷注浆和旋喷注浆等3种。高压定喷灌浆适用于粉土、砂土粒径不大于20 mm的松散地层；高压摆喷灌浆适用于粒径不大于60 mm的松散地层，大角度摆喷适用于粒径不大于100 mm的松散地层；高压旋喷灌浆适用于砂砾土、卵砾石地层及基岩残坡积层。高压旋喷灌浆主要特点为：①可灌性好，只要高压射流能破坏的地层如细砂、砂砾石等均可处理；②连接可靠，高压旋喷灌浆板墙自身与周边建筑物的连接可靠；③对施工技术要求较高。高压旋喷灌浆防渗墙渗透系数为10-5～10-7cm/s，允许渗透比降值60。

（3）塑性混凝土防渗墙

塑性混凝土防渗墙是指通过使用机械在地基中挖槽，使用泥浆护壁以防止地层坍塌，然后通过导管在槽孔泥浆下浇筑混凝土所形成的地下防渗结构物。塑性混凝土不同于工程中常用的普通混凝土，塑性混凝土在组分上和刚性混凝土相比增加了黏土或膨润土、粉煤灰等成分。由于塑性混凝土材料组成和配合比的改变，使得它具有极为优越的特性和经济性。一是具有很好的力学特性，其弹性模量低，适应变形的能力强，极限应变高，抗震、抗渗和耐久性能好；二是具有很好的和易性，有较长的终凝时间和较低的强度，具备较好施工并易于操作的优点；三是具有较好的经济性，其配合比中掺入了适当的黏性土或膨润土等，大幅减少水泥用量，增加了抗渗性能，降低了造价。

塑性混凝土防渗墙广泛应用于堤坝防渗加固，主要特点为：①适用性广，深可达100 m左右，主要是中低水头防渗，适用于各种地质条件如砂土、沙壤土、粉土、砂卵（砾）石土层等；②安全、经济、可靠、耐久，其防渗墙渗透系数一般可达到10-6～10-8cm/s，允许渗透比降值达60～100；③与高喷灌浆比，施工速度相对较慢。

（4）普通混凝土防渗墙

普通混凝土防渗墙的施工工艺与塑性混凝土防渗墙基本相同，主要是在混凝土中不添加膨润土等材料，只按普通混凝土（有时也添加粉煤灰等）配合比设计，具有承受水头大、防渗性能可靠、适合各种地层地基防渗等优点，但水泥用量大，造价高，适应变形能力低。普通混凝土防渗墙抗压强度高一般大于5MPa（15～35 MPa），弹性模量大于2 000 MPa（可达31500 MPa），渗透系数一般可达≤4.19×10-9cm/s，因而也称为刚性混凝土。

（5）防渗方案初步选择

从地质钻探情况可知，社岗防护堤堤身填筑土层为中等～弱透水性，基础堤长约占90%范围内为双层或多层结构，地层分布为粉质黏土层、淤泥质黏土、冲积砂层、含泥砂卵砾石层、下伏基岩或基岩风化土层，存在堤基渗漏、管涌、沼泽化等问题，因此不适合采用劈裂灌浆。高压定喷和高压旋喷主要适用于粉土、砂土等松散结构的地层，而社岗堤基础较大范围存在冲积砂层、砂砾石层等情况，也不太适用定喷和旋喷方案。而普通混凝土防渗墙水泥用量大、造价高，主要适用于大水头坝基防渗。因此，社岗堤防渗方案的比选主要集中在高压旋喷和塑性混凝土的比选。

表1 塑性混凝土与高压旋喷灌浆方案技术比较

表2 塑性混凝土与高压旋喷灌浆方案经济比较

2.塑性混凝土与高压旋喷防渗方案技术比较

（1）塑性混凝土与高压旋喷方案设计

①高压旋喷灌浆方案设计。沿堤顶中部轴线进行钻机造孔，高压喷射注浆机进行高压旋喷灌浆，钻孔穿过坝基覆盖层及砂砾石层，由于堤防较高，高压主旋喷灌浆采用双排布孔，孔距为1.0 m，墙体有效搭接长度0.3 m，要求允许比降[J]≧60。

②塑性混凝土防渗墙方案设计。沿堤沿坝顶中心线设塑性混凝土防渗墙，防渗墙穿过坝基覆盖层及砂卵砾石层，并嵌入风化土或入岩（相对不透水层）0.5～1 m。防渗墙厚0.6 m，抗渗等级为P6，允许比降[J]≥60～80。

（2）塑性混凝土与高压旋喷技术比选

以下从防渗可靠性、耐久性、工艺适应性、施工场地要求、施工工期要求、施工质量控制、施工质量检测等技术方面，对采用塑性混凝土和高压旋喷方案进行技术比较选。

从表1可知，塑性混凝土防渗墙适应性好，防渗性能可靠，防渗质量有保证，结合社岗防护堤的地质条件和主要存在基础渗漏的情况，从技术角度比较，采用塑性混凝土防渗墙。

3.塑性混凝土与高压旋喷防渗方案经济比选

根据对塑性混凝土防渗墙方案设计，墙厚采用60 cm，且由于施工要求必须对堤防进行加宽培厚，故加宽培厚的工程量须计入方案；根据高压旋喷方案设计，只进行钻孔和旋喷灌浆。以下将两种方案的工程量与造价进行计算比较。

从表2可知，采用塑性混凝土防渗墙投资比高压旋喷灌浆方案节约投资，从经济角度考虑，塑性混凝土防渗墙方案优于高压旋喷灌浆方案。

4.防渗方案的最终选定

根据上述塑性混凝土防渗墙方案和高压旋喷灌浆方案的比较，无论从技术方面还是从经济方面，塑性混凝土防渗墙方案均优于高压旋喷灌浆方案，因此最终决定采用塑性混凝土防渗墙方案对社岗堤进行防渗加固。 ■

责任编辑 董明锐

Alternatives for seepage control and strengthening of Shegang Embankment of Feilaixia Water Complex

Zhong Minghui

Seepage piping,swamp formation and expansion of seepage have been found in Shegang Embankment of Feilaixia Water Complex.Through comparison of alternatives of several seepage control options and technical and economic evaluations,finally plastic concrete anti-seepage wall is selected.

protection embankment;strengthening;seepage control options;alternatives

TV871.2

：B

：1000-1123（2016）06-0033-03

2015-12-29

钟鸣辉，教授级高级工程师，高级经济师。