减压井在浑河台安段大堤的应用研究

2021-03-31吴丽霜

水利技术监督 2021年3期

关键词：湘水台安县棱体

吴丽霜

(辽宁江河水利水电新技术设计研究院有限公司，辽宁沈阳 110003)

排水减压是双层地基上的堤防较为经济有效的渗控措施。当弱透水覆盖土层较薄(小于3m)时，可采用深挖到砂层中的排水沟降低承压水头，防止管涌发生；当弱透水覆盖土层较厚(大于3m)，且不均匀，对仍发生堤后管涌段，可采用减压井列排渗措施。

浑河台安县段减压井是辽宁省首次应用排水减压井处理砂基渗漏问题，在设计和施工过程中不断摸索，取得了一定的经验，本文以后湘水段为例，阐述研究成果，可为类似工程提供参考。

1 工程概况

浑河台安县段堤线均位于浑河右岸，上边界为朝阳堡村，下边界为三岔河口，区间堤防总长度31.23km，干流堤防为均质土堤，堤顶高程10.6～14.5m，堤顶宽度3.5～6.5m，迎水坡约1∶2.5，背水坡约1∶3.5，迎水侧多为平均宽度约50m的护堤林，局部段为耕地或荒地，背水侧为耕地、居民地。浑河台安县段现状存在8处砂堤砂基，总长度10.083km，其中后湘水段堤防长度为1.3km。

后湘水段堤防汛期曾经出现过管涌，堤后紧邻村庄和耕地，是历年防汛重点，由于资金受限，一直没有系统治理。后湘水段堤基为双层结构，上部为粉质黏土，一般属弱透水，局部为微透水；下部为粉砂、细砂，具有中等透水性，洪水期易形成渗流，影响堤基稳定。

依据地质勘查成果对砂基进行了计算复核，计算公式如下：

ρsattl=(H-Z0)ρw

(1)

式中，psat—汛期饱和土体容重，kN/m2；tl—渗透稳定所需黏土铺盖层厚度，m；H—临水侧水位，m；Z0—透水层高程，m；pw—水体容重，kN/m2。

经调查和复核计算，实际勘察黏土厚度均小于渗透稳定所需黏土铺盖层厚度，需对堤基采取处理措施。

2 减压井设计、施工及管理

2.1 堤基渗透破坏的成因和分类

堤基的渗透破坏类型基本为管涌。堤基的渗透破坏表现为泡泉、沙沸、土层隆起、浮动、膨胀、断裂等。堤防堤基的表土层一般极少为砂砾层，因此，堤基渗透破坏一般为土力学中的流土破坏。产生的原因是，随着汛期水的抬高，背水侧堤基的渗透出逸比降增大，一旦超过堤基的抗渗临界比降就会产生渗透破坏。渗透破坏首先在堤基的薄弱环节出现，如坑塘或表土层较薄的位置。对近似均质的透水堤基，渗透破坏首先发生在堤脚处。堤基管涌，尤其是近堤脚的管涌，发生速度快，容易形成管涌洞，一旦抢险不及时或措施不得当，就有溃堤危险。因此，对管涌堤段必须进行除险加固。

2.2 方案比选

由于后湘水段堤基土层组成的特殊性，堤基黏土铺盖厚度不均，铺盖层以下有强透水层，勘察深度15m未揭露细砂层最大层厚，根据以往资料，最大揭露深度达70m，堤基垂直铺塑、堤身深层搅拌桩打入不透水层实施难度较大，工程造价较高。修建排水棱体占地面积大，部分段房屋、耕地紧邻堤防，征地难度大。堤身开挖后恢复难度较大，难以保证与原堤防较好的契合，同时排水棱体增加的渗漏量较为明显，易引起堤防沿线居民恐慌，排水棱体对背水坡脚以外天然铺盖保护作用较小，易形成渗漏通道，威胁堤防工程安全。相比于排水棱体，减压井实施过程中不会对堤身造成破坏，开挖断面相对较小，施工工艺较为简单。减压井使用过程中会出现淤积问题，随着水利事业不断发展，科学技术不断更新，一方面可以通过减压井的合理选型将淤积影响尽量降低；另一方面，减压井清洗技术也在不断更新，清洗所需时间、费用等愈来愈低；再者，随着水利管理制度不断完善，减压井维护管理难度将愈来愈小；还有可以通过加密或加深减压井随时减轻堤防及背水侧堤基压力。在淤积不严重的情况下，减压井防渗效果较排水棱体好。综上所述推荐背水堤脚设置减压井作为砂基治理的方式。

表1 砂基复核成果表

2.3 减压井设计方案

减压井布置在堤防背水侧堤脚，利用滤水管将来自堤防迎水侧渗透水流直接导入井内，阻止水流往堤后流动，在背水侧堤脚处的地下迅速降低压力水头，以达到增加堤防的稳定性、降低背水侧地下水位和避免背水侧发生渗透破坏的目的。

根据《堤防工程手册》3.5.7节有减压井列的堤基渗流计算公式，后湘水上游水头为6.27m，经过试算，当井距为20m时，计算井深为14.2m，单井渗流量为14.14 m3/d、井间水头1.01m，剩余水头0.93m，布置减压井后渗透系数小于允许值，满足渗流稳定要求，故后湘水段减压井井距为20m、井深为15m。

减压井由井身、闷头及对中器、井口保护装置等组成，减压井由内向外分为2层：第一层为盲沟管，总长15.3m，内外径为Φ13003A6/200mm，盲沟管单位质量不小于2.9kg/m，空隙率为80%～90%。抗压强度：当偏平率为5%时，大于65kPa；偏平率为10%时，大于98kPa。盲沟管吊得起、放得下，结构不松动、不散体。单节盲沟管长3m，盲沟管逐节起吊，2节盲沟管在井口处连接，采用3根直径3.5mm不锈钢码钉相连，用纱布将连接段紧密包裹后，再用10#～12#不锈钢丝绑扎。第二层固定PE管，总长15.3m，内外径为Φ230.803A6/250mm，公称压力不小于0.6MPa。井口高出地面0.3m，管底设0.3m沉淀段。地面以下2～14.7m管壁四周开孔，孔径Φ16mm，排、列净间距均为30mm，呈梅花型布孔，外包2层无纺布。管底部采用厚度为20mm塑料板作闷头，闷头直径Φ350mm，以3块梯形板与闷头和固定PE管焊牢。

造孔孔径为500mm、孔深为15m。井管上部2m用膨胀土球填满，黏土球直径为30mm，在半干状态下缓慢投入。孔壁与井壁间下部13m采用粒径为2～10mm的石英砂填紧，作反滤层，厚度不小于15cm，石英砂粒径范围小于指定下限粒径按重量不大于3%，大于指定上限粒径不大于2%，不均匀系数k80不大于1.8，密度2.5～2.7g/cm3，含泥量小于1%。

井台采用C20混凝土，外边界尺寸为1.2m×1.2m、井盖采用1.0m×1.0m钢筋混凝土装置予以保护。井台边墙预留一处排水孔，采用DN100PVC排水管，管头用双层无纺布包裹反滤。