沿海水闸防渗系统修复技术

(南通市通州水利建设工程有限公司，江苏 南通 226300)

沿海地区常规的水闸设计一般采用水泥深层搅拌桩防渗墙、钢筋混凝土板桩防渗墙、木桩防渗墙等进行地基处理防渗，从而保证水闸不因内外水位差而产生渗流致使水土流失，其中最常用的是水泥深层搅拌桩防渗墙。

万亩海蜇园进水闸抢修加固工程进水闸由于渗径考虑不周全，未设计垂直防渗设施，水闸实际地质情况没有勘探土质情况好；水闸运行期间内侧的蓄水长时间达▽2.5m，比设计正常水位▽1.80m还要高0.7m，严重超工况运行，导致进水闸使用过程中因渗径不足造成渗透破坏，海水退潮后下游闸底板与防冲槽之间伸缩缝出现大量的砂土，闸室出现明显的倾斜。

根据以上紧急情况，以往考虑采取的措施一般为采用水泥搅拌桩防渗墙、预应力钢筋混凝土板桩或木板桩防渗墙进行处理。由于水泥搅拌桩防渗墙以及预制钢筋混凝土板桩施工需要的凝固时间长，施工场地狭窄，不利于打桩机械的布置，对抢险工程不适用；而木桩板桩根据计算需要8.2～12m的长度，板桩沉桩困难同样不适用于本工程的使用。

1 工程及地质概况

该围垦进水闸工程为Ⅳ等工程，涵闸、上下游翼墙及消力池等为4级水工建筑物。进水闸工程设计使用年限为30年。涵闸设计流量36m3/s，设计外海平均高潮位为2.48m，引水渠正常水位为1.80m。闸的主要功能为进、排水，双孔，单孔净宽3m，闸门为平板直升式钢闸门，配QPQ2×80卷扬式启闭机，闸检修闸门采用钢质叠梁门。进水闸结构形式详见图1。

图1 进水闸纵剖面 (单位：cm)

该进水闸地质情况自上而下分述如下:

①冲填土，层底高程-1.19～1.26m，层厚0.80～2.00m。②层粉土，层顶高程-1.19～1.26m，层底高程一般-3.20～-1.06m，层厚一般1.70～3.20m。③层粉土，层顶高程-3.20～-1.06m，层底高程一般-6.00～-3.42m,层厚一般1.70～3.50m。④层粉砂夹粉土，层顶高程一般-6.00～-3.42m，层底高程-11.10～-7.74m,层厚3.00～5.40m。⑤层粉土，层顶高程-11.10～-7.74m,层底高程一般-13.80～-9.14m，层厚一般1.90～4.90m。⑥层粉砂，层顶高程-13.80～-9.14m。进水闸主体建筑物基底坐落于②层粉土。

2 防渗系统加固技术方案

由于本工程时间紧，不利于使用常规的地基防渗处理方法。结合以往钢板桩围堰、钢板桩支护防渗比较成功的施工经验，以及钢板桩购材方便、施工速度快、施工深度深、防渗效果佳、需要的施工设备相对较简单等优点[1]，对本进水闸拟采用如下手段进行防渗修复。

通过修筑围堰断流，减少内外水压力，防止渗流的加剧，对上下游消力池利用U形拉森钢板桩形成止水帷幕，同时对洞室底板进行开孔注浆和水闸基础土方稳定处理，洞身两侧土方各5m范围内进行压力注浆加固地基土方，防止土方流失；由于进水闸原先没有设计止水帷幕，内侧养殖池水位超水位运行，原先的渗径不够，考虑在上下游灌砌块石护坡、护底采取钻孔，设置冒水孔进行引排地下压力水。 防渗处理方案详见图2。

图2 进水闸钢板桩处理纵剖面(单位：cm)

2.1 上游处理

上游灌砌块石护底及护坡设置冒水孔，在现状灌砌块石护底基础上钻孔插入φ5cmPVC管，端部包裹一层300g/m2无纺土工布，PVC管内灌米瓜子片，表层6cm填无砂混凝土。管外周与灌砌块石间用M10砂浆灌实。

拆除原上游消力池及一、二级翼墙，上游消力池改造为扶壁式“U”形结构，消力池顶高程▽5.0～3.0m，消力池底设置地下“U”形钢板桩连续墙，墙底高程▽-9.30m,两侧延伸至两侧翼墙后15m，形成▽5.00m挡潮平台。

上游挡潮平台场地为混凝土场地，混凝土场地由上至下结构层依次为:20cm厚C30混凝土、30cm厚水泥土垫层。混凝土场地每5m×5m锯缝。混凝土场地与挡墙间采用橡胶止水，场地以0.5%坡度向墙顶放坡，以利排水。

2.2 下游处理

在下游侧(围区侧)消力池尾端设置垂直防渗墙，具体为:凿除原下游二级翼墙上游段lm范围内翼墙，打设拉森钢板桩，桩底高程-10.0m，两侧延伸至两侧翼墙后15m。

下游灌砌块石护底设置冒水孔进行压力的释放，在现状灌砌块石护底基础上钻孔插入φ5cmPVC管，端部包裹一层300g/m2，无纺土工布，PVC管内灌米瓜子片，表层6cm填无砂混凝土。管外周与灌砌块石采用M10砂浆灌实。施工时不得穿过原碎石垫层。

2.3 洞身加固处理

洞身两侧各5m范围内进行压力注浆，注浆高程▽-3.00m～4.00m，孔距1.5m ×1.5m；洞室底板进行接触灌浆，孔距2.0m。注浆孔孔径为10cm，垂直倾斜率<1%,注浆材料选用单液水泥浆，浆液水灰比>0.6且<2，注浆压力0.04MPa，注浆量为20%，浆液的初凝时间为5～20min。注浆结束后洞身外注浆孔用2∶8灰土回填夯实，洞室底板注浆孔采用C20细石混凝土回填密实(洞室底板注浆和细石混凝土终凝前，地下水位应控制不高于-1.70m)，注浆孔顶面采用钢板封孔处理。

当拍摄整张动物肖像特写时，需要控制镜头与前面的动物保持安全拍摄距离，考虑一支300mm或更长焦距的镜头，甚至超远距变焦镜头，如150mm-600mm镜头，这样就可以在更远距离下不惊扰动物，又能拍摄更细致的特写。

3 防渗处理施工工艺措施

3.1 围堰断流

为避免进水闸泥土流失进一步加剧，安排1套40kW水力冲挖机组进行围区袋装土围堰的施工，同时利用围区其余的2座排水涵闸降低围区的高水位，外海侧围堰受海水涨落潮的影响对工程影响不大，在内侧围堰施工后进行外侧围堰的施工。通过内外围堰的施工和明水的排除，将闸室底板、上下游消力池和护底清理出来。

3.2 井点降水

为保证钢板桩不带水作业，同时控制降水深度对水闸结构产生不良影响，采用轻型井点进行降水，沿老进水闸四周设置单排6m轻型井点进行封闭式降水，降水采取缓慢分梯次进行，初期确保地下水位低于▽-1.7m，以方便洞底板注浆；在注浆完成后进行上下游钢板桩施工时，将地下水位降低至▽-2.5m或-3.0m高程处。

工程施工降水前，1m3挖掘机将原先下游翼墙后侧的土方开挖减载，挖土深度大于100cm。

施工期间安排专人观测地下水位，对水闸进行沉降观测和分析，严格控制好降水深度。[2]

轻型井点在上游消力池以及下游消力池和翼墙墙身修复，混凝土强度满足设计要求且土方回填后进行拆除。

3.3 钢板桩防渗

考虑到钢板桩沉桩需要一定的空间，下游贰级翼墙以及消力池由于倾斜、流沙严重拆除重建，上游一级翼墙底板、墙身混凝土拆除前按钢板桩施工所需位置(1m宽度)弹出墨斗线，金刚石绳锯专用大型混凝土切割机沿墙面以及消力池底板面先切割。为防止拆除混凝土接缝参差不齐，利用空压机以及手动电镐将混凝土凿除，下游翼墙凿除时根据后道工序的需要预留部分钢筋或植筋处理。

3.3.1 钢板桩材料

拉森钢板桩采用专业厂家生产的合格产品AU-14型钢板桩[3]，各加固部位的板桩按所需长度委托厂家进行加工，每根桩均通长布置不需要焊接。钢板桩运至现场后清理锁扣杂物。由于钢板桩埋置于地下封闭的状态，钢板桩不需要进行涂刷特殊的防腐措施。

考虑到施工场地的狭窄，打桩利用长臂履带式挖掘机配专用高频振动打桩夹具施工，其优点在于移动方便，施工灵活，适用于本工程抢险作业面较狭窄的情况。

3.3.3 施工测控

为保证钢板桩沉桩深度以及位置的准确性，根据进水闸原有的测控点，进行钢板桩中心线(里、外)、端点线的测设。布置测控觇标，用钢筋及测量三角旗、油漆等竖立明显标志。

3.3.4 打设导桩、架设导梁

为保证钢板桩防渗效果，沉桩时严格控制钢板桩的垂直度，在钢板桩打入时设置打桩围檩支架，围檩支架由槽钢围檩及钢管围檩桩组成。

利用挖掘机专用打桩夹具进行吊装钢板桩，钢板桩使用前利用2m小段的钢板桩对每根桩的锁口进行检查，确保每根桩锁扣紧密，施打前，板桩咬口处涂抹黄油以保证施打的顺利并提高防水效果。调整龙口桩的垂直度或倾斜度，精确定位。板桩是防渗结构的主要施工措施，施工时严格控制施工垂直度以及锁扣的衔接，采取屏风式施工方法进行有序沉桩，将钢板桩顶标高沉至设计的标高。

3.3.5 质量检测

钢板桩防渗墙目前还没有现成的规程、规范，现场主要用经纬仪、垂直校正器和钢尺测量垂直度，偏差控制在1.5%以内；用水准仪观测高程，偏差控制在±30mm。考虑到钢板桩两侧均为土质，防渗钢板桩之间微小的空隙被泥土填充，最终的防渗效果采用开挖渗水井进行渗水试验，比较渗透系数来确定防渗效果。

3.4 压力注浆加固

考虑到防渗系统的失效，原先闸室底板的土方流失严重，为保证闸室洞身底板稳定，考虑使用压力注浆对底板以及墙后土方进行加工处理。压力注浆布置详见图3。

图3 压力注浆布置立面图(单位：cm)

由于底板厚度70cm，需利用专用开孔器进行底板钢筋混凝土开孔。

灌浆材料采用PO42.5硅酸盐水泥拌匀，再加水兑制成水泥浆。对进场水泥进行材料检测，现场做好水泥的储存与使用工作，防止水泥受潮结块失效。水泥浆液水灰比为0.6～1，注浆压力为0.04MP。[4]

采用200型转盘式钻机进行墙后压力注浆孔钻孔，200L灰浆机及HBW50/1.5注浆泵进行注浆施工。注浆压力根据现场土质情况以及施工前的试桩来确定，注入压力控制在0.04MP。底板灌浆时宜在溢出后间隔一定时间进行二次复灌(洞室灌浆需在一天的时间内完成)，确保底板与泥土之间水泥浆充填密实。

墙后灌浆在规定压力下，注浆量小于1L/min时，稳压2～3min，若压力不下降或压力下降不超过5%，则停止注浆。

注浆结束后，拔出套管，用C20细石子混凝土封孔，同时利用6层300g/m2土工布+16mm钢板进行封盖防止地下渗土。

注浆前后，利用物探成果资料对比，检查注浆效果；利用钻孔注水试验的单位长度吸水量对比，检查注浆效果。注浆后单位长度吸水量小于注浆前吸水量的3%～5%，且不存在明显漏水现象为合格。[5]

4 结 语

该水闸通过以下方式进行加固处理：修筑围堰断流，减少内外水压力，防止渗流的加剧，上下游灌砌块石护坡护底设置冒水孔，进行压力的释放，上下游消力池下部利用拉森钢板桩形成止水帷幕增加渗径，同时对洞室底板开孔注浆，进行基础土方稳定处理，洞身两侧各5m范围内进行压力注浆加固填充地基土方。该进水闸经处理后，利用仪器观测水闸沉降趋于稳定状态，水闸运行正常，钢板桩防渗墙较好地处理了该进水闸渗透长度不够的问题。

该闸成功的防渗处理措施为以后类似水闸工程抢险加固由于渗径不足而采取的应急处理方案提供了经验借鉴，为水闸工程防渗系统采用钢板桩防渗墙提供了新的思路：水闸防渗系统采用“钢板桩+高压旋喷桩”的新技术，与采用水泥搅拌桩防渗墙、钢筋混凝土板桩防渗墙的技术相比，优点：施工速度快、质量有保证，防渗效果佳；缺点：工程造价较高、施工质量控制要求高。水闸工程必须在汛期以前具备通水的条件，对于施工工期要求特别紧的水闸工程，设计时需将工期与造价综合考虑，优先采用钢板桩地基防渗处理方案。