闸基基础粗粒土防渗处理勘察结果分析

王斌

摘    要：闸基基础防渗处理是闸基工程一项重要内容，主要是针对防止基础岩土发生渗透变形破坏、减小渗透压及减少渗漏量。主要方法可采用水平防渗或垂直防渗，其中水平防渗采用水平铺盖的方式，如粘土材料铺盖或混凝土材料铺盖，垂直防渗采用的方法有板桩、混凝土地下连续墙、高压喷射灌浆帷幕及联体搅拌桩等。

关键词：闸基基础;粗粒土;防渗处理;勘察结果

1  水闸工作与应用特点分析

实践中可以看到，当前国内多数平原地带的水闸主要建设在土基之上，较之于少量建在岩基之上的岸边溢洪道，主要表现出以下特点。土基本身的压缩性相对较大一些，而且其承载能力相对较低，因此产生的沉降、沉降差等相对较大一些，很容易引发闸室倾斜或者止水破坏，甚至造成闸门底板断裂或塑性破坏，最终导致水闸事故。在水闸泄洪过程中，虽然其流速并不高，但是水流还具有一定的剩余能量，如果土基抗冲能力相对较小，则很容易被水流冲刷。实践中可以看到，土基因渗透水流作用而容易出现严重的渗透性变形，尤其是粉细砂地基，而且闸后很易发生翻砂、冒水等问题，对闸基、两岸产生严重的影响。

2  历次除险加固情况

某工程主体由拦河闸、浑沙及浑蒲进水闸3大部分组成。拦河闸为宽顶堰，孔高8.2m，宽10m，拦河闸及冲砂闸共22孔，其中浑沙灌区及浑蒲灌区冲砂闸各为3孔。闸底板高程31.5m，闸底板长18m，闸总宽257.4m。拦河闸闸后接8.5m长一级消力池，以后接12m长混凝土护坦。

经1960年洪水及后几年运用，拦河闸下游消能及防冲设施遭到不同程度的破坏，为保证拦河闸正常运行，于1964年9月对闸下游海漫、防冲槽进行改建设计，同年进行施工。随着下游河道采砂量逐渐增大，河道下切较多，造成水力条件发生变化。

由于河道下切后水能没有消耗，致使下游海漫多次被冲坏，同时近30年的观测闸基地基土渗漏量加大，1998年对闸体进行全面的改建设计，即在原有混凝土护坦工程后接二级消力池，其后接长9.0m的混凝土铺盖，继后设0.5m厚混凝土预制块及现浇混凝土海漫，与混凝土齿墙相接，齿墙后接防冲槽，同时在闸前布置防渗帷幕工程。

该次消能工改建工程及防渗帷幕工程于1999年12月竣工。

2004年，左侧闸基底板均不同程度的出现裂缝，下游护坦混凝土板开裂下沉，为闸基渗透变形破坏的明显特征，为保证拦河闸的安全运行，当年对拦河闸基础进行了详细的地质勘察及设计，并检测1999年防渗墙的质量效果及防渗效果。

3  勘察结论

3.1  地层结构

闸基基础岩土结构简单，结构如下。

第1层：砾砂，黄色，局部为黑色，砂砾成份主要以火山岩为主，磨圆一般，饱和，稍密。层位较稳，分布均匀，层厚1.0m～5.4m。

第2层：圆砾，黄色，局部为黑色，砂砾成份主要以火山岩为主，磨圆一般，饱和，中密。层位较稳，分布广泛，最大层厚14.8m。

3.2  颗粒分析

参照建闸前地质勘察成果，对第1层砾砂及第2层圆砾颗粒分析成果进行对比，现地基土颗粒分组中第1层砾砂与建闸前变化较小，只是粘、粉粒含量相对较少，第2层圆砾与建闸前变化较大，粘、粉料与砂粒明显减少，粗化现象严重，说明渗透变形破坏较重。

3.3  防渗墙检测结果

前期灌浆存在不连续性及不完整性，防渗墙成份复杂，在渗透压力作用下水泥凝结效果不明显，起不到预计的防渗效果，对防止闸基进一步发生渗透变形破坏无作用。

3.4  工程地质评价

该拦河闸运行近40年，地基岩土圆砾层粗化明显，即粘、粉粒与砂粒流失减少，已发生实质性的管涌类型的渗透变形破坏，局部沉陷而引发闸底板开裂及下游护坦下沉。在已发生渗透变形破坏的条件下采用普通水泥灌浆，形成防渗墙，在渗透压作用下效果不明显，连续墙呈不连续性及不完整性。

4  分析

该拦河闸于1959年建设完成，地基防渗处理措施采用水平混凝土铺盖。地基岩土为砾砂与圆砾，均为粗粒土，渗透系数分别为1.08×10-3cm/s、1.91×10-2cm/s，属中等透水与强透水层。其中砾砂层厚度1.0m～5.4m，圆砾层最大厚度14.8m。

在运行近40年后，对其颗粒分析对比发现，砾砂颗粒分组中砾粒与砂粒基本上无变化，粘、粉粒明显减少;圆砾颗粒分组中砾粒基本上无变化，砂粒与粘、粉粒明显减少，说明在采用水平混凝土铺盖防渗处理措施下，地基土粒径越大，即渗透性越强，发生管涌型渗透变形破坏的條件越充分，也即说明闸基地基土为粗粒土，单独采用水平铺盖作为防渗处理措施存在安全隐患，在运行若干年后，发生管涌型渗透变形破坏的可能性较高，严重影响建筑物的安全。

5 质量控制方法

5.1  坝基处理质量控制

当心墙基础开挖至2023m高程后进行固结灌浆，通过声波测试、压水试验和动力触探等方式了解灌浆质量，待灌浆质量满足设计要求后，再开挖至设计基础高程。

5.2  施工工艺质量控制

从以下几个方面进行施工工艺质量控制：（1）铺料质量控制：心墙料与反滤料平起填筑，高差不超过40cm，先铺反滤料后，再铺防渗料，防渗料铺料厚度不超过40cm，铺料方式主要采用进占法。（2）碾压质量控制：防渗心墙采用2005PDW型自行式振动凸块碾碾压，振动碾质量20400kg，振幅2.2mm，振动频率28Hz，激振力410kN。振动碾行车速度2.0km/h～3.0km/h，先静压2遍，再振动碾压8遍（碾滚前进及倒退为同一碾迹时计1遍）。采用错距法搭接，搭接宽度为30～50cm，避免发生漏压和过压现象。（3）层间结合质量控制：层面不得出现光面、剪切破坏、弹簧土等现象。表面形成光面时，铺土前必须洒水湿润并刨毛;层面有剪切破坏和弹簧土时，必须清除已破坏的土和弹簧土，并重新填筑;当气候干燥、土层表面水分蒸发较快时，铺料前适当洒雾状水湿润，避免洒水过多而成弹簧土。（4）心墙与岸坡结合质量控制：本工程心墙与岸坡接触采用高塑性粘土，清除与防渗墙接触的混凝土表面的乳皮等杂物，并在混凝土表面涂浓泥浆，以利心墙与岸坡之间的结合。

5.3  砾石含量

由于砾质土含有一定的粘粒，且粘结在粗颗粒砾石上，加之砾质土自身容易破碎，如果使用《土工试验规程》（SL237-1999）中的方法：将风干的土样放在橡皮板上用木碾将粘结的土团充分碾散，容易破碎砾石而不能真实反应砾石含量。本工程经过一段时间的实践总结，采用水洗法洗去粒径<0.075mm的颗粒，炒干后再用筛析法进为了真实评价防渗体的渗透性，采用现场原位试坑注水法测定防渗料的渗透系数。现场使用直径约30cm（最大粒径的两倍）的钢环，为避免侧面渗漏，最好加一个内环于两倍直径的外环，安装时内、外环同心，内外环加水约15cm，安装水位测针，测量内环水位变化;为真实获取防渗料的渗透系数，同时用容器测量蒸发水量，待渗透水量稳定后测读5～6个读数，每次测记的流量与平均流量之差不超过10%即可认为渗透稳定。测读时间间隔视水位测针的精度和设计要求的渗透系数而定。

6  结束语

根据已运行多年拦河闸所出现的病险症状，通过对其建闸前及现在地基土颗粒分组的对比分析，可以得出在采用水平铺盖防渗处理措施下，地基土粘、粉粒及砂粒的流失量随颗粒粒径的增大而增大，说明闸基土为粗粒土时，单一采用水平铺盖作为防渗措施不能完全满足地基土防渗要求，应采用水平与垂直防渗相结合的方法处理为宜。

参考文献：

[1] 郭庆国.粗粒土工程特性及应用[M].郑州：黄河水利出版社，2017.

[2] 李广信，周晓杰.土的渗透破坏及其工程问题[J].工程堪察，2017（5）：10～13.