长江堤防防渗加固方法应用研究

焦 洁，孙 丹

（河海大学设计研究院有限公司，江苏 南京 210098）

长江堤防除险加固工程中，防渗加固是一项重要的工程措施。根据国内外经验，堤防防渗加固有多种方案，如迎水面修筑防渗铺盖、防渗斜坡墙、垂直防渗墙、填塘固基、排水减压井等。实际工程中，应根据渗流的具体情况，选择一种或多种来达到除险加固的目的。

1 工程概况

常州市长江堤防防洪能力提升一期工程，工程范围为常州市长江主江堤，长度共17.187 km，主要工程内容包括：（1）根据防洪标准复核江堤防洪高程，对常州段长江堤防主江堤采取加高防浪墙、堤身防渗处理、堤防断面覆土加宽、背水坡坡顶设置挡土墙等方式加固；（2）主江堤全线防洪线封闭；（3）主江堤全线堤顶道路翻修；（4）主江堤全线堤脚排水设施完善；（5）主江堤5座涵洞拆除重建，1座水闸拆除重建；（6）堤防配套管理设施完善。

2 原江堤防渗加固设计方案

根据地勘报告，本段江堤三个工程地质段中堤身土的渗透系数 K=1.3×10-4cm/s～1.4×10-4cm/s（注水试验），属中等~弱透水性，堤身现状也存在渗透情况，同时根据渗透、渗流计算结果，堤防渗流量略偏大。近年来，虽然对部分区段进行了劈裂灌浆，但其主要作用是针对白蚁防治，且最新的地质勘探成果表明已进行劈裂灌浆段的堤身渗透系数注水试验值仍为1×10-4cm/s左右。因此，为保证堤防安全，需对江堤进行全线封闭。

初步设计时采用多头小直径深层搅拌桩截渗技术对堤防全段进行防渗处理。该方法施工工效高，工艺简单，成墙效果好，墙体连续，可满足堤防防渗要求，且成墙造价较低。施工机械采用一机三钻头，单排布孔，钻头直径370 mm，钻杆间距320 mm，水泥渗入量15%，防渗墙成墙厚度180 mm，渗透系数k＜1×10-6cm/s，防渗墙穿过堤身土深入相对不透水层（①层土）不小于1 m。

图1 多头小直径深层搅桩防渗加固典型断面图

图2 多头小直径深层搅桩防渗墙布置图

3 施工问题

本段江堤施工时分为六个标段。第一~五标段江堤（常州段长江堤防起点至澡港河段，长约1.5 km）进行多头小直径深层搅桩施工时较为顺利，按照预定的施工进度要求完成了防渗施工，且经检测，成墙厚度、墙体防渗系数等指标均能满足设计要求。

但第六标段江堤（澡港河以东段，长约2.4 km）在进行多头小直径深层搅桩施工时遭遇多处桩机钻进困难的问题。为进一步查明堤身填土中碎石和灰土垫层的分布，对该段江堤进行了补充勘察。根据勘察结果，该段堤防夹碎石范围较大，大部分堤身填土中均分布上、下两层碎石或灰土垫层，局部埋藏较深，对多头小直径防渗墙施工影响较大，另据现场调查，由于该段堤防存在多处码头，堤身中的碎石或灰土夹层可能是前期码头方面围滩造堤未按照堤防填土要求施工，以及历次堤防加高加固时未清除原道路路面结构层造成的。

施工单位通过加大配套电动机功率、改进钻头、增加操作时间等措施对多头小直径深层搅桩防渗墙进行试桩，但仍旧在高程5 m处出现卡顿无法继续下钻，防渗墙难以满足设计深度要求。

针对以上问题，需对该段江堤防渗加固方案进行调整。

4 江堤防渗加固方案选择

4.1 江堤防渗加固方案比选

依据地质勘察成果，针对施工六标段堤身防渗加固措施提出以下两种方案：

（1）方案一：迎水坡铺设复合土工膜+水泥搅拌桩防渗

保留迎水侧坡面护坡，坡面上铺设5 cm砂石找平层后铺设复合土工膜，在复合土工膜上浇筑15 cm厚C25现浇混凝土护坡；复合土工膜采用两布一膜复合土工膜，规格为200 g/m2/0.5 mmPE/200 g/m2，渗透系数k＜1×10-11cm/s。同时在迎水侧滩地距堤脚2 m处设水泥搅拌桩防渗墙，采用单轴深搅桩机械，机械钻头直径500 mm，钻杆间距449 mm，成墙厚度220 mm，渗透系数k＜1×10-6cm/s，防渗墙穿过堤身土（A层土）深入相对不透水层不小于1 m。复合土工膜顶部和底部均采用M12螺栓锚入堤防防浪墙和搅拌桩防渗墙。

（2）方案二：塑性混凝土防渗墙

利用专用的造孔设备营造孔槽，采用泥浆护壁，用导管在注满泥浆的槽孔中浇注塑性混凝土并置换出泥浆，形成墙体。防渗墙顶高程为8.70 m，防渗墙厚度0.3 m，渗透系数k＜1×10-6cm/s，防渗墙穿过堤身土深入相对不透水层不小于1 m。塑性混凝土的水泥用量不小于80 kg/m3，膨润土用量不小于40 kg/m3，水泥与膨润土的合计用量不小于160 kg/m3，胶凝材料总量不小于240 kg/m3，砂率不小于45%。

（3）方案比选

以上两种方案在技术上都是可行的，且施工不受堤身碎石、灰土夹层及孤石的影响。两种方案技术经济分析比较如下。

方案一：迎水坡复合土工膜+水泥搅拌桩防渗仅在迎水坡侧施工，对堤顶路面、背水坡及护堤地的施工干扰较小，对工期影响较小，但对施工质量要求高。

方案二：塑性混凝土防渗墙墙体连续性好，防渗性能可靠，墙体耐久性好，墙体为塑性，可适应堤防的变形，与堤身土结合紧密。但施工时需构筑满足防渗墙施工需求的施工平台，施工速度较慢，对工期影响较大，同时需将已完成的堤顶覆土部分开挖并将已铺设完成的加筋土工格栅卷起，待防渗墙施工完成后重新铺设并回填土。

以上两种方案投资对比见表1。

表1 六标段堤身防渗方案投资对比表

上述两种方案在技术上均可满足堤身防渗要求，在堤防设计使用年限内可保证堤防的防渗安全。但方案二防渗墙施工速度较慢，对工期影响大，开槽施工对六标段已完成的堤身覆土和加筋土工格栅的影响较大，且投资较大。

方案一施工可与堤顶道路、背水坡及护堤地绿化施工同步进行，相互间干扰小，对六标段工期的影响较小，且无需对堤顶覆土和加筋土工格栅进行返工。因此，本次六标段堤身防渗处理方案推荐方案一。

4.2 江堤渗流稳定计算

图3 迎水坡铺设复合土工膜+水泥搅拌桩防渗典型断面图

采用Autobank对复合土工膜+水泥搅拌桩防渗处理后江堤渗流稳定进行计算，计算结果见表2~表3。

表2 复合土工膜+水泥搅拌桩处理后堤防渗流、渗透稳定计算结果

表3 复合土工膜+水泥搅拌桩处理后堤防抗滑稳定计算结果

根据上述计算成果，该防渗方案可有效降低浸润线，减小渗漏量，防渗处理后效果明显，堤防渗透稳定、抗滑稳定满足规范要求。

根据以上方案分析，第六标段江堤改为采用采用复合土工膜+水泥搅拌桩方案进行防渗处理，施工完成后，经检测土工膜防渗效果等指标均能满足设计要求。

5 结语

（1）本工程中堤防加固针对不同的地质情况采用了两种防渗措施（多头小直径深层搅桩防渗墙、迎水坡复合土工膜+水泥搅拌桩），施工完成后现阶段运行中均达到了较好的防渗效果。

（2）多头小直径深层搅桩防渗墙施工工效高，工艺简单，成墙效果好，墙体连续，且造价较低，适合于淤泥质土、粘性土及砂土，但堤身中有大面积碎石夹层时该方法施工难度较大，不宜采用。

（3）临水坡铺设土工膜防渗效果良好，且施工方便，施工工期短，同垂直防渗措施联合使用可达到更好的防渗加固效果，但与多头小直径相比造价偏高。

（4）堤防防渗加固时应结合堤防渗漏原因、地质情况、造价等因素，对适宜的防渗措施进行技术经济比选，选择最优方案。