沭河上游堤防加固截渗工程方案比选

丛 榕

（临沂市水务集团有限公司，山东 临沂 276000）

沭河发源于沂山南麓，南流经山东省沂水、莒县、莒南、河东、临沭、郯城等县（市），江苏省东海、新沂等县（市），至江苏新沂口头入新沂河，全长300 km，流域面积6 400 km2。沭河上游堤防加固工程治理范围自浔河口至青峰岭水库（中泓桩号132+142～70+000），治理河段总长62.142 km。

经现场勘查，沭河左岸莒县荆家庄科段（左岸桩号38+175～39+280 段）、沭河右岸莒县县城幕家庄子街段（右岸桩号33+517～34+907 段）均存在以下问题：一是堤防座落于沙基或纯沙堤段较多，且堤身为松散细砂，抗冲和抗风蚀能力低、抗渗稳定性差；二是上层为黏性土，下层为砾质粗砂，两层间可能存在接触冲刷，存在堤基渗漏问题；三是经渗透稳定计算，这两段堤防下游出逸点比较高、渗流出口坡降大于表层土允许渗流坡降，在渗流作用下将发生渗透破坏；四是沭河洪峰持续时间较长，洪水漫滩，堤后渗水严重。因此，为消除防洪隐患，确保堤防安全，对这两个堤段进行截渗加固处理是十分必要的。

1 截渗工程方案比选

根据已建工程经验和工程实际情况，截渗工程拟定以下6 种方案进行比选。

1）方案Ⅰ：垂直铺塑截渗。利用专门的开槽机开出符合设计要求的沟槽，然后铺设厚0.2 mm的土工膜，塑膜嵌入堤基壤土层内0.5 m 或嵌入基岩面以下0.2 m，再回填黏性土，使槽内回填土干容重不小于1.45 g/cm3，形成塑膜防渗帷幕。

2）方案Ⅱ：多头小直径深层搅拌桩墙截渗。多头小直径深层搅拌桩截渗墙技术以其成墙防渗效果好、成本低、适用范围广、工效高等优点，在国内江河堤防等截渗工程中得到广泛应用，具有较成熟的施工经验。其施工工艺是利用特制的多头小直径深层搅拌机，按设计要求把水泥浆喷入土体并搅拌形成水泥土墙，截渗墙厚度不小于12 cm，嵌入堤基壤土层内1.0 m 或嵌入基岩面以下0.2 m，且桩与桩之间搭接良好，墙体连续，墙体水泥土基本均匀，整体性好，截渗性能好。

3）方案Ⅲ：高压喷射防渗板墙截渗。按单排孔布设，孔距1.5 m，嵌入基岩面以下0.2 m，在砾质粗砂层内采用30°角摆喷，在亚黏土层内采用定喷，且要求防渗墙厚度不小于30 cm。

4）方案Ⅳ：黏土斜墙截渗。堤防迎水坡清基后按要求置换黏土，黏土斜墙厚度0.8 m，坡脚设齿墙，齿墙边坡 1∶0.8，底宽 1.2 m，深 1.2 m，要求黏土墙体均匀密实、连接紧密，干容重不小于1.45 g/cm3，无集中渗漏问题。

5）方案Ⅴ：复合土工膜水平铺盖截渗。堤防迎水坡防洪水位1.0 m 以下及滩地水平铺盖范围内清基后按要求铺设复合土工膜，上设厚0.2 m干砌块石防护层，防御外界水流或波浪冲击、风化侵蚀、冰冻破坏和遮蔽日光紫外线，下设厚0.1 m、粒径为2～4 cm 碎石支持层，保护非织造土工织物不受破坏，复合土工膜上端嵌入堤身0.5 m，采用波浪形松弛铺设型式，接缝宽度0.1 m，并保证最小黏接宽度0.08 m，且接缝黏接良好，无集中渗漏问题。

6）方案Ⅵ：堤后黏土压渗盖重截渗。堤防背水坡清基后，浸润线下游出逸点以下按要求压盖清基土，浸润线下游出逸点以上按要求压盖黏土，黏土厚度为1.0 m，宽度为堤基发生渗流破坏的长度，边坡1∶2.5，要压盖黏土均匀密实、连接紧密，干容重不小于1.45 g/cm3，无集中渗漏问题。方案比较见表1。

表1 截渗方案比较表

经综合分析比较，方案Ⅰ垂直铺塑截渗具有施工工艺简单、施工速度快、防渗效果好、投资少、易与大堤防渗相结合等优点，但在砂堤上施工易塌槽，施工质量难以保证；方案Ⅱ多头小直径深层搅拌桩截渗除具有方案Ⅰ的优点外，还具有加固堤防或堤基，震动小、无弃土等优点；方案Ⅲ成墙深度大，防渗效果好，但是施工工序多，施工复杂，投资大；方案Ⅳ施工工艺简单，投资居中，但施工速度慢，占地多，尤其是当地黏土储量不足需外购；方案Ⅴ施工工艺简单，防渗效果好，但是施工速度慢，占地多，允许流速小，投资大，耐久性差，使用年限仅20～30 a，抵抗人类活动及生物破坏的能力低；方案Ⅵ施工工艺简单，投资相对较低，但是施工速度慢，占地多，尤其是当地黏土储量不足需外购，抵抗人类活动及生物破坏的能力低，工程建成后管理不便。

本次设计选用方案Ⅱ多头小直径深层搅拌桩截渗方案，对相对不透水层埋藏浅的堤段采用封闭式截渗，对相对不透水层埋藏深的堤段采用悬挂式截渗，截渗深度以满足堤防下游堤坡和堤基渗流坡降小于表层土允许渗流坡降。

2 截渗工程设计

本次设计是在堤顶采用多头小直径深层搅拌桩，截渗轴线布置在距堤内肩1.0 m 的堤顶上。参照已建类似工程施工经验，确定堤防截渗上限取设计洪水位以上0.5 m 与现状堤顶高程以下1.0 m 中的大值，封闭式截渗下端嵌入堤基壤土层内1.0 m，悬挂式截渗深度满足堤防下游堤坡和堤基表层土允许渗流坡降。

墙体厚度主要由墙体允许渗透破坏比降控制，另外要考虑施工机具、施工时可能造成的允许偏差和墙体寿命。

根据有关资料，截渗墙体厚度可按下式计算取值：

式中：δ 为最小防渗墙厚度，m；△H 为防渗水头差，m；[J]为设计允许破坏比降（一般取渗透破坏比降的1/2）。

墙体允许渗透破坏比降受材料配比影响，有一定的变化范围。根据国内已建截渗墙工程试验结果，墙体抗渗透破坏比降不小于200，设计允许破坏比降一般采用60。由此计算的截渗墙体最大厚度为97 mm，本次设计采用墙厚120 mm。

防渗墙墙体厚度采用120 mm，选用钻头直径为φ200 mm。每一个单元墙按三序桩施工，桩间搭接长度应不小于50 mm，施工单元墙搭接长度应不小于100 mm，桩间搭接间歇时间不得超过24 h，如因特殊原因超过上述时间，应对最后一根桩搭接处进行空钻留出榫头以待下一批桩搭接；如间歇时间过长（如停电等），与后续桩无法搭接，应采取局部补桩或注浆措施。水泥掺入量及水灰比应通过现场成墙试验确定，通过成墙试验选择最优浆液配比，输浆的工作压力、输浆量和与之相匹配的钻头下沉、提升速度，以及相应的允许电流等技术参数。

3 截渗效果复核

对于完全截断透水堤基的封闭式截渗堤段，按不透水堤基计算渗流量、堤防浸润线下游出逸点高度和渗流坡降；对于不完全截断透水堤基的堤段，属悬挂式截渗墙，按透水堤基计算渗流量、堤防浸润线下游出逸点高度和渗流坡降。多头小直径深层搅拌桩墙体的渗透系数采用2×10-6cm/s。截渗后渗流坡降计算结果见表2。

由计算结果可知，上述堤段截渗后堤防下游出逸点渗流坡降均小于表层土允许渗流坡降，堤防下游出逸点高度降低，堤防与堤基在渗流作用下，满足渗透稳定要求。

表2 截渗后堤防渗透稳定计算成果表