多头小直径防渗墙在航道整治工程中的应用

梁东业

摘要：以顺安河航道整治工程为例，阐述了多头小直径水泥土搅拌桩防渗墙在航道整治工程中的应用。通过技术经济比较认为，多头小直径水泥土搅拌桩防渗墙具有施工方便、防渗效果好和造价较低等优点，可适用于细砂层中。

关键词：多头小直径；防渗；航道整治

大力发展航运是建设交通强国的要求。航道整治工程可大大促进当地的经济社会发展。航道整治工程建设内容一般包括航道疏浚工程、护岸工程、防渗工程、航标工程、专项工程等。但航道整治工程的疏浚工程有时挖除了河道底部表面的弱透水层，一定程度上加强了洪水与堤防的联系，会对堤防的渗透稳定产生不利影响。加之一些堤防本来就比较薄弱，历史上可能出现过管涌问题。因此，对于堤基含有弱透水层的堤防，在航道整治工程时同步进行堤防防渗处理十分必要。

1 工程概况

顺安河航道位于铜陵县中部，发源于铜陵县与青阳县交界的天门山，流经铜陵县天门镇、顺安镇、东联乡、西联乡4个乡镇，全长54km，流域面积476平方公里。流域地处温带，属北亚热带湿润性季风气候区，四季分明，雨量充沛。航道是20世纪七十年代初水利部门为联圩、灭螺、围垦、泄洪对老河道进行大规模综合治理而开挖的一条人工河。河道开挖时未兼顾通航要求，因此航道等级低、通航条件差。1999年至2001年曾对该河进行整治，目前100T级船舶可常年通航，中高水位时可通航300T级船舶，取得了较好的经济效益和社会效益。现考虑当地经济发展及产业布局，拟将航道提升为限制性Ⅲ级标准。

整治时航道设计底宽45m，水深3.2m，跨河建筑物净空尺度要求：单孔双向通行净宽60m×净高10m。设计最高通航水位：12.05m（1985国家高程，下同），设计最低通航水位为1.06m，设计航道边坡为1：3。航道现状底高程0.2～1.1m，设计航道底高程-2.14m。

现状堤顶高程约15.2m，堤防防洪标准为20年一遇，堤防等级为3级。滩地高程约6.0～9.2m。勘探结果表明，土层分布为素填土、粉质粘土、粉砂、细砂、粉质粘土等，航道疏浚削除了河底表面的部分弱透水层。根据调查，河道在高水位情况下，在地表粘土覆盖层较薄的堤防背水侧部分地段曾发生管涌，因此本次航道整治时需对堤防进行防渗处理。

2 地质情况

根据野外钻探、室内试验和已有资料经分析、整理得，在勘探深度范围内揭露的地层主要为人工填土、第四系全新统（Q4）冲积层及第四系更新统（Q3）冲积层。现将地层性质与分布自上而下详细叙述如下：

①层素填土（Q4ml）：棕红、褐黄、灰等色，稍湿～湿，中密～密实，为水利部门堤防加固时填筑，不同地段填土的成分不尽相同，堤脚两侧主要成分为可塑状态黏性土混卵石，卵石含量达到40%，堤身主要为硬塑状态黏性土。

②层粉质黏土（Q4al）：黄灰、褐灰色等，可～软塑，局部夹薄层淤泥质粉质黏土。

③层淤泥质粉质黏土（Q4al）：灰色、灰黑色，流塑～软塑状态，局部夹可塑状态薄层，土质较均匀，含腐殖质，有异味。

④层粉砂（Q4al）：灰褐色、灰色，饱和，稍密～中密状态，局部夹粉土薄层，矿物成分主要为石英、云母。

⑤层细砂（Q4al）：灰色，饱和，稍密～中密状态，局部夹薄层流塑淤泥质土，矿物成分主要为石英、云母。

⑥层粉质黏土（Q4al）：灰黄色，软塑～可塑状态，含铁锰氧化物，呈透镜体状分布。

3 防渗方案的选择

渗透稳定是堤防稳定的重要方面。提高堤防渗透稳定的方法很多，如土工膜、铺盖和各种防渗墙等。防渗墙对于堤防工程是最为有效的防渗处理措施之一[1]。许季军[2]等提出了确定可靠的防渗依托层厚度、防渗墙体厚度、墙体贯入防渗依托层深度及绕渗宽度等设计参数的简化公式。刘川顺[3]等研究了垂直防渗墙的布设方案与二元及多元结构堤基的关系。

垂直防渗的工法有很多，常见的有水泥土搅拌桩防渗墙、垂直铺塑防渗墙和高压喷射注浆防渗墙等。现就这3种防渗墙进行技术经济比较。

通过以上技术经济比较，由于多头小直径深层搅拌桩防渗墙防渗效果好、造价低且施工方便，故选用多头小直径水泥土搅拌桩防渗墙。

4 多头小直径水泥土搅拌桩防渗墙设计

水泥土搅拌桩防渗墙采用一次一序施工，设计成墙有效厚度不小于0.24m。钻孔间距0.32m，桩径0.4m。墙身28d抗压强度大于等于0.3MPa，渗透系数≤i×10-6cm/s（i=1～9）。参考水泥掺入量10%～15%，参考水灰比1：1，应根据现场试验结果对施工参数做适当调整。防渗墙设计深度为深入砂层下面的粉质粘土层1.0m。

在工程大面积施工前，应在场地附近进行深层搅拌工艺试验，数量不少于4根，并成墙，以确定合理的施工技術参数，主要包括：（1）搅拌桩机钻进深度、桩底标高，桩顶水泥浆停浆面标高；（2）水泥浆液的水灰比、外加剂的种类；（3）搅拌桩机的转速和提升速度；（4）浆泵的压力等。

水泥土搅拌桩的质量控制应贯穿在施工的全过程，

并在防渗墙上游侧进行开挖检查，检查成桩情况，并做现场注水实验（现场用搅拌桩形成围井），检验墙体渗透系数。

结语

（1）当透水层较厚时，对细砂层采用多头小直径深层搅拌工法形成半封闭式防渗墙既有较好的防渗效果，又施工方便、造价低廉且没有完全切断与地下水的联系，是一种较好的防渗工法。

（2）防渗墙成墙厚度、设计渗透系数和抗压强度是主要设计指标，也是影响防渗效果的关键因素。对于长江沿岸堤防，深搅水泥土防渗墙本身不具备产生渗透破坏的前提条件，因此，深搅水泥土防渗墙质量控制标准中，允许比降可以不作为控制性指标。

参考文献：；

[1]张家发等，堤防加固工程中防渗墙的防渗效果及应用条件研究，长江科学院院报[J].2001（5）：56～60.

[2] 许季军，张家发，程展林.堤防半封闭式防渗墙防渗机理及设计参数研究[J].人民长江，2001，32（5）：42-43.

[3]刘川顺，刘祖德，王长德.冲积地基堤防垂直防渗方案研究[J].岩石力学与工程学报，2002，21（3）：434-438.